níveis de organização

Ecologia de Populações

Prof. Dr. Harold Gordon Fowler pecologia@hotmail.com

A Ciências da Biologia e

Ecologia A biologia e a ecologia estudam a vida.

Os biólogos e ecólogos tentem entender: – A origem da

diversidade da vida.

– Como os organismos realizam os processos básicos da vida.

– Como os organismos são capazes de habitar ambientes distintos.

A Biologia e Ecologia são

multidimensionais Célula Tecido Órgão

Sistema de Órgãos Organismo População

Comunidade Ecossistema

Esse arranjo é um exemplo de qual dimensão?

Níveis de Organização

Quais campos de biologia estão em

cada extremo?

Bioquímica e Biofísica

Complexidade e Organização

Hierárquica

Novas características podem aparecer em qualquer nível de organização – propriedades emergentes. As propriedades emergentes dependem das características dos níveis hierárquicos inferiores – em parte. – O desenvolvimento da fala precisa da

audição. – Mas, várias idiomas diferentes evoluíram.

Os níveis da hierarquia da vida

A vida ocorre em níveis: Do átomo até a molécula até a célula até os tecidos até aos

–órgãos até o organismo…

Os níveis da hierarquia da vida

… e do organismo

até a população até a comunidade até o ecossistema até a biosfera. A ecologia lida com esses níveis, do

organismo até a biosfera.

Figure 5.7

Escalas da Organização Ecológica

Organismo

População

Comunidade

Ecossistema Biosfera

Níveis de Organização

sub-organismo

organismo inteiro

população

comunidade

ecossistema

paisagem

Níveis ecológicos numa recife de corais

Organismo População Comunidade Ecossistema

HIERARQUIA DOS NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO

Níveis de organização

Níveis de Organização

sub-organismo

organismo inteiro

população

comunidade

ecossistema

paisagem

Sistema de órgãos: ramo com brotas, pecíolos, folhas

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Órgão: uma folha

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Tecidos: epiderme, mesófilos, xilema, floema

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epiderme janela, lente

Mesófila paliçada fotossíntese

xilema water and mineral intake

floema Exportação de açúcares e ácidos

aminos

mesófila esponjosa Esfriamento evaporativo (fotossínteses)

epiderme Regula perda de água e troca de gases

Célula: a mesófila protoplasma

http://www.botany.wisc.edu/images/mesophyll-protoplast_lg.jpg

Membrana celular importação/ exportação

cloroplasto fotossíntese

citosol Fermentação

vacúolo Processamento de tóxicos

núcleo transcrição replicação

Organelles:

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reticulo endoplasmático

transporte interno

núcleo transcrição, replicação

mitocôndria respiração

granulo de zimogênio

armazen enzimas e proteínas

DNA

Macromolecular: DNA

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Açúcar ribosa (verde branco)

fosfato (amarelo vermelho)

Bases nitrogenadas (azul verde branco vermelho)

Níveis de organização

Organismo – nível mais simples de organização

Biosfera Organismo

(peixe)

População

Comunidade

Ecologia de Organismos De que se trata essa área da ecologia? Lida com as maneiras morfológicas, fisiológicas e de comportamento pelas quais os organismos enfrentem os desafios do ambiente. A distribuição geográfica dos organismos é freqüentemente limitada pelas condições abióticas que podem tolerar.

Ecologia de Organismos

– Trata das adaptações evolutivos que permitam organismos individuais enfrentar os desafios do ambiente abiótico

Ecologia de Organismos – Estuda como a estrutura, fisiologia, e

(para os animais) comportamento de um organismo enfrentam os desafios do ambiente

Ecologia de organismos. Como as baleias selecionam as áreas de berçários?

Organismos (=Indivíduos)

Os organismos são classificados em espécies. espécies: grupos de organismos que se assemelhem, e nos casos dos organismos que reproduzem sexualmente e podem potencialmente cruzar. Estimativas de 5 a 100 milhões de espécies, a maior parte são insetos e micro-organismos; mas somente 1.8 milhões tem nomes; cada espécie e o resultado de uma historia evolutiva longa. Espécies silvestres ou nativas: população que existe no seu habitat natural. Espécies domesticadas ou introduzidas: população introduzida pela ação do Homem (= espécies não nativas).

Organismo: uma árvore

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Por que essa árvore é

muito diferente de

aqueles indivíduos

de uma população?

Indivíduos Vegetais

“Individuo” – plantas distintivamente separadas (unitárias) ou interconectadas entre indivíduos relacionados geneticamente (modulares)

Indivíduos Vegetais

Genets – indivíduos geneticamente distintos

Ramets – indivíduos fisiologicamente independentes mas não formam indivíduos geneticamente distintas

Indivíduos e Ecologia

Ecologia ao Nível do Indivíduo

“O estudo de sistemas ecológicas da

perspectiva de que os sistemas originam de indivíduos únicos e independentes e as interações dos indivíduos com outros e com seu ambiente.”

Grimm e Railsback 2005, Individual-based Modeling and Ecology.

Enfoque no nível de aptidão

Escala e Ecologia a Nível do

Indivíduo

Unidade é o ‘Individuo’

Como lidar com indivíduos com o sensoriamento remoto?

Ajuste da escala do sensor com a escala do indivíduo escala espacial

escala temporal

escala característica

Níveis de Organização

sub-organismo

organismo inteiro

população – indivíduos da mesma espécie

comunidade

ecossistema

paisagem

Níveis de organização

População – uma espécie que vive num lugar em um tempo definido

Ecologia de Populações – Se preocupa com as populações, ou grupos de

indivíduos da mesma espécie que vivem na mesma área

– Enfoca principalmente os fatores que afeita a densidade e crescimento populacional

Ecologia de Populações O que é uma população?

Grupo de indivíduos da mesma espécie que vivem na mesma área geográfica num tempo específico.

Do que esse ramo de ecologia se preocupa?

Os fatores que afeita quantos indivíduos (tamanho populacional) vivem numa área num tempo específico.

Uma população de árvores--OK somente se há UMA espécie?

Níveis de Organização

sub-organismo

organismo inteiro

população

comunidade – espécies múltiplas que se interagem (elementos bióticos)

ecossistema

paisagem

Hierarquia das Interações

• Foco nas interações entre as espécies que afeita a estrutura e organização de comunidades

• predação, competição, simbiose

Ecologia de Comunidades

Comunidade – Todas as populações de espécies diferentes que vivem numa localidade específica.

Muito complexo

Pode conter 100s a 1000s de espécies que interagem.

Ecologia de Comunidades

– Se preocupa com comunidades, assembléias de populações de espécies diferentes

– Enfoca nas interações entre as espécies afeita a estrutura e organização da comunidade

Comunidade florestal?

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Vivemos num mundo espacialmente heterogêneo. Precisamos conhecer melhor as inter-relações entre os sistemas ecológicos que podem proporcionar uma base de uma regulação mais eficiente das externalidades ambientais no contínuo de tempo e espaço

O que é a ecologia de paisagens?

O padrão espacial tem ligação aos processos ecológicos – Turner, Forman e Godron

Uma paisagem tem – Estrutura

Mancha, corredor, mosaico Tamanho, forma, configuração espacial

– Função Dinâmica populacional, ciclagem de nutrientes, competição, sucessão, processos físicos

– mudança Mudança antropogenica Mudança natural

Níveis de Organização

sub-organismo

organismo inteiro

população

comunidade

ecossistema – atributos bióticos e abióticos

paisagem

Ecossistema

Hierarquia das Interações

• Todos os fatores abióticos e comunidade numa área • Enfoque no fluxo de energia e o ciclagem de nutrientes

Ecologia de Ecossistemas

Ecologia dos Ecossistemas

– Se preocupa com os ecossistemas que incluem todos os fatores abióticos em adição das comunidades das espécies numa área

– Enfoca o fluxo de energia e o ciclagem dos químicos entre os vários fatores bióticos e abióticos

Ecossistema =

Biótopo (fatores abióticos)

+ Biocenose (seres vivos)

Ecossistemas

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Ecossistema florestal: uma comunidade de árvores

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O que são os diferentes cores e formas?

O que não vemos a essa distância?

Componentes do Ecossistema

Substâncias Abióticas;

Componentes Bióticos:

Organismos Produtores (autótrofos);

Organismos Consumidores (heterótrofos);

- Grandes Consumidores

- Decompositores

Jogadores Chaves nos Ecossistemas

Autótrofos/ produtores: fabricam sua própria comida via fotossíntese (plantas) ou quimossintese (bactéria em trincheiras termais usam H2S e CO2)

Heterótrofos/ consumidores: não podem fabricar sua própria comida e se alimentam de outros organismos ou seus restos.

– Ex: herbívoros, carnívoros, decompositores, etc.

Fluxo de Energia e Ciclagem de Nutrientes

A vida na Terra depende do fluxo unidirecional de energia de alta qualidade do Sol e o ciclagem de elementos cruciais

Fluxo de Energia A fonte principal de energia na maioria dos ecossistemas é o Sol

Ecossistemas

A energia é transferida do SOL a todos os organismos

Produtores Primários

Consumidores

Decompositores

A energia é PERDIDA com cada transição

Ecossistemas

Fluxo de Energia nos Ecossistemas

A ENERGIA FLUI DE PRODUTORES PARA DECOMPOSITORES Þ

UNIDIRECIONAL

Produtividade Primaria Bruta

Pirâmides Ecológicas

Representam o fluxo de energia num ecossistema. Tipicamente cada nível trófico tem uma quantidade de Biomassa (peso seco de matéria orgânica) Eficiência ecológica- quantidade de energia usável transferida como biomassa. Usualmente 10% a cada transferência. As cadeias e redes tróficos contem somente 4 a 5 níveis tróficos, porque resta pouca energia para sustentar os consumidores de topo

Pirâmide de Energia

Na natureza, a eficiência ecológica varia de 5% a 20% da energia disponível entre níveis tróficos sucessivos (95% a 80% de perda). Uma eficiência de 10% é uma regra geral.

Outra Pirâmide de Energia

Pirâmide anual do fluxo de energia (quilocalorias por metro quadrado por ano) para um ecossistema aquático de Silver Springs, FL.

Note: Mais indivíduos podem ser sustentados nos níveis tróficos inferiores porque menos energia é perdida.

Pirâmides de Biomassa

Cadeias Tróficas As cadeias tróficas são caminhos simples de alimentos que envolvem uma seqüência de organismos, cada um que serve de comida para ao próximo

Redes Tróficas

As redes tróficas são cadeias tróficas múltiplas que se inter-ligam. Muito mais complexas do que as cadeias tróficas.

Redes Tróficas Um arranjo complexo da filiação de espécies num ecossistema e suas interações

Ecossistemas

CROW

PRIMEIRO

NÍVEL TRÓFICO

Produtores

Primários

NÍVEIS

TRÓFICOS

SUPERIORES

Arranjo complexo

de carnívoros,

onívoros e outros

consumidores.

Muitos se

alimentam em

mais de um

nível trófico de

forma continua,

sazonalmente,

ou quando se

apresenta a

oportunidade

SEGUNDO

NÌVEL

TRÒFICO

Consumidores

Primários

(herbívoros)

Fluxo de Energia nos Ecossistemas

A ENERGIA DECRESCE A CADA NÍVEL TRÓFICO

POR ISSO:

AS CADEIAS ALIMENTARES SÃO NORMALMENTE COMPOSTA DE POUCOS NÍVEIS TRÓFICOS

Fluxo de Energia nos Ecossistemas

Pirâmide de Números

Pirâmide de números representa o numero de indivíduos em cada nível trófico.

1 coruja

25 ratos

2000 gramíneas

As Redes Tróficas podem ser perturbadas

Desastres naturais Entradas externas – Pesticidas, Poluição

Ecossistema

Equilíbrio Ecológico

Desequilíbrio Ecológico

Comunidade

População

O que é a ecologia da paisagem?

– Efeitos da geografia física sobre as populações

– Efeitos das populações sobre os aspetos geográficos

– Meta-populações

– Outras populações organizadas espacialmente

– Outros processos ecológicos e evolutivos organizados espacialmente

O que é a ecologia da paisagem: Uma pesquisa com membros de USIALE

Ciência aplicada

geo

gra

fia

bio

log

ia

Ciência básica

A

Ciência básica Ciência aplicada

Descritiva

Expe

riment

al e

Meca

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a

Níveis de organização

Ecossistema – Grande ou pequeno como definido

arbitrariamente

Biosfera – Superfície da Terra

– Composta de várias ecossistemas

Biosfera

Conjunto de todas as partes da terra onde é possível, pelo menos algumas espécies de

organismos, viver permanentemente, alimentar-se e reproduzir-se.

Hierarquia das Interações

• Biosfera – ecossistema global • Soma de todos os ecossistemas

• Nível mais complexo da ecologia

• Estenda vários quilômetros na atmosfera e ~1500 metros sob a superfície

• Relativamente independente com exceção do requisito da energia solar e perda de calor a atmosfera

Litosfera Hidrosfera Atmosfera

Biosfera

Bioma

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Biomas

Água – Marinha

– Doce

Escalas da Organização Ecológica

Organismo

População

Comunidade

Ecossistema Biosfera

E. O. Wilson, 2002

A totalidade da vida, conhecida como a biosfera por cientistas e da criação por teólogos, é uma membrana de organismos envolta da Terra de forma tão fina que não pode ser vista do espaço, mas ainda tão complexa internamente que a maioria das espécies que compõem a biosfera ainda são desconhecidas.

Ecosfera

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O que é a massa branca no topo?

Qual estação ocorre Amazônia?

O que são as irregularidades brancas?

Onde fica o equador?