BIOL O G I A

E c o l o g i a

P r o f a . D r a . M a r i a n a A l v e s d e G u i m a r a e n s

2a edição | Nead - UPE 2013

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)Núcleo de Educação à Distância - Universidade de Pernambuco - Recife

Xxxxxxxx, Xxxxxxxx XxxxxxxxXxxxxxxxxxxx / Xxxxxxxx Xxxxxxxx Xxxxxxxx. – Recife: UPE/NEAD, 2009.

40 p.

ISBN - xxxxxxxxxxxxxxxxx

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO - UPE

ReitorProf. Carlos Fernando de Araújo Calado Vice-ReitorProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

Pró-Reitor AdministrativoProf. Maria Rozangela Ferreira Silva

Pró-Reitor de PlanejamentoProf. Béda Barkokébas Jr.

Pró-Reitor de GraduaçãoProfa. Izabel Christina de Avelar Silva

Pró-Reitora de Pós-Graduação e Pesquisa Profa. Viviane Colares Soares de Andrade Amorim

Pró-Reitor de Desenvolvimento Institucional e ExtensãoProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

NEAD - NÚCLEO DE ESTUDO EM EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA

Coordenador GeralProf. Renato Medeiros de Moraes

Coordenador AdjuntoProf. Walmir Soares da Silva Júnior

Assessora da Coordenação GeralProfa. Waldete Arantes

Coordenação de CursoProf. José Souza Barros

Coordenação PedagógicaProfa. Maria Vitória Ribas de Oliveira Lima

Coordenação de Revisão GramaticalProfa. Angela Maria Borges CavalcantiProfa. Eveline Mendes Costa LopesProfa. Geruza Viana da Silva

Gerente de ProjetosProfa. Patrícia Lídia do Couto Soares Lopes

Administração do AmbienteJosé Alexandro Viana Fonseca

Coordenação de Design e ProduçãoProf. Marcos Leite

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Coordenação de SuporteAfonso Bione/ Wilma SaliProf. José Lopes Ferreira Júnior/ Valquíria de Oliveira Leal

Edição 2013Impresso no Brasil

Av. Agamenon Magalhães, s/n - Santo AmaroRecife / PE - CEP. 50103-010Fone: (81) 3183.3691 - Fax: (81) 3183.3664

Ecologia

Profa. Dra. Mariana Alves de Guimaraens Carga horária I 60H

EMENTa

Introdução, conceito, histórico da Ecologia e interdisciplinaridade. Propriedades emergen-tes, nicho ecológico (recursos e condições) e habitat. Influência de fatores bióticos e abióticos sobre a distribuição espaço-tem-poral dos seres vivos. Dinâmica e estrutura populacional. Interações biológicas, fatores dependentes e independentes da densidade. Estrutura de comunidade, sucessão ecológi-ca e biodiversidade. Fluxo de energia e ci-clos biogeoquímicos em ecossistemas. Bio-mas terrestres e aquáticos, principais biomas brasileiros. Ecologia aplicada à conservação. Impactos antrópicos (poluição aquática e atmosférica) e planejamento de reservas. Metodologias, recursos didáticos – pedagó-gicos, avaliações de competências aplicadas à educação ambiental.

oBJETiVo gERal

Compreender aspectos gerais e históricos da Ecologia, como relações com outras ciências, interdisciplinaridade e educação ambiental, além da biologia das populações e comuni-dades, ecologia de ecossistemas e impactos ambientais.

aPRESENTaÇÃo Da DiSciPliNa

A disciplina proposta será discutida e apre-sentada através de aspectos introdutórios dos diferentes temas em cada capítulo que serão seguidos de definições e conceitos,

obedecendo a uma ordem de hierarquia de complexidade em cada capítulo, descrevendo os temas de ecologia de populações até a con-servação da biodiversidade e dos ecossistemas através de uma continuidade de assuntos. Em cada capítulo, é apresentada uma atividade quantitativa para que os alunos relacionem a Ecologia teórica com a prática, que se encon-tra no final do capítulo ou próxima ao conteú-do relacionado no texto do capítulo.

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iNTRoDuÇÃo, aSPEcToS HiSTóRicoS E iNTERDiSciPliNaRiDaDE Ecológica

Profa. Dra. Mariana Alves de Guimaraens Carga horária I 15H

oBJETiVoS ESPEcÍFicoS

• Conceituar Ecologia e sua natureza inte-grativa em relação às outras ciências e aos princípios da dinâmica das populações.

• Reconheceraspectoshistóricosdodesen-volvimento da Ecologia como ciência e fatores ambientais na distribuição espaço-temporal das populações.

• RelacionarosníveishierárquicosemEco-logia com as propriedades emergentes de comunidades e ecossistemas.

1. iNTRoDuÇÃo À EcologiaA Ecologia é o estudo científico das relações entre os seres vivos e destes com o meio am-biente. Desta forma, está relacionada aos con-ceitos de comunidade e de ecossistema. A pa-lavra tem origem grega, oikos (casa) e logos (estudo-ciência). Ernst Haeckel (1834-1919), zoólogo alemão, foi o primeiro a usar o termo ecologia, em 1869, e o definiu como “o es-tudo do ambiente natural, inclusive a relação dos organismos entre si e com seus arredo-res”. Em relação às questões ecológicas, a casa é o planeta Terra. A palavra Ecologia possui a mesma raiz da palavra economia (nomia – ge-renciamento), porém os objetivos de ambos os campos de estudo são, muitas vezes, opostos.

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8A sociedade primitiva tinha necessidade do conhecimento do ambiente para entender as “forças da natureza” e as plantas e os animais ao seu redor. Com o início do uso do fogo dentre outros instrumentos, e da civilização, a modificação da natureza pelo homem come-çou. No passado, textos com referências eco-lógicas foram produzidos por filósofos gregos. Hoje em dia, em certos aspectos, as conquistas tecnológicas determinam uma menor depen-dência do ambiente, porém as consequências das mudanças climáticas para os ecossistemas naturais, agrícolas e urbanos, por exemplo, de-monstram o efeito, muitas vezes, imprevisível da natureza sobre as sociedades humanas.

Os estudos relacionados à ecologia podem ser reducionistas (mecanismos celulares que cau-sam câncer) e-ou holísticos (o estilo de vida pode estar relacionado com o desenvolvimen-to da doença). Esses conceitos estão relacio-nados ao estudo das propriedades emergentes dos ecossistemas, e estas não podem ser pre-vistas com o estudo isolado das partes nem a elas são redutíveis. Os níveis hierárquicos infe-riores (populações) determinam características de níveis hierárquicos superiores (comunidades e ecossistemas). Podemos citar como exemplo de propriedade emergente os recifes de coral e sua alta produtividade em ambientes oligotró-ficos, explicada em parte pela simbiose entre celenterados e algas e o seu efeito na ciclagem da matéria e fluxo de energia. Link: www.reci-fescosteiros.org.br.

1.1 o QuE É Ecologia Na PRÁTica?

Para conceituar Ecologia como ciência, deve-mos lembrar os limites entre Ambientalismo e Ecologia, como exemplo de interface com a ecologia humana e os ecossistemas urbanos; podemos citar: ratos se alimentando de lixo urbano, e urubus predando em carniças, em savanas na África (Pruitt & Underwood, 2006). A Ecologia é uma ciência, que, como as outras ciências modernas, é quantitativa.

O estudo da Ecologia se dá pela observação, descrição e experimentação. Medidas (quanti-ficação) são feitas para testar hipóteses sobre tamanho, peso, tipo de coloração de organis-mos etc. E sobre processos como preferência

alimentar e teoria do forrageamento ótimo. Como exemplo quantitativo, pode-se citar o uso energético das presas, o urso necessita de 4000 calorias por dia, e o esquilo é sua pre-sa predileta, tendo aproximadamente 4000 kcal; o Caribu forneceria mais calorias, porém é de difícil captura. A não ciência — sabedoria popular e história natural – foi a base para a biogeografia, o comportamento, a fisiologia ambiental, a ecologia de populações e os sis-temas. No final do século 19, observações ge-raram o desenvolvimento de explicações eco-lógicas e, posteriormente, o desenvolvimento da ecologia aplicada.

2. aSPEcToS HiSTóRicoS E iNTERDiSciPliNaRiDaDEApesar de a ecologia ter sido reconhecida como ciência em torno de 1900, no início foi dividida em ecologia vegetal e animal. Cientis-tas, como o primeiro microscopista Leeuwe-nhoek (1700) foi pioneiro em estudos popu-lacionais e de cadeias tróficas. Porém, apenas em tempos recentes, o vocábulo se tornou de uso geral. Vários trabalhos foram publicados no final do século 19 e início do século 20, e, hoje em dia, existem dezenas de milhares de profissionais na área. Com o crescimento da população humana, principalmente na pós--industrialização, houve significativo aumento dos recursos tecnológicos e uma conseqüente aceleração da destruição do meio ambiente. O conhecimento ecológico atualmente pode aju-dar na solução de problemas ambientais e na melhoria da aplicação de técnicas de manejo. Atualmente, a Ecologia é dividida no estudo de organismos (auto-ecologia), populações, comunidades, ecossistema e paisagem.

Na década de 1930, a Ecologia ganhou espaço independente dentro da biologia. Trabalhos de matemáticos desenvolveram modelos/equa-ções matemáticas como representações teóri-cas da dinâmica das populações (crescimento e interações biológicas). Estimulando o desen-volvimento de experimentos de laboratório e de campo que, em conjunto com os modelos, formam a base da teoria ecológica. Atualmen-te, os modelos são também baseados em indi-víduos e na variabilidade genética.

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9A Ecologia é uma ciência interdisciplinar; in-tegra conhecimentos de diversas correntes científicas. Exemplo: leis da termodinâmica (fí-sica) e o fluxo de energia nos ecossistemas. A geoquímica estuda os ciclos da matéria e sua dependência energética. O nível de produtivi-dade primária e fotossíntese está relacionado também com anatomia/morfologia vegetal (captação de luz), além das reações químicas, das leis da termodinâmica, do ciclo de vida e da reprodução vegetal.

A interdisciplinaridade nas áreas da Ecologia e das Ciências Sociais tem como exemplo a eco-nomia, que dita as necessidades da explora-ção do meio ambiente e dos recursos naturais; por seu turno, princípios sociológicos auxiliam a execução de projetos de conservação e in-

Figura 1 - Nicho representado por curva em sino. Fonte: Begon et al., 1990

cluem comunidades carentes (Projeto TAMAR). Link: www.tamar.org.br

2.1 NicHo Ecológico

É de Hutchinson (1957) a visão mais aceita de nicho; possui característica multidimensional e inclui os limites dentro dos quais uma espécie ocorre e pode sobreviver e se reproduzir. É de-limitado por um número n de fatores ambien-tais definidos por condições (pH, salinidade, temperatura) e recursos (nutrientes, espaço e radiação). Dessa forma, inclui os conceitos de nicho trófico e espacial (Begon et al., 1990), enquanto o habitat é o local onde um orga-nismo vive; o nicho pode ser, assim, uma área mais específica, como um buraco de uma ár-vore em uma mata.

3. aBoRDagENS E HiERaRQuiaExistem duas abordagens básicas que não são excludentes para os estudos ecológicos, a “evolutiva” e de “sistemas”. A evolução bioló-gica é a mudança na constituição genética das populações (frequências alélicas) como conse-quência das mutações e seleção natural. A mi-croevolução está relacionada com mudanças, durante o tempo de vida aproximado de uma espécie (mudanças em resposta ao ambiente e ao melhoramento genético), enquanto a ma-croevolução envolve o aparecimento de novas linhagens e espécies novas como representado no registro fóssil.

Os fatores abióticos podem mediar as intera-ções biológicas, alterando sua natureza e for-ça. Como a competição entre algas e corais

e o efeito antropogênico, da pesca de peixes herbívoros e eutrofização (enriquecimento da coluna d´água por nutrientes). A temperatura afeta o crescimento algal, podendo aumentar a probabilidade de contato entre estas.

3.1 EVoluÇÃo E Ecologia

A Evolução tem como consequência o desen-volvimento de adaptações entre organismos e meio ambiente. A adaptação dos organismos é consequência de interações passadas das es-pécies com o ambiente. Exemplos: adaptações de organismos marinhos em costões rochosos à dessecação – abrir e fechar de conchas em bivalves, exoesqueleto de crustáceos. A con-vergência é o processo através do qual orga-nismos taxonomicamente diferentes mostram adaptações semelhantes a um mesmo am-biente (peixes e pinguins têm a forma do cor-po adaptada ao ambiente aquático).

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103.1.1 ASPECTOS DA EVOLUÇÃO E ECOLOGIA

A variabilidade dos indivíduos é herdada. In-divíduos deixam número diferente de descen-dentes, o que pode ser gerado por um gargalo evolutivo. Geralmente, alguns morrem e dei-xam menos descendentes do que o máximo re-produtivo; o processo de competição também afeta este aspecto, além do efeito da predação de ovos e filhotes. O fitness do organismo está relacionado com o potencial reprodutivo e a manutenção da espécie. Organismos com um maior fitness deixam maior número de descen-dentes em relação a outros.

Com o surgimento da vida em mares e lagos terrestres bombardeados por radiações — al-terações físicas e químicas há 3,5 – 4 bilhões de anos —, começa o processo das interações ecológicas. Biosfera: conjunto das regiões da Terra onde existe vida. (Outras partes da Ter-ra: litosfera, hidrosfera e atmosfera). Limites aproximados da Biosfera: 7 mil metros de pro-fundidade – 8,8 mil metros de altitude (aves migratórias). No oceano – até 150 m (rico em vida), bactérias podem chegar a 9 mil metros (variação vertical).

3.1.2 SELEÇÃO R E K

Segundo Odum, 1988, o crescimento e a re-produção dos indivíduos só são possíveis de-vido ao balanço entre a energia assimilada e consumida (este precisa ser positivo). Os orga-nismos precisam adquirir mais energia do que é necessário para a sua manutenção [taxa P (produção)/R (respiração)?]. Em plantas, a pro-dução primária líquida está relacionada com luz utilizável conversível em alimento, menos a energia necessária para a sua manutenção. Produtividade secundária (animais) é a razão entre a energia utilizável no alimento menos o custo energético de procura de alimento e reprodução.

Seleção r e K em animais: representa o modo como os indivíduos, ou espécies alocam sua energia; os r estrategistas (estratégia de vida) concentram a energia na reprodução (pro-duzem muitos filhotes de tamanho peque-no). Paradoxo: tartarugas marinhas têm uma taxa de movimentação baixa, muitos filhotes (poucos sobrevivem/predação) de tamanho

pequeno e baixa taxa de crescimento; porém o corpo adulto é resistente e tem uma alta longevidade. Os K estrategistas alocam ener-gia em estratégias reprodutivas relacionadas ao cuidado parental, e sua maior atividade no ambiente provoca poucos descendentes (homem).

Exemplo: Algas

Ulva (r estrategista) vs. Sargassum – aspectos: taxa de crescimento, defesa contra herbívoros, morfologia e diferenças nos mecanismos de produção de esporos e gametas. Espécies po-dem pertencer a classes intermediárias.

3.1.3 CONCEITOS R E K RELACIONADOS AO MODELO LOGÍSTICO DE CRESCIMENTO POPULACIONAL

dN/dt = rN (modelo exponencial) dN/dt = rN (1 – N/K) (modelo logístico)

r – taxa intrínseca de crescimento populacio-nal. Pode representar o crescimento per capita.

K – capacidade de suporte (fatores intra-es-pecíficos e ambientais limitam o crescimento populacional).

Estimativas do crescimento populacional:

1000 indivíduos produzem 10.000 filhotes, r = 10000/1000 = 10 filhotes por ano/indi-víduo = taxa específica de crescimento po-pulacional.

Em algas, pode ser estimado como taxa de au-mento de biomassa por dia, hora etc... Ou taxa de duplicação. Tempo 1 – tempo 2 (quantas horas se passaram entre os tempos 1 e 2).

4. NÍVEiS HiERÁRQuicoS Determinando a complexidade organizacional em ecologia:

Níveis hierárquicos em Biologia: gene – célula – tecido – órgão

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Figura 2 – Níveis hierárquicos. Fonte: Odum e Barrett, 2007.

4.1 NÍVEiS EcológicoS

1. Indivíduo (pode ser unicelular) - possui uma composição genética característica. Estas particularidades genéticas ocasionam a variação nas condições e distribuição das populações e proporcionam processos que causam a adaptação dos seres vivos e evo-lução em termos populacionais. É o foco de estudo da auto-ecologia. Delimitados por um envoltório que controla as trocas com o meio externo.

2. População - conjunto de indivíduos da mes-

ma espécie que ocupam a mesma região no espaço e trocam informação genética. Exemplo: melanismo industrial (mariposa/Inglaterra); predação diferenciada e pre-ferencial nos indivíduos mais claros após efeito da poluição, causaram a evolução da população – comunidade. Populações são caracterizadas por densidade (medida de abundância por unidade de área ou vo-lume), razão sexual, estrutura etária, taxas de natalidade, mortalidade, imigração e emigração.

3. Comunidade (biocenose) - populações que

interagem (predação, competição, simbio-se). A existência de uma população de-pende do conjunto de outros seres vivos (biota), mas também dos fatores abióticos (físicos e químicos). Em ecologia de comu-nidades, procura-se entender como agru-pamentos de espécies são distribuídos de forma espacial e temporal além de padrões emergentes e regras de montagens (restri-ções ambientais, restrições na dispersão, além de restrições internas da comunidade por influência das interações biológicas).

4. Ecossistemas - comunidades interagindo com fatores ambientais. São influenciadas

por eles (variação na abundância de algas devido à influência de processos de absor-ção de nutrientes e temperatura – eutrofi-cação). Umidade do ar influenciada pelas florestas. Processos ao nível do ecossiste-ma são: a ciclagem da matéria e o fluxo de energia.

Limites não são rígidos, áreas de transição: ecótono. Alta diversidade pode ser determina-da pela presença de espécies de 2 ecossiste-mas que fazem fronteira.

Figura 3 – Mariposas - melanismo industrial. Fonte: Begon et al., 1990.

4.2 coMPoNENTES Do EcoSSiSTEMa: SERES ViVoS E o MEio FÍSico

1. Fatores (componentes) bióticos: seres autotróficos/ heterotróficos, interações biológicas.

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122. Fatores abióticos: químicos (nutrientes,

salinidade, pH, componentes químicos do solo/ar e água. Físicos (temperatura, pres-são, radiação).

5. a FuNÇÃo DoS oRgaNiSMoS É DiFERENciaDa NoS EcoSSiSTEMaS• Plantas - fotossíntese - produção primária.

• Animais (consumo) - plantas, outros ani-mais, cadáveres, detritos, matéria orgânica em decomposição.

• Fungos - decompositores, secretam enzi-mas e ácidos.

• Protistas - algas produtores/predadores; além de outros predadores.

• Bactérias (procariotas) - transformações bioquímicas - ciclos da matéria.

Exemplo de interação biológica:• Simbiose - corais e algas, herbívoros e

bactérias (fermentação). São exemplos de níveis intermediários entre indivíduos e comunidades.

5.1 FaToRES liMiTaNTES E lEi Do MÍNiMo

O crescimento e a distribuição dos seres vivos são limitados por fatores ambientais que po-dem ter valores mínimos, necessários ao de-senvolvimento dos indivíduos (Lei do Mínimo) e valores máximos que podem ultrapassar os limites de tolerância de uma espécie (Odum, 1988). Contudo, em certas ocasiões, há uma interação (sinergismo) de fatores, afetando o desenvolvimento de organismos, como adi-ções de nitrogênio e fósforo, determinando o crescimento diferenciado de plantas.

Mês Nascidos Alevinos comprados

Mortos Vendidos Total no final do mês

Janeiro 10 2 5 20

Fevereiro 9 9 3 30

Março 8 5 2 15

Abril 20 8 8 10

Maio 30 6 6 40

Junho 15 7 3 8

aTiViDaDES Do caPÍTulo• Prática 1 de dinâmica de populações ConsidereacondiçãoinicialdapopulaçãocomoNo=100peixeseapliqueaequação:P(t+∆t)=nascidos(∆t)–mortos(∆t)+imigrantes(∆t)-emigrantes(∆t)

Nesteexemplo:∆t=1mês

QUESTÕES

1. Em relação à tabela, quais colunas seriam análogas aos termos imigração e emigração da equação acima?

2. Faça os cálculos e preencha a coluna do total de peixes a cada mês; lembre-se de que a popu-lação inicial era de 100 peixes no começo de janeiro.

3. O que está acontecendo com a criação da população de peixes: está aumentando ou diminuindo?

4. Existe alguma variação na dinâmica entre os meses?

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5. O que está contribuindo de forma a causar maior impacto para a dinâmica da popula-ção de trutas em questão?

REFERÊNciaSBEGON, M., HARPER, J. & TOWNSEND, C. R. Ecology: individuals, populations and commu-nities. Boston: Blackwell, 1990. 945 p.

DAJOZ, R. Princípios de ecologia. Porto Alegre: Artmed, 2005. 519 p.

ODUM, E. P. 1988. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. 434 p. Ler o capí-tulo introdutório e o referente aos fatores li-mitantes.

ODUM, E. P. & BARRETT, G. W. Fundamentos de ecologia. São Paulo: Thompson. 2007. 612 p. Ler o capítulo introdutório.

PRUITT, N. & UNDERWOOD, L. Bioinquiry. Jonh Wiley, 2006. 119p.

PURVES, W. K., SAVADA, D., ORIAS, G. H. & HELLER, H. G. Vida. A ciência da biologia. Vo-lume II: Evolução, diversidade e ecologia. São Paulo: Artmed, 2002. 1044 p.

RICKLEFS, R. A economia da natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. 503 p. Ler o capítulo introdutório.

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DiNâMica DE PoPulaÇõES E iNTERaÇõES BiológicaS

Profa. Dra. Mariana Alves de Guimaraens Carga horária I 15H

oBJETiVoS ESPEcÍFicoS

• Conceituar e identificar os parâmetrose as propriedades que caracterizam as populações.

• Reconheceraspectosdependenteseinde-pendentes da densidade que causam as flutuações populacionais.

• Caracterizar os resultados dos modelosexponencial e logístico de crescimento populacional e dos modelos de interações biológicas.

• Reconhecer interações biológicas har-mônicas e desarmônicas e seu papel no controle da variação espaço-temporal das populações.

1. coMo oS EcólogoS ESTuDaM PoPulaÇõES?Os ecólogos estudam populações através de medidas sobre propriedades populacionais, como crescimento, reprodução, mortalidade, estrutura etária, estrutura sexual (sex ratio), taxas de natalidade e mortalidade, além dos requerimentos relacionados ao nicho ecológi-co como nutrientes e espaço (recursos/condi-ções) e constituição genética.

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16Questões relacionadas às flutuações e ao con-trole por ecólogos populacionais:

1. Qual é o tamanho das populações? 2. Como elas interagem e mudam? 3. Podemos controlar mudanças nas popu-

lações?

Link: www.propesq.ufpe.br/tropical_oceano-graphy/, trabalho de 2007 sobre modelagem do recrutamento Guimaraens et al. Áreas de Desenvolvimento da Dinâmica de Populações e Interações Biológicas: controle de pragas, controle de espécies invasoras, estratégia de manejo para aumentar as espécies ameaçadas de extinção.

1.1 FaToRES PaRa SE coNSiDERaR No ESTuDo DE oScilaÇõES DaS PoPulaÇõES

Taxas de natalidade e mortalidade: se estas ta-xas estão balanceadas, a população é estável teoricamente (nem aumenta nem encolhe). O r é a taxa intrínseca de crescimento populacio-nal = (b – d) (natalidade e mortalidade), além de considerar migrações (imigração e emigra-ção), r = (b-d) + (i-e), para o cálculo. No sécu-lo 18, o economista Thomas Malthus (Essay on the principle of population) descreveu o cresci-mento geométrico da população humana.

1.2 alguMaS DEFiNiÇõES

Potencial biótico é a habi-lidade da população de se reproduzir, o que promove o crescimento populacional (fator intrínseco). A resistên-cia ambiental (fatores que li-mitam o crescimento) se dá por meio de fatores extrínse-cos – ambientais. Definições: Tabelas de Vida – contêm in-formações sobre classes etá-rias, número de sobreviven-tes em cada intervalo etário, reprodução, taxas etárias de natalidade e mortalidade. O gráfico da estrutura etária da população apresenta indiví-duos jovens na base da pirâmide.

2. cRESciMENToS EXPoNENcial E logÍSTico E oScilaÇõES PoPulacioNaiSModelo exponencial: dN/dt = rN (no come-ço, o crescimento é lento, posteriormente au-menta; os números crescem rapidamente, e a curva de crescimento se assemelha à letra J). A maioria das populações cresce de forma logística, devido à influência da competição intra-específica e da resistência ambiental e, também, da predação e limitação de recursos. Cada população tem sua capacidade de supor-te, definida pelo número de indivíduos ou por outra quantificação da população que o am-biente pode suportar.

O modelo logístico - simplificação da realidade, foi proposto por P. F. Verhulst (1938/46), Pearl Reed derivou a mesma equação, a Equação Lo-gística de Crescimento Populacional – dN/dt = rN(K-N/K). O segundo termo desta equação re-presenta a resistência ambiental. No início do crescimento, este se aproxima do exponencial. Quando N=K (taxa de variação – dN/dt tende a 0). Neste ponto, a população pára de crescer ou está em equilíbrio dinâ-mico. A taxa r pode variar sazonal-mente. No campo, são observa-dos outros padrões que podem mostrar flutu-ações em torno de K.

Figura 1 - Cresci-mento populacional – Crescimento logístico (curva vermelha) hipotético de uma população de bactérias, taxa de variação máxima (ponto de inflecção da curva correspondente ao pico da curva de crescimento em azul). Fonte: Guimaraens - programa Stella.

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172.1 FaToRES QuE iNFluENciaM a VaRiaBiliDaDE DaS PoPulaÇõES

• Fatores dependentes da densidade - efeitos da predação e processos infecciosos. Au-mento da predação é função do aumento do número de presas – fatores extrínsecos à população de predadores. Também po-dem ser intrínsecos – fatores fisiológicos, reações ao stress para populações de pre-dadores e presas.

• Fatores independentes da densidade - tem-

peraturas congelantes, sensibilidade ao frio (fatores independentes da densidade). Porém, em indivíduos desprotegidos (fora de áreas ideais – em populações grandes), o congelamento pode ser dependente da densidade.

• Seleção K e seleção r - representam dois

padrões de crescimento populacional. A maioria das espécies ameaçadas de extin-ção apresentam seleção K, sendo sensíveis a mudanças ambientais e à perda de habi-tat. A maioria das pestes apresenta seleção r com números flutuando largamente. Em locais instáveis, as oportunistas maximi-zam a reprodução.

• Longevidade fisiológica - diferente, por

exemplo, entre animais na natureza e em zoológicos.

• Nicho - inclui todos os aspectos físicos e bio-

lógicos do ambiente que são importantes para uma espécie. Nicho espacial pode ser delimitado por fatores limitantes e pelo pa-pel do organismo no ambiente – interações.

2.2 aSPEcToS gERaiS SoBRE iNTERaÇõES BiológicaS

• Princípio da Exclusão Competitiva - deri-vado a partir de modelos matemáticos e experimentos de laboratório com protozo-ários, por exemplo. Atualmente, conside-ra-se que a competição pode ser minimi-zada pela repartição de recursos.

• Interações tipo predador-presa - Interação óbvia, um segue o aumento do outro, res-

posta do predador ao aumento da presa, aumento da reprodução, decréscimo na mortalidade ou aumento da imigração. Predação – fator dependente da densida-de. Exemplos: Extinção de raposas, evitada pela presença de presas alternativas como esquilos. Extinção de aves em Guam devi-do à presença de cobras e ratos (espécies introduzidas). Tipos de interação, preda-dor presa: plantas-herbívoros e herbívoros-carnívoros.

• Herbívoros especialistas - Coalas – folhas

de eucaliptos, Panda – bambu.

2.2.1 ESTRATÉGIAS NA HERBIVORIA

Respostas evolucionárias em herbívoros pela existência de parede celular de celulose em plantas. Exemplos: ruminantes - tempo de mastigação em animais. Vacas – múltiplos es-tômagos, simbiose com bactérias. Variações sazonais de alimentos – provocam padrões de migração em animais. Plantas possuem defesa contra herbívoros e podem crescer rápido tam-bém, para compensar o efeito da pastagem.

2.2.2 INTERAÇÕES HERBÍVOROS-CARNÍVOROS

Compromisso entre obter mais presas e pou-par energia. Muitas vezes, gera a concentração nas presas mais abundantes e mais disponíveis. Presa-predador – uso de camuflagem (colora-ção do leão – vegetação da savana).

Mimetismo - estratégia de parecer com pe-ças do ambiente que os predadores evitariam, como, por exemplo, galhos, folhas etc. (inse-tos). Mimetismo Mülleriano – cores comuns a espécies com potencial de ataque (preto e amarelo) – vespas, abelhas etc. Mimetismo Ba-tesiano – possuir coloração de espécies vene-nosas, mas não necessariamente causa proble-mas aos predadores.

2.2.3 OUTRAS ASSOCIAÇÕES

• Simbiose - (viver juntos), em alguns casos, a interação pode ser bastante específica (figueira com vespas polinizadoras que se sustentam apenas desta flor – co-evolução).

• Parasitismo - como na predação, uma es-pécie se beneficia em detrimento da ou-

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18tra. Características: parasitas menores que hospedeiros, especificidade – em alguns casos, viroses, protozoários podem infec-tar humanos e outros animais. Usualmen-te os parasitas não matam os hospedeiros rapidamente como fazem os predadores, porém podem, indiretamente, aumentar sua mortalidade.

• Comensalismo - uma espécie se beneficia,

enquanto a outra não é afetada. Orquídeas epífitas em tronco, a princípio, não preju-dicam as árvores; mas, e se forem muitas?

• Mutualismo - ambas as espécies se bene-

ficiam. Por exemplo, bactérias fixadoras de nitrogênio nas raízes de leguminosas. Mu-tualismo obrigatório, ambas dependentes (figueiras e vespas). O mutualismo pode ser facultativo, organismos podem viver separadamente (corais e algas).

3. PoPulaÇõES, DEFiNiÇõES E PRoPRiEDaDESDefinição de População (Odum, 1988): grupo de organismos da mesma espécie (dentro do qual, os indivíduos trocam informação genética) que ocupam um deter-minado local no espaço e fazem parte de uma comunidade Bió-tica – conjunto de populações interagindo e co-evoluída numa dada área de habitat físico.

3.1 PRoPRiEDaDES DaS PoPulaÇõES

Propriedades dentro do grupo: densidade, natalidade, mortali-dade, distribuição etária, poten-cial biótico, dispersão e a forma de crescimen-to. Outras relações com aspectos evolutivos: como o fitness (do indivíduo em relação à po-pulação). Densidade: tamanho populacional em relação à unidade de espaço (número de indivíduos ou a biomassa da população, por unidade de volume ou área). Frequência: por-centagem das áreas ou amostras em que a es-pécie ocorre.

3.1.1 MÉTODOS DE ESTUDOS POPULACIONAIS

1. Censos totais - organismos grandes (bi-sões) ou organismos que formam agrega-ções em determinadas áreas (aves mari-nhas, focas).

2. Amostragem por quadrados - pesagem e/

ou contagem de organismos. Podem ser associados aos transectos (faixa/linha de amostragem, amostras paralelas).

3. Métodos de marcação e recaptura (para

animais móveis) - uma amostra de indi-víduos é marcada, e os indivíduos libera-dos. Proporção de indivíduos marcados e recapturados serve de estimativa para a população total. População maior (poucos marcados recapturados)/população menor (muitos marcados recapturados).

4. Porcentagem de Cobertura - medida de

abundância relativa, contagem de pontos aleatórios em quadrados.

Figura 2 - Distribuição Populacional. Fonte: Begon et al., 1990.

3.1.2 DEFINIÇÕES DE PARÂMETROS POPULACIONAIS

1. Natalidade - capacidade da população de aumentar (taxa de nascimento – popula-ção humana). *Relativa ao nascimento, eclosão, germinação ou divisão celular. Di-visão do número de novos indivíduos pelo tempo (taxa de natalidade bruta)/ ou inclui a divisão pela população (específica).

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19•Exemplos50–150protozoáriosemhoras•NatalidadeBruta:100 indivíduos•Específica:2 (100/50)

2. Mortalidade - refere-se à morte de indiví-duos em uma popu-lação (taxa de óbitos da demografia humana). Número de indi-víduos que morrem em uma unidade de tempo ou taxa específica de mortes em termos da população total ou parte dela (quando se consideram faixas etárias).

3. As Tabelas de Vida - Ro, curvas de sobre-vivência e pirâmides etárias abriram cami-nhos para os modelos matemáticos:

•Na tabela de vida, temos (mx – natali-dade específica da idade) que pode ser a prole produzida por fêmea, por unidade de tempo e lx a sobrevivência específica por idade. Multiplica-se lx e mx – somando-se os valores das várias classes = Ro (taxa re-produtiva líquida).

aTiViDaDE Do caPÍTulo

1. Crescimento da população humana Considere a equação: N (t+1)=N (t)+ 0,0164*N(t)

• Faça um gráfico da população, conside-rando que, em 1993, havia 100 milhões de pessoas na população brasileira.

• Qual é o padrão de crescimento sugerido pelo gráfico (exponencial ou linear)?

• Socialize o gráfico produzido no exercí-cio com os tutores.

4.1.1 FLUTUAÇÃO DAS POPULAÇÕES

a) Ação independente da densidade e ação dependente da densidade.

b) Tamanho da população influenciado por fatores físicos (condições climáticas, cor-rentes oceânicas, condições químicas, po-luição, etc...).

c) Ecossistemas benignos: populações auto-reguladas. Controladas biologicamente/ interações.

Podem ou não ter ambos os controles. Am-bientes estressantes, maior probabilidade de doenças. Causas dos Ciclos: mudanças sazonais (intra-anual). Flutuações anuais (variação interanual) disponibilidade de alimento/condições climáticas que variam interanualmente.

4.1.2 PADRÕES DE DISTRIBUIÇÃO

1) Aleatório (ambiente uniforme) var=média.

2) Uniforme (competição) variância = 0.

3) Agregado (casais/clones vegetativos de plantas) var>média.

4) Metapopulações: são subpopulações dis-cretas conectadas pelo movimento de in-divíduos.

IdadeSobrevivência

específica para a idade

Mortalidade específica das idades

Prole por fêmea de idade x

x 1x Dx Mx 1xmx

0 1 0,2 0 0

1 0,8 0,2 0 0

2 0,6 0,2 1 0,6

3 0,4 0,2 2 0,8

4 0,2 0,1 2 0,4

5 0,1 0,05 1 0,1

Tabela 1 – Tabela de vida hipotética para uma população de bionomia sim-ples (adaptada de Odum, 1988).

4. DiNâMica PoPulacioNal

4.1 FoRMaS DE cRESciMENTo PoPulacioNal

Exponencial: Logística:dN/dt = r N dN/dt = rN (1- (N/K))

K – assíntota superior/ capacidade de suporte.

Equação de diferença que representa o mode-lo logístico:

N t+1 = Nt e^r(1-(N/K))

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204.2 MoDEloS DE PoPulaÇõES EM coMuNiDaDES/ iNTERaÇõES BiológicaS

1. COMPETIÇÃO

O modelo de competição é um sistema de duas equações que caracterizam a interação: dN/dt = rN(1 – (N/K)) – aNN2. A competição é uma interação entre organismos que explo-ram o mesmo recurso, muitas vezes, limitante. Influências negativas devem-se à escassez de recursos usados pelas espécies.

Aspectos da Competição

• Mecanismo de seleção natural - Resulta-do de efeitos de limitação de espaço, ali-mento, nutrientes, luz e susceptibilidade a carnívoros.

Modelo de Competição de Lotka-Volterra

dN1/dt = r1N1 (1-(N1/K1)) – aN1N2dN2/dt = r2N2 (1-(N2/K2)) – bN1N2

onde, a e b – coeficientes de competição. Os resultados possíveis do modelo de Lotka-Vol-terra são: uma das espécies ganha a competi-ção (independente da condição inicial), coexis-tência estável e equilíbrio instável.

2. PREDAÇÃO, HERBIVORIA, PARASITISMO - OUTRAS INTERAÇÕES NEGATIVAS

Nestas interações, existe um efeito negativo para uma espécie e positivo para outra. A sele-ção natural pode levar a uma redução nos efei-tos prejudiciais destas interações. Populações que interagem de forma mais recente (hospe-deiros/parasitas) têm uma interação potencial-mente + negativa que, com o tempo, tende a se estabilizar; se não houver uma passagem / infecção rápida-eficiente neste caso, a virulên-cia pode ser aumentada em doenças infeccio-sas - Hipótese da Rainha-Vermelha.

Aspectos Gerais da Predação

Espécies introduzidas pelo homem podem ser beneficiadas pela ausência de predadores. Pre-sas: coloração críptica: mesclagem com seus arredores, combinando sua cor padrão com a

cor das cascas, galhos e folhas (animais palatá-veis ou comestíveis). Coloração de advertência: predadores aprendem a evitar certas presas. Cobras corais e outras espécies semelhantes. Plantas: defesas contra herbívoros (compostos secundários) – terpenóides/fenóis.

Modelo de Predação

dR/dt = rR – cRPdP/dt = acRP - dP

Onde R (presa) e r (taxa de crescimento da pre-sa), c (taxa de predação), P (predador) e a (taxa de crescimento do predador) e d (taxa de mor-talidade do predador). Este modelo representa um exemplo de interação dependente da den-sidade de predadores e presas, já que o termo relativo à predação é proporcional a ambos.

3. INTERAÇÕES POSITIVAS

a) Comensalismo - inquilinos em esponjas (camarões e peixes).

b) Protocooperação - caranguejos e celente-

rados. Camuflagem e proteção/celentera-dos em troca são levados de um lugar para o outro e se alimentam de restos deixados pelos caranguejos.

c) Mutualismo - exemplos: ruminantes e bac-térias, raízes de vegetais com bactérias (plantas leguminosas/fixação de nitrogê-nio) e fungos. Liquens (fungos e algas) em colonização de substrato rochoso (pouca umidade e nutrientes).

5. iNTERaÇõES BiológicaSSegundo Begon et al., 2007, além dos fatores abióticos, determinando as flutuações popu-lacionais, os indivíduos também mudam am-bientes, como, por exemplo, o efeito da trans-piração de árvores que refrescam a atmosfera. Além disso, a árvore projeta sombra sobre outras plantas abaixo dela, competindo des-ta forma e influenciando o curso da sucessão ecológica. Segundo Odum, 1988, o princípio de Alee atesta que em densidades intermedi-árias, há um benefício para certas populações.

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215.1 coMPETiÇÃo - DEFiNiÇÃo

É uma interação em que um organismo con-some um recurso que estaria disponível para consumo de outro organismo. Um organismo priva um outro que cresce mais lentamente, deixando menos descendentes e correndo um risco maior de morte.

Tipos

a) Intra-específica (entre organismos da mes-ma espécie, pode ser representada pela equação logística) ou interespecífica (mo-delo de competição de Lotka-Volterra).

b) Interferência (efeito direto de um organis-

mo sobre o outro pode ser ilustrado por casos de epifitismo ou alelopatia) ou ex-ploração (uma espécie consome o recurso de forma mais eficiente do que a outra, podendo reduzir este a um nível que ou-tras espécies não possam explorar – nu-trientes). Por exemplo, o fitoplâncton com-petindo com macroalgas por nutrientes: os primeiros organismos têm uma maior taxa de superfície por volume, sendo competiti-vamente superiores em alguns casos.

5.2 PREDaÇÃo - DEFiNiÇÃo E ouTRaS iNTERaÇõES

Situação em que um organismo consome o outro e o mata (coruja predando um camun-dongo) ou aquela situação em que o consu-midor ataca apenas parte de sua presa, a qual pode crescer novamente e proporcionar uma nova porção em outra ocasião (pastejo).

Quando organismos mortos ou partes mortas são consumidos, a interação chama-se decom-posição ou detritivoria.

PARASITISMO E DOENÇA

Segundo Begon et al., 2007, mais da metade das espécies que se conhece pertence à cate-goria dos parasitos. Funde-se com a predação. Enquanto um predador, em geral, consome uma parte ou todo o corpo de muitas presas individuais, um parasito normalmente obtém seus recursos de um ou poucos hospedeiros e raramente mata seu hospedeiro imediatamen-te – se é que chega a matá-lo. Como exemplo de

relação harmônica, pode-se citar o mutualismo, em que ganhos superam as perdas nesta inte-ração; a maior parte da biomassa do mundo é composta por mutualistas (Begon et al., 2007).

5.3 iNTERaÇõES - claSSiFicaÇÃo

a) Predação (+, -)

b) Parasito – hospedeiro (+,-)

c) Mutualismo (+, +)

d) Detritivoria (+, 0) – alimento já morto não é afetado.

e) Competição (-, -)

f) Comensalismo - o “hospedeiro” fornece recursos ou um abrigo para outro organis-mo sem efeitos prejudiciais perceptíveis.

g) Amensalismo - quando um organismo provoca efeitos preju-diciais (p. ex. uma toxina), estando presente ou não o orga-nismo potencialmente afetado.

5.4 iNTERaÇõES BiológicaS E a DiNâMica DE PoPulaÇõES

A dinâmica populacional é afetada, também, pelas interações biológicas, as quais influen-ciam a distribuição e a evolução das espécies. Exemplo: extratos de ervas daninhas – efeito potencial alelopático contra plantas de lavoura.

5.4.1 MODELO DE COMPETIÇÃO DE LOTKA - VOTERRA

Alfa12 – efeito competitivo per capita da es-pécie 2 sobre a espécie 1. alfa 21 – espécie 1 sobre a 2.

Em que circunstâncias aumenta e diminui a abundância de cada espécie?

Certas combinações de N1 e N2 originarão au-mentos da espécie 1 e/ou da 2.

A avaliação do resultado da competição pode ser feita pela geração de Isolinhas de Cresci-

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22mento Zero – quando as populações se es-tabilizam e pela avaliação de planos de fase – gráficos em que a variação da abundância relativa de ambas as espécies é plotada uma em relação à outra.

Figura 3 – Plano de Fase (competição). Resultado da com-petição entre duas algas vermelhas, mostrando o equilíbrio instável do sistema em que o resultado final da competição depende da condição inicial da população das algas. Fonte: Guimaraens - programa Stella.

PREDAÇÃO: ASPECTOS GERAIS E TEORIA DO FORRAGEIO ÓTIMO

A preferência alimentar pode ser avaliada pelo exame da dieta do animal (análise do conteúdo intestinal) e pela estimativa da disponibilidade de diferentes tipos de alimentos. A quantidade de energia da presa e o tempo de manipulação estão relacionados com o forrageio ótimo. Die-tas mistas podem ser vantajosas, dependendo da disponibilidade alimentar. Predador e Presa: influenciam-se mutuamente no processo de evolução (co-evolução); por exemplo, metabó-litos secundários em algas e folhas venenosas são defesas contra herbívoros.

O comportamento de busca de alimento exi-bido pelos animais atuais é aquele que foi fa-vorecido pela seleção natural no passado, mas que também aumenta sua eficácia no pre-sente. Eficácia elevada é alcançada mediante uma alta taxa líquida de ingestão de energia (energia bruta menos o custo para obter tal energia). A teoria pode ser avaliada por expe-rimentos em ambientes naturais ou próximos destes, onde o comportamento de forrageio está ajustado.

REFERÊNciaSBEGON, M., HARPER, J. & TOWNSEND, C. R. Ecologia de indivíduos a comunidades. Porto Alegre: Artmed, 2007. Ler capítulo sobre inte-rações biológicas.

GUIMARAENS, M. A., COSTA, D. C. P., COSTA, M. I. S., SOUZA, J. R. B., ALVES, A. M. F., 2007. Simulações da dinâmica, regulação popula-cional e recrutamento de cirrípedes e bivalves marinhos bentônicos. Tropical Oceanography, 35: 17-31.

ODUM, E. P. 1988. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. 434 p. Ler os capí-tulos sobre dinâmica de populações e popula-ções em comunidades.

PRUITT, N. & UNDERWOOD, L. Bioinquiry. Jonh Wiley, 2006. 119 p.Figuras 4 e 5 – Oscilações e Plano de Fase (predação). Figura 4 – Oscila-

ções da interação predador e presa, geradas pelo modelo de predação (note que existe uma defasagem entre as duas curvas). Figura 5 – Plano de fase que representa as oscilações das populações. Fonte: Guimara-ens - programa Stella.

5.4.2 MODELO DE PREDAÇÃO

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Ecologia DE coMuNiDaDES, BioDiVERSiDaDE E BioMaS

Profa. Dra. Mariana Alves de Guimaraens Carga horária I 15H

oBJETiVoS ESPEcÍFicoS

• Conceituar comunidades abertas e fe-chadas, para relacionar aspectos da es-trutura da comunidade com padrões espaço-temporais da diversidade.

• Reconhecer os componentes do cálculodo índice de diversidade.

• Definirostiposdesucessãoecológicaesuarelação com os padrões em ecossistemas.

• Descreverbiomasterrestreseaquáticoseaspectos da estabilidade dos ecossistemas.

• Avaliaraspectosdaecologiapopulacionale de comunidades importantes na conser-vação ambiental.

1. coNcEiTo DE coMuNiDaDEExistem duas visões conceituais que classifica-ram as comunidades em abertas e fechadas. A visão de comunidade fechada considera que as interações biológicas determinam pa-drões de abundância dentro de determinada comunidade, assim como prevê a existência de fronteiras distintas entre estas, como o ecótono, que é uma área de transição entre

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24duas comunidades. Estas fronteiras podem apresentar alta riqueza específica, por apre-sentarem espécies características de mais de um ambiente. Este conceito holístico foi de-senvolvido por Clements.

Gleason descreveu o conceito de comunidade aberta como aquela em que a colonização ale-atória das espécies e a repartição de recursos determinam padrões de abundância em co-munidades contínuas, muitas vezes dispostas em um gradiente ambiental, sem fronteiras distintas. A visão atual combina os dois con-ceitos acima, para explicar padrões de riqueza, diversidade e variabilidade espaço-temporal das comunidades.

2. DiVERSiDaDE DE ESPÉciES E ESTRuTuRa Da coMuNiDaDEA riqueza específica é definida como o número total de espécies em uma deter-minada comunidade. A diversidade de espécies possui dois componentes:

1. Riqueza: baseada no número total de espécies e

2. Uniformidade: baseada na abundância relativa de espécies e no grau de domi-nância ou falta desta. A diversidade de espécies é uma medida da estrutura da comunidade.

A diversidade tende a aumentar com o ta-manho da área, desde as altas latitudes até o Equador. Contudo, tende a ser reduzida em comunidades que sofrem estresse, muitas vezes, com um padrão de algumas espécies dominantes (Ambientes eutrofizados – algas oportunistas dominantes e baixa diversida-de). Também pode ser reduzida em ambien-tes benignos onde exista competição. Outro componente da biodiversidade é a diversida-de genética. Sua manutenção está relaciona-da com: heterozigose genotípica, polimor-fismos e problemas com agroecossistemas e transgênicos.

2.1 PaDRÃo DE DiSTRiBuiÇÃo

O padrão de diversidade geral característico de altas latitudes é de poucas espécies do-minantes com grande número de indivíduos, associadas a poucas espécies raras com pou-cos indivíduos. Em locais com estações defini-das, uma pequena porcentagem de espécies é abundante-dominante. Uma porcentagem grande é rara (possui valores de importância baixos). Algumas vezes, não há dominantes, e a comunidade apresenta muitas espécies de valores de abundância intermediários. Nos trópicos úmidos, sem estações marcadas, as comunidades são caracterizadas por muitas espécies com baixa abundância.

Figura 1 - Cracas (zonação). Fonte: Begon et al., 1990.

2.1.1 EXEMPLO - HABITAT BENTÔNICO MARINHO

Paine (1966) estudou o efeito da predação com a remoção experimental de predadores e observou a redução da diversidade. Em alguns casos, há uma maior diversidade em costões rochosos, onde há presença de predadores ati-vos – papel das interações biológicas em regi-ões tropicais e temperadas. Espécies coexistem em competição parcial ou direta. Muitas adap-tações promovem a diferenciação dos nichos e a manutenção da diversidade das espécies.

2.2 ÍNDicE DE DiVERSiDaDE

Componentes

1. Riqueza específica e 2. Uniformidade ou Equitabilidade, reparti-

ção dos indivíduos entre as espécies (abun-dância relativa).

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25Exemplo segundo Odum, 1988:

•2sistemas,100indivíduos-10espécies:•a)91,1,1,1,1,1,1,1,1,1.•b)10,10,10,10,10,10,10,10,10,10.

Em qual dos dois sistemas, temos a maior di-versidade?

2.2.1 ÍNDICE DE DIVERSIDADE DE SHANNON

• H=- Σ(Pi.lnPi), onde Pi é o valor de impor-tância de cada espécie, ni dividido pelo so-matório total de valores de importância (N).

• Héalto,quandoonúmerodeespécieségrande e/ou a proporção de indivíduos – biomassa é relativamente uniforme. Usado para comparar ambientes – áreas de coleta.

aTiViDaDE Do caPÍTulo

Considere os dados sobre área de amostra-gem e diversidade de aves:•Área=[10,20,30,40,50,60,70,80,90, 100] m2

•DiversidadedeEspécies=[2.7,3.3,3.7,4.1,4.4,4.6,4.8,5.0,5.2,5.4]

1. Faça o gráfico, espécies – área, plotando a diversidade eixo y e área amostral eixo x.

2. Descreva a curva plotada e explique biolo-gicamente seu formato.

3. Faça o gráfico semilog (com o logarítimo da diversidade no eixo y).

4. Socialize os gráficos com os tutores.

3. SucESSÃo Ecológica: DEFiNiÇÃoA sucessão ecológica é a variação do padrão da comunidade no tempo, caracterizada pela diversidade de padrões de abundância de con-

juntos de espécies, de acordo com condições ambientais (Begon et al., 1990):

1. A espécie é capaz de chegar ao local, 2. O local apresenta recursos e condições

adequadas, 3. Competidores e predadores não excluem

as espécies.

Estes fatores determinam a sequência tem-poral de espécies. As condições, os recursos, os competidores e os predadores variam com o tempo e o espaço. Espécies de vida curta, muitas vezes, são colonizadoras, e sua impor-tância relativa na comunidade tende a mudar com a época do ano. A interação do ciclo de vida com as condições ambientais e fatores bi-óticos podem determinar o curso da sucessão ecológica.

A sucessão é uma colonização, que pode ser não sazonal, direcional e contínua, combinada com padrões de extinção num local, por popu-lações de espécies variadas. Pode ser degrada-tiva, em que a matéria orgânica morta (corpo de planta ou animal, carapaça de artrópode, depósito fecal) é colonizada por microrganis-mos explorados por detritívoros, sendo um exemplo de sucessão heterotrófica, na qual o substrato é mineralizado. Neste caso, há um curto período de tempo para o desenvolvi-mento da comunidade (meses, anos).

3.1 TiPoS DE SucESSÃo

Sucessão Alogênica: forças geo-físico-quími-cas, deposição de sedimentos. Exemplo: trans-formação de um lago em charco e em floresta, com a abertura de um novo habitat (invasão de plantas verdes é um exemplo de sucessão autotrófica) e outros organismos sésseis. O acúmulo de litter (floresta) e o sombreamen-to são processos característicos de sucessões autogênicas.

A sucessão primária é caracterizada por local sem influência prévia de uma comunidade ou onde tal influência foi eliminada, como em dunas de areia, campos de lava e substrato exposto pela retração glacial. Onde a vegeta-ção foi exterminada, porém com a presença de esporos e sementes, segue a sucessão se-cundária. A heterogeneidade ambiental (por

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26exemplo de substrato), as perturbações (ação de ondas, incêndios) e as diferenças temporais em padrões de colonização podem determinar estruturas em mosaico nas comunidades que são caracterizadas por diferentes estágios da sucessão ecológica.

Sucessão em terras novas (primárias) pode le-var centenas de anos; processos em comunida-des algais em substratos consolidados alguns anos ou meses. A facilitação no processo de sucessão é caracterizada por espécies pionei-ras, que geralmente alteram a disponibilidade de recursos em um habitat, possibilitando a colonização de novas espécies (deposição de matéria orgânica, retenção de umidade no solo). Algumas espécies pioneiras inibem a se-quência da sucessão (exemplo - algas verdes (Ulva), sucessão por inibição das algas verme-lhas (Gigartina)). Geralmente, as plantas, que são os produtores primários, caracterizam o ponto inicial da sucessão, seguindo-se o apa-recimento dos animais.

Em ambientes terrestres, a água retida e a areia compactada pelas raízes de plantas po-dem proteger solos das variações bruscas de temperatura. Novas plantas e, conseqüente-mente, animais vão ocupar a região. O estágio final de relativa estabilidade da sucessão é cha-mado clímax. Atualmente, considera-se que existe mais de um clímax possível (diferentes conjuntos de espécies) que caracteriza o final da sucessão.

4. BioMaSSão conjuntos de ecossistemas, já que a troca de matéria e energia é maior dentro dos ecos-sistemas que os formam. Estes ecossistemas são constituídos de comunidades que chega-ram ao clímax, o qual consiste no estágio final da sucessão ecológica. Muitas vezes, apresen-tam uma estrutura em mosaico, já que se en-contra uma diversidade de fases do processo de sucessão ecológica. Os biomas possuem uma composição fitogeográfica caracterís-tica. São influenciados pela ação do estresse ambiental, como tempestades e ventos que podem derrubar árvores em florestas. Desta forma, os biomas têm um tipo de vegetação dominante, mas abrigam diferentes fases da sucessão ecológica e diferentes guildas.

4.1 TiPoS DE BioMaS

Uma floresta constitui um bioma terrestre, enquanto lagos e mares constituem biomas aquáticos. O clímax de um bioma depende de muitos fatores, tais como a latitude, as tempe-raturas médias e extremas da região, o relevo, o regime de chuvas e o tipo de solo. Biomas Terrestres têm como característica marcante o tipo de vegetação e a composição florística. Principais biomas terrestres: Tundras, Taigas, Florestas Temperadas e Tropicais, Campos e Desertos.

1) TUNDRA

Ocorrem próximas ao pólo ártico no norte do Canadá, da Europa e da Ásia. A neve é cons-tante, exceto nos meses de verão, quando a temperatura chega, no máximo, a 10 graus Celcius. Região úmida, porém a água é limitan-te para as plantas, permanent frost. No verão, formam pântanos pela drenagem ineficiente. Fauna e flora da Tundra: vegetação pouco exu-berante; ao norte, musgos e liquens, e ao sul, pequenos arbustos devido à temperatura mais elevada. Fauna: boi almiscarado, Caribu, aves migratórias e alguns tipos de insetos.

2) TAIGA

Florestas de coníferas que se situam no hemis-fério norte, ao sul da Tundra Ártica. A estação amena é um pouco mais longa que a da Tun-dra. Flora constituída de árvores do grupo das coníferas e também de musgos e liquens. A

Figuras 2 – Biomas Distribuição. Fonte: Odum e Barrett, 2007.

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27fauna é composta por ursos, alces, lobos, ra-posas, aves migratórias e insetos. Nas árvores, vivem esquilos.

3) FLORESTAS TEMPERADAS

São típicas das regiões de clima temperado. Estão presentes na Europa e América do Nor-te. Árvores caracterizadas por folhas decíduas, perdidas no fim do outono e que voltam na primavera (diminui a atividade de manutenção durante o frio). Flora: arbustos, plantas herbá-ceas e musgos. A fauna é composta por javalis, veados, raposas, etc., além de espécies arborí-colas, como esquilos, aves e insetos.

4) FLORESTAS PLUVIAIS TROPICAIS

Existem em locais de clima quente e alto ín-dice pluviométrico, na faixa equatorial: norte da América do Sul, América Central, África, Austrália e Ásia. A vegetação da floresta tro-pical é exuberante, apresenta grandes árvo-res. Adaptadas ao clima úmido, folhas largas (latifoliadas). As folhas não caem no inverno, que é pouco rigoroso. Ela são chamadas de perenifólias (do latim perennis, duradouro). A extratificação na cobertura vegetal, com pata-mares que criam habitats diversos para a fau-na é característica. Flora rica em epífitas, como bromélias, samambaias, cipós etc...

A fauna é composta por mamíferos arborícolas (esquilos e primatas), répteis (cobras e lagar-tos) e anfíbios (sapos e pererecas). Nos solos, mamíferos herbívoros (veados e antas) e carní-voros, como as onças. Existe uma alta diversi-dade de invertebrados, principalmente insetos.

5) CAMPOS

A vegetação predominante é de gramíneas (Estepes e Savanas). Clima quente com perí-odos de seca. Pradarias na América do Norte, Pampas Gaúchos na América do Sul. Fauna: roedores, carnívoros (lobos, coiotes, raposas) e abundante fauna de insetos. As savanas apre-sentam arbustos e árvores de pequeno porte, encontradas na África e na Ásia. Herbívoros de grande porte (antílopes, zebras, girafas, ele-fantes, rinocerontes) e, também, carnívoros (leões, guepardos), na fauna da África, além de pássaros diversos (gaviões). No Brasil, este

bioma também é representado pelo Cerrado. Link: www.ibama.gov.br

6) DESERTOS

Este bioma é representado por regiões com pouca umidade. Flora: vegetação de gramíne-as, pequenos arbustos, espaçada (locais onde a pouca água se acumula – fendas de pedras). Cáctus, espinhos no lugar de folhas, onde a transpiração diminui. Maiores – África, Ásia. Fauna: roedores (rato-canguru, ativo somente à noite; retira água dos alimentos), répteis, insetos.

4.2 BioMaS aQuÁTicoS

Segundo Odum & Barrett, 2007, existem os se-guintes ecossistemas marinhos: oceanos aber-tos que constituem o sistema pelágico, águas da plataforma continental (águas costeiras), regiões de ressurgência (águas frias e férteis, que afloram, muitas vezes, próximas à costa, ocasionando uma alta produtividade), fontes hidrotermais (atividades de quimissintetizan-tes) e estuários (foz de rios, baías marginais, canais etc.); além de outros sistemas bentôni-cos como recifes de coral e costões rochosos. Os sistemas de água doce são divididos entre lênticos (águas paradas) e lóticos (água corren-te – rios e correntezas), além das áreas úmidas (brejos e florestas pantanosas).

4.3 PRiNciPaiS caRacTERÍSTicaS DoS BioMaS BRaSilEiRoS

O Bioma Amazônia, apesar de ter a flores-ta pluvial como sua principal característica, é composto por outros ecossistemas, como flo-restas inundadas, igapós, campos abertos e cerrados. Os ecossistemas da costa brasileira também são bastante diversos com mangue-zais, restingas, praias, costões rochosos, estu-ários, recifes de coral etc. Os manguezais, por exemplo, são biomas onde o solo é lodoso e salgado, formando-se junto à desembocadu-ra de rios e litorais protegidos. As árvores do mangue possuem raízes que ajudam a com-pactar o substrato, e a decomposição de suas folhas ajuda a manter um berçário para espé-cies marinhas nestes ecossistemas.

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28A Caatinga é o principal bioma da Região Nordeste, dominada por formações vegetais secas, com estratos compostos por gramíneas arbustos e árvores secas, localizada no semi-árido, enquanto o Pantanal representa uma das mais importantes áreas úmidas da América do Sul. É considerado, também, uma área de transição, com um mosaico de ecossistemas que têm afinidade com o Cerrado e a Floresta Amazônica. Periodicamente inundado, apresenta uma elevada produtividade biológica. A Mata Atlântica encontra-se atualmente muito reduzida e fragmentada.

Figura 3 – Comunidade de Algas. Fonte: Guimaraens e Coutinho, 1996.

5. aSPEcToS Da BioDiVERSiDaDE E coNSERVaÇÃoSegundo Dajoz, 2005, a Ecologia da Paisagem se desenvolveu a partir da década de 1940, tra-tada em conjunto com o estudo das metapo-pulações. As paisagens em ecologia são estru-turas de extensão variável que se repetem no espaço - resultado da fragmentação natural ou imposta pelo homem - através da alteração de ecossistemas primitivos (Primack & Rodrigues, 2007), contrastando com a ecologia tradicio-nal que estuda ecossistemas estabelecidos em habitats homogêneos não modificados pelo homem. Está associada, atualmente, ao estudo dos corredores ecológicos e do efeito de borda.

5.1 coNSERVaNDo a BioDiVERSiDaDE

O conceito de biodiversidade foi disseminado nas décadas de 1970-80. Durante a Eco 92, tornou-se pública a perda de biodiversidade. Para a conservação desta, é necessário se es-tudar a diversidade genética de espécies e de ecossistemas.

1) DIVERSIDADE GENÉTICA

A diversidade em uma população de uma mes-ma espécie (variabilidade interpopulacional vs. intrapopulacional) reflete respostas adap-tativas ao meio (fatores bióticos e abióticos). Em casos de homozigose, há genes recessivos

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29letais, que se manifestam. Ponto de incerteza – efeito de cosanguinidade e persistência das populações em condições naturais. Estuda--se, então, a População Mínima Viável (PMV) capaz de representar a diversidade genética e a abundância das populações. Geralmente, quando o tamanho corpóreo aumenta, a PMV diminui, porém amplia o território home range (área de vida). Em grandes mamíferos, a PMV geralmente é constituída de 50 – 500 indivídu-os. Estes dois aspectos (território e PMV) das populações podem evitar problemas com de-terminação da área preservada.

2) BIODIVERSIDADE DE ESPÉCIES

Riqueza específica em biocenoses: número de espécies pode ultrapassar os milhares em flo-restas tropicais. Biogeografia e biodiversidade: a diversidade, de um modo geral, aumenta em direção aos trópicos. Diversidade em Ecossiste-mas: florestas tropicais representam 7% de co-bertura dos continentes – abrigam pouco mais da metade das espécies. Foraminíferos marinhos têm o pico de diversidade em latitudes médias.

2.1 cauSaS DE alTa DiVERSiDaDE NoS TRóPicoS - HiPóTESES

Estabilidade climática: ao longo dos tempos diminui a taxa de extinção. Contraste com o efeito de perturbações no rápido desenvolvi-mento das espécies. Especialização das espé-cies: nichos ecológicos reduzidos + especia-lizados. Coexistência – efeito de um passado evolutivo (co-evolução). Heterogeneidade es-pacial, região tropical, maior área ao redor do Equador. Maior eficiência das interações bioló-gicas e disponibilidade de energia.

2.2 ESTaBiliDaDE

1) Persistência - de uma biocenose no tempo relacionada com a proximidade do estágio clímax de sucessão ecológica, que perma-nece mais do que os estágios pioneiros (mais resistentes).

2) Elasticidade-resiliência - é a aptidão de re-

cuperar o funciona-mento e uma estrutura normais após uma perturbação (maior em comunidades pioneiras).

De um modo geral, a diversidade promove a estabilidade em teias tróficas (generalistas vs. especialistas), enquanto a estabilidade e a produtividade podem aumentar, até um certo ponto, com a diversidade. E a complementa-ridade de nichos pode permitir a coexistência; cada espécie usa uma parte de recursos dis-poníveis, raízes em diferentes profundidades – produtividade da comunidade otimizada. A presença de herbívoros aumenta a produ-tividade primária até certo ponto, dependen-do da capacidade de as plantas suportarem a predação e regeneração da pastagem. N = K.S0.25, N – número de extinções, S – superfície do ecossistema destruído, K – constante que depende do ecossistema. Para se prever a pro-babilidade de extinção, pode-se usar a fórmula acima derivada da Teoria de Biogeografia de Ilhas. As quais podem abrigar muitas espécies endêmicas.

REFERÊNciaSBEGON, M., HARPER, J. & TOWNSEND, C. R. Ecology: individuals, populations and commu-nities. Boston: Blackwell, 1990. 945 p.

DAJOZ, R. Princípios de ecologia. Porto Alegre: Artmed, 2005. 519 p.

GUIMARAENS, M. A. & COUTINHO, R. 1996. Spatial and temporal variation of benthic ma-rine algae at the Cabo Frio upwelling region, Rio de Janeiro, Brazil. Aquat. Bot. 52: 83–299.

GUIMARAENS, M. A. & COUTINHO, R., 2000. Temporal and spatial variation of Ulva spp. and water properties in the Cabo Frio upwelling re-gion of Brazil. Aquat. Bot. 66: 101-114.

ODUM, E. P. 1988. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. 434 p.

PRIMACK, R. B. & RODRIGUES, E. Biologia da conservação. Londrina: Editora Planta, 2007. 327 p.

RICKLEFS, R. A economia da natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. 503 p. Ler capítulos sobre estrutura de comunidade e su-cessão ecológica.

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Ecologia DE EcoSSiSTEMaS, cicloS BiogEoQuÍMicoS E PRiNcÍPioS DE EDucaÇÃo aMBiENTal

Profa. Dra. Mariana Alves de Guimaraens Carga horária I 15H

oBJETiVoS ESPEcÍFicoS

• Conceituarofluxounidirecionaldeener-gia e sua relação com as eficiências eco-tróficas, pirâmides ecológicas e estrutura das teias alimentares.

• Identificarasprincipaisetapasdosciclosda matéria e relacionar a poluição aquá-tica e a atmosférica com alterações nos ciclos biogeoquímicos.

• Reconhecer os princípios gerais e ati-vidades relacionadas com a educação ambiental.

1. o FluXo DE ENERgia NoS EcoSSiSTEMaSA energia define-se como a capacidade de realizar trabalho. O comportamento da ener-gia é regido pelas leis da termodinâmica. A primeira lei é a Lei da Conservação da Ener-gia, que afirma que a energia pode ser trans-formada de um tipo em outro, mas não pode ser criada nem destruída (Odum, 1988). Por

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32exemplo, a luz é uma forma de energia e pode ser transformada em trabalho, calor e energia potencial do alimento. A segunda lei da termo-dinâmica é a Lei da Entropia, que mede o grau de desordem nos sistemas. Nenhum processo que implique uma transformação de energia ocorrerá espontaneamente, a não ser que haja degradação da energia de forma mais concen-trada para menos/mais dispersa (Odum, 1988) e formas mais desorganizadas de energia. Exemplo: Reações exergônicas/endergônicas (nas quais, há gasto energético).

1.1 HiSTóRico

Segundo Ricklefs, 2003, Charles Elton, du-rante os anos 1920, definiu a teia alimentar como unidade ecológica. Atualmente, o con-ceito consiste de relações tróficas entre os se-res vivos (um precisa se alimentar do outro) e determina o fluxo de energia nos ecossiste-mas. Ecossistema – conceito definido por A. G. Tansley em 1930: animais e plantas, junto com os fatores físicos (sistema ecológico). O conceito de ecossistema relata, também, a de-pendência e a manutenção do meio físico por animais e plantas.

Figura 1 - Pirâmides Ecológicas. Fonte: Odum e Barrett, 2007.

Lindeman, R. (1942) reviu as idéias de A. J. Lotka sobre a natureza termodinâmica dos ecossistemas e definiu os vários níveis tró-ficos (elos da cadeia alimentar – trofos/nu-trição, alimento). Também visualizou as pi-râmides de energia (que não se invertem), enquanto as de biomassa e números podem ter a base menor. Nos anos 50, o conceito de ecossistema foi fundamentado, tendo como característica o fluxo de energia e a ciclagem da matéria. Usou-se o C como moeda para comparação da produtividade entre ambien-tes e estudos e diagramas do fluxo energéti-co de Odum, E. P. .

O controle de baixo para cima das comuni-dades está relacionado com a teoria de que o pastejo seria inibido pela predação como expli-cação para um “mundo verde”. A hipótese de controle de baixo para cima sustenta a idéia de que a produção em ecossistemas é regulada pela disponibilidade de nutrientes, enquanto a hipótese da perturbação intermediária está relacionada com níveis intermediários de influ-ência de fatores ambientais e maior diversida-de específica.

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331.2 coNcEiTo DE PRoDuTiViDaDE (SEguNDo oDuM, 1988)

A Produtividade Primária é a taxa na qual a energia radiante é convertida pela atividade fotossintética e quimiossintética de organis-mos produtores (plantas, algas e bactérias) em energia química. A Produtividade Primária Bru-ta é a taxa global de fotossíntese, incluindo a matéria orgânica usada na respiração.

1.2.1 DEFINIÇÕES

Produtividade Primária Líquida: é a taxa de ar-mazenamento de matéria orgânica nos tecidos vegetais, em excesso, referente ao uso respira-tório pelos produtores durante o período de medição.

PB = PL + R, onde PB é a produtividade bruta, e R, a respiração.

Produtividade Líquida da Comunidade: é a taxa de armazenamento de matéria orgânica não utilizada pelos heterótrofos durante um intervalo de tempo (ano). Enquanto as taxas de armazenamento energético no nível dos consumidores são as produtividades secundá-rias. A produtividade bruta é análoga à assimi-lação. O C fixado em carboidratos combinado com N, P, Mg forma aminoácidos e pigmentos. Um g de C assimilado corresponde, aproxima-damente, a 39 KJ da energia do Sol transfor-mada em energia química.

1.2.2 FATORES QUE INFLUENCIAM A FOTOSSÍNTESE/PRODUTIVIDADE

a) A luz - pode ser limitante, porém, quan-do excede o ponto de saturação, pode causar fotoinibição. Cobertura de nuvens, vegetais, camada de água e hora do dia influenciam esses processos.

*Eficiência Fotossintética - percentagem de energia do Sol que é convertida em produção primária. Sem limitação de nu-trientes/H2O, é aproximadamente 1-2 %, enquanto 25 – 75 % da luz é refletida. Ou-tras moléculas absorvem o restante da luz e transformam em calor.

b) Temperatura - causa um aumento na taxa de fotossíntese até certo ponto. Tempe-ratura ótima: 16 graus Celcius - espécies temperadas, e em torno de 30 graus Cel-cius em espécies tropicais de plantas/algas. A produtividade primária líquida pode di-minuir com o aumento da temperatura de-vido ao aumento na respiração.

c) Água: limitação fechamento dos estôma-tos - fotossíntese mais lenta.

d) Nutrientes - Em ambientes aquáticos, o ex-

cesso de nutrientes causa a eutroficação. Sinergismo: uso de P, com altos valores de N. Efeito maior do que o efeito dos dois separados (somados).

e) Ecossistemas e Produção Primária - Inso-

-lação, temperatura, precipitação abun--dante, regeneração de nutrientes.

f) Eficiências Ecológicas - aproximadamente

de 5 – 20 %, está disponível para o nível trófico superior, Et/Et-1. É uma das causas limitantes no tamanho das cadeias tróficas.

Energia Ingerida - Egestada (ossos) = Energia Assimilada

Energia Assimilada - Respiração - Excreção (compostos nitrogenados) = Produção (em forma de crescimento e reprodução).

Figura 2 - Modelo de Fluxo de Energia. Fonte: Odum e Barrett, 2007.

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2. cicloS BiogEoQuÍMicoS

2.1 iNTRoDuÇÃo

A relevância dos estudos sobre os ciclos da matéria está relacionada aos impactos am-bientais, pós-industrialização, como o au-mento na concentração de CO2 na atmosfera de 280 para 360 partes por milhão durante o último século. Mudanças climáticas podem ocasionar o derretimento de calotas polares e expansão da água superficial, à medida que se aquece, causando inundações costeiras (Rick-lefs, 2003). Os elementos químicos dos ciclos biogeoquímicos permanecem dentro do ecos-sistema, contrastando com fluxo unidirecional de energia.

Processos assimilativos dos ciclos: fotossíntese, incorporação de elementos inorgânicos nas moléculas de plantas e micróbios. Processos desassimilativos: Respiração/equilibra a fotos-síntese na reciclagem do carbono. A maioria das transformações de energia está relaciona-da com a oxidação e a redução do C, O, N e S. Os macronutrientes são necessários em gran-des concentrações pelos organismos (N, P, K, Ca, S), enquanto os micronutrientes são neces-sários em menor quantidade.

A energia suprida por uma reação de oxidação (cede elétrons) em excesso à demanda da redu-ção (aceita elétrons) é perdida em forma de ca-lor. Por exemplo, a oxidação do carbono de um carboidrato libera energia para a redução do nitrogênio-nitrato em nitrogênio-amino (forma os blocos de construção protéica). Os mode-los de compartimentos dos ecossistemas pos-suem componentes orgânicos e inorgânicos.

2.1.1 CICLO DA ÁGUA – MODELO FÍSICO

As funções básicas que regulam o ciclo da água são: a evaporação do ambiente, a trans-piração dos organismos e a precipitação. A luz absorvida pela água move a evaporação (vapor d´água contém energia potencial). As moléculas de água se juntam, provocando a condensação e a perda de energia em forma de calor. O total de água na biosfera é de, aproximadamente, 1,4 bilhão de quilômetros

cúbicos. A evaporação nos oceanos excede a precipitação, e esta cai em parte sobre o conti-nente, retornando ao oceano pelo escoamen-to superficial.

2.1.2 CICLO DO CARBONO TAMBÉM TEM O SOL COMO FORÇA MOTRIZ

A assimilação e a desassimilação correspon-dem à fotossíntese e à respiração respectiva-mente, em um total de aproximadamente 85 x 1015 gC (Gt), que fazem parte do ciclo anu-almente (Ricklefs, 2003). Existem trocas de dióxido de carbono entre a atmosfera e os oceanos através da assimilação pelas plantas terrestres/absorção pela água e respiração. Há 50 vezes mais C na água do que na at-mosfera. Outra parte do ciclo é a dissolução de compostos carbonados na água e sua precipitação.

2.1.3 O CICLO DO NITROGÊNIO POSSUI MUITOS ESTÁGIOS DE OXIDAÇÃO

O maior reservatório de nitrogênio é o pool atmosférico de N2. Também está presente dis-solvido na água, mas não na rocha; descargas elétricas convertem N2 em amônia. Porém, a principal entrada nos ciclos biológicos é pela fixação do nitrogênio (assimilação por certos microorganismos). Geleiras que retrocedem ou campos de lava recém-formados suportam espécies com capacidade fixadora de N, que dominam a vegetação e caracterizam o início da sucessão ecológica.

Processos

1. Amonificação

• Plantas obtêm N do solo ou da água,como amônia ou nitrato.

• Nitrogênio reduzido, encontrado nasproteínas, que são decompostas por hidró-lise, e oxidação dos carbonos nos aminoá-cidos resulta em NH3

2. Nitrificação

•Oxidaçãodonitrogêniodeamôniaparanitrito, depois de nitrito para nitrato.

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Figura 3 - Ciclo Nitrogênio. Fonte: Odum e Barrett, 2007.

3. Denitrificação

•Ocorreemsoloscomsedimentosdeple-cionados de oxigênio. Decomposição da matéria orgânica.

4. Fixação do Nitrogênio

• A perda de nitrogênio no ecossistemapor denitrificação é compensada pela fi-xação do nitrogênio, requerendo energia para formar NO3.

2.1.4 CICLO DO FÓSFORO

As plantas assimilam fósforo, como íon fosfato (PO4

3+), diretamente do solo ou da água e o incorporam em compostos orgânicos diversos. Animais excretam sais de fosfato pela urina, bactérias convertem este fósforo em íons fos-fato. O ciclo envolve compartimentos no solo e aquáticos, porém há predominância de um ciclo sedimentar. O fósforo forma compos-tos insolúveis com cálcio e ferro em sistemas aquáticos bem oxigenados.

2.1.5 CICLO DO ENXOFRE 1. Redução assimilativa do enxofre SO4

2- (for-ma mais oxidada/sulfato) em S orgânico.

2. Reação inversa com intermediário sulfeto

SO32- em excretas de animais ou decompo-

sição de animais e vegetais.

3. Condições anaeróbicas - redução de Sulfa-to para oxidar o carbono. Agente redutor (para bactérias fotoautotróficas) sob a for-ma de enxofre elemental ou H2S.

4. Quimioautótrofos - usam o CO2 como

fonte de carbono, mas obtêm energia para sua redução da oxidação aeróbi-ca de substratos inorgânicos: metano, amônia, nitrito e H2S oxidado em águas profundas (vermes em simbiose com bactérias).

5. Faz parte dos aminoácidos cisteína e

metionina.

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3. a PoluiÇÃo E oS cicloS BiogEoQuÍMicoSa) CICLAGEM DO NITROGÊNIO

O nitrogênio do protoplasma é decomposto em formas orgânicas para inorgânicas por uma série de bactérias decompositoras. Par-te do N é transformado em amônio e nitra-to – formas mais rapidamente utilizadas pe-las plantas verdes. A atmosfera é composta de 78% de nitrogênio, que retorna para a atmosfera, através de bactérias denitrifican-tes e volta ao ciclo pela fixação biológica, em ação de faíscas e outras fixações físicas. Bactérias Quimiossintetizantes: Nitrossomo-nas – convertem amônia em nitrito. Nitrobac-ter – nitrito em nitrato. Dessa forma, obtêm energia da degradação da matéria orgânica. Bactérias denitrificantes e fixadoras de nitro-gênio requerem energia de outras fontes. De-nitrificação: Pseudomonas. Os heterótrofos degradam proteínas (enzimas) e excretam o N excedente sob forma de uréia, ácido úrico ou amônio. Fixação: Azotobacter, Rhizobium (bactérias em nódulos simbióticos em legumi-nosas), cianobactérias: Anabaena, Nostoc... Chave da biofixação – nitrogenase.

b) CICLO DO FÓSFORO

O fósforo geralmente é mais limitante em am-bientes de água doce do que em marinhos. Águas eutrofizadas com nitrogênio e fósforo (esgoto, fertilizantes) podem causar blooms de algas, aumento na DBO, mortandade de pei-xes e diminuição da diversidade. Outra fonte de fósforo é a erosão de rochas fosfatadas (de-pósito de guano, ossos – fósseis).

c) CICLAGEM DO ENXOFRE

Assim como o nitrato e o fosfato, o sulfato (SO4) é a principal forma disponível biologi-camente, que é reduzida pelos autotrófos e incorporada às proteínas, sendo o enxofre o componente essencial de certos aminoácidos. Processos conduzidos via micróbios, em zonas anaeróbias profundas, em solos e sedimen-tos, resultam em Sulfeto de Hidrogênio (H2S), e também em decomposição das proteínas.

Uma vez na atmosfera são convertidos em SO2, SO4. Poluição Industrial: Óxidos gasosos de N (N2O – NO2) e de enxofre (SO2). A chuva ácida é formada, quando os compostos acima interagem com vapor d´água – ácidos sulfúri-cos e nítricos.

d) O EFEITO ESTUFA E A CICLAGEM DO CARBONO

Antes da revolução industrial, a concentra-ção de CO2 na atmosfera era de 280 ppm, tendo aumentado hoje para mais de 370 ppm. CH4 – metano, gás incolor e inflamá-vel. Produzido de forma natural pela de-composição da matéria orgânica – bactérias anaeróbicas. Produção de Carbonatos- Ca + 2HCO3 – CaCO3 + H2O + CO2, recifes de co-ral — sumidouro de CO2.

e) CICLO HIDROLÓGICO

Movimento da água dos oceanos (o maior re-servatório) por evaporação para a atmosfera (menor reservatório). Precipitação, infiltração e escoamento.

f) CICLAGEM DE NUTRIENTES NOS TRÓPICOS

Em regiões frias, uma grande porção de material orgânico e de nutrientes disponí-veis está sempre situado no solo ou em se-dimentos. Nos trópicos, uma porcentagem muito maior de nutrientes está localizada na biomassa, reciclada neste compartimento, através de simbioses etc...O desmatamento pode ocasionar a perda de nutrientes pela lixiviação.

g) BIOACUMULAÇÃO

Tempo de residência – refere-se ao tempo que uma dada substância permanece no compar-timento designado de um sistema. Magnifi-cação biológica: processo observado em teias alimentares, quando substâncias tóxicas (DDT, metais pesados) tendem a se acumular em ní-veis tróficos superiores, devido ao consumo de níveis tróficos anteriores e à não-metaboliza-ção dos compostos.

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5. oPERacioNaliDaDE DaS aTiViDaDES DE EDucaÇÃo aMBiENTal1. Segundo Freire-Dias, 1998, o Programa de

Educação Ambiental para ser efetivo deve incluir simultaneamente atividades que promovam as seguintes competências:

a) Desenvolvimento do Conhecimento - ensinar a teoria sobre processos ecológicos através de informação e exemplos. b) Atitudes - educação para mudança de atitudes básicas em relação ao desperdício ambiental (mudança de hábito). c) Habilidades - treinamento para recicla-gem do lixo e desen-volvimento de tecno-logias limpas.

2. Técnicas/Estratégias para Atividades de

Educação Ambiental (E A):

• Aprendizagem Significativa - atividade adaptada concretamente às situações da vida real/situação vivenciada pelo aluno. • Discussão em Classe - exposição oral sobre problemas, compreender questões, desenvolver habilidades de expressão oral e autoconfiança de falar em público. • Discussão em Grupo - envolve toda a classe com o professor supervisionando; as-suntos polêmicos são tratados, e se busca estreitar a relação entre professor e aluno. •Brainstorming (mutirão de idéias) - esti-mula a formação de idéias e a criatividade; ajuda a solucionar problemas. •Outros - trabalho em grupo (entrosar a turma), debate (assuntos controvertidos/polêmicos), questionário (informações so-bre o nível de conhecimento da turma), jo-gos de simulação (mídia, justiça), projetos de pesquisa, exploração do ambiente local.

Figura 4 - Bioacumulação. Fonte: Odum e Barrett, 2007.

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38A preservação ambiental está contida no ar-tigo 225 da Constituição. Desta forma, são impostas ao poder público, as seguintes obri-gações: cuidar do patrimônio genético, pre-servar e restaurar os processos ecológicos, de-finir áreas de proteção ambiental, controlar a produção e a comercialização de produtos que provoquem riscos à saúde, promover a educação ambiental, proteger a fauna e a flo-ra e exigir estudos de impacto ambiental para as atividades potencialmente poluidoras. A educação ambiental e o estudo de impacto ambiental são ressaltados. A legislação sobre E A classifica esta como transdisciplinar. A E A será responsável pela preparação da comu-nidade e, principalmente, das novas gerações para a proteção do meio ambiente, segundo a Constituinte de 1988.

aTiViDaDE Do caPÍTulo

1. Método do 14C (Segundo Ricklefs, 2003): Plantas absorvem átomos de C na mesma proporção em que se encontram dentro da câmara. 14C no experimento é 5% do total de C disponível, e a planta assimila 10 mg/ 1 hora de 14C.

Qual é o total de C absorvido pela planta

em 1 hora?

REFERÊNciaSFREIRE-DIAS, G. Educação ambiental: princí-pios e práticas. São Paulo: Gaia, 1998.

ODUM, E. P. 1988. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. 434 p.

ODUM, E. P. & BARRETT, G. W. Fundamentos de ecologia. São Paulo: Thompson, 2007. 612 p.

RICKLEFS, R. A economia da natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. 503 p.

Ler os capítulos sobre energia nos sistemas ecológicos e ciclos da matéria.

gloSSÁRioAlelopatia - interação através de secreção de mensageiros químicos e substâncias tóxicas que forneçam uma vantagem competitiva.

Biocenose e biogeocenose - são análogos aos conceitos de comunidade e de ecossistema na literatura européia. Biogeocenose: conceito equivalente à biocenose e seus componentes e fatores abióticos.

Ecotipos - populações ou subespécies que são adaptadas às condições ambientais particu-lares. Corais em forma de cérebro ou colônia expandida (adaptação morfológica à luz como fator limitante).

Espécie endêmica - se localiza em uma região limitada (ilha, por exemplo). Ilha de Galápagos possui 25% das espécies endêmicas. São, mui-tas vezes, espécies raras em toda a sua distri-buição, que pode ser vasta ou rara em certos locais apenas.

Gargalo evolutivo - consequência de mudanças ambientais que reduzem o tamanho da popu-lação, levando a uma diferença de frequências alélicas nos indivíduos sobreviventes em relação à população original.

Guilda - Grupos de espécies que exploram, de forma similar, um mesmo tipo de recurso.

Hierarquia - disposição em série classificada.

Sistema - componentes regularmente intera-tivos e interdependentes, formando um todo unificado.