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FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA

Profa. Dra. Vivian C. C. Hyodo

Fundamentos de Ecologia

• Interação é a palavra-chave na ciência da Ecologia

• 1866 alemão Ernst Haeckel

• “Morfologia Geral dos Organismos” criação de uma disciplina que estudasse as relaçõesentre as espécies animais e seu ambiente orgânico e inorgânico.


• oikos (casa) + logos (estudo) = Ecologia

• Eugene P. Odum (1962) "Ecologia é o estudo das estruturas e funções dos ecossistemas".

• O que são ecossistemas?


• A Ecologia não se preocupa especificamente em descrever estruturas e funções de quaisquer destes níveis hierárquicos abaixo de organismo, embora dependa, em diversos momentos, dos conhecimentos gerados por outras disciplinas que os estudam.

• O campo de estudo específico da Ecologia envolve níveis hierárquicos superiores ao nível de organismo.

População e Comunidade

• População biológica

– Organismos de seres pertencentes a uma mesma espécie e que habitam simultaneamente uma determinada área geográfica.

• Comunidade biológica ou biocenose.

– Quando se considera o total de espécies diferentes que habitam uma determinada área geográfica.

Ecossistema

• A complexidade das interações dos seres vivos entre si e com fatores físicos e químicos ambientais, ocorridas em um espaço particular, caracteriza uma unidade organizacional denominada ecossistema ou sistema ecológico.

Ecossistema

• Unidade básica no estudo da ecologia.

• “Conjunto de seres vivos interage entre si e com o meio natural de maneira equilibrada, por meio da reciclagem matéria e do uso eficiente da energia solar.”

• A natureza fornece todos os elementos necessários para as atividades dos seres vivos biótipo

Ecossistema

• Ecossistema biótipo + biocenose

• “Sistema estável, equilibrado e auto-suficiente, apresentando em toda sua extensão características topográficas, climáticas, pedológicas, botânicas, zoológicas, hidrológicas e geoquímicas praticamente invariáveis.”

Ecossistema

• Dimensões de um ecossistema

– “Copa de um abacaxi”

– Floresta Amazônica

• Os ecossistemas podem ser naturais, como florestas, lagos, campos, etc., ou artificiais, quando construídos para atender necessidades humanas.

• Uma cidade e uma grande lavoura são exemplos de ecossistemas artificiais.

Ecossistema

• Homeostase

– Uma das características fundamentais dos ecossistemas

– “Estado de equilíbrio dinâmico por meio de mecanismos de autocontrole e auto-regulação que entram em ação assim que ocorre qualquer mudança.”

Ecossistema

• Tempo de resposta tempo entre a mudança e o acionamento dos mecanismos de auto-regulação.

• Garantir a normalidade

• Geralmente só é efetivo para modificações naturais não muito profundas nem demoradas

– Ex: descarga elétrica da atmosfera pequenos incêndios regeneração da mata

Ecossistema

• Modificações artificiais impostas pelo homem

– Violentas e continuadas

– Impacto ecológico no meio

– Desmatamentos intensivos ecossistema não dispõe de mecanismos de auto-regulação para regenerar o ecossistema original

Fatores bióticos e abióticos

• Em um ecossistema há elementos vivos ou bióticos e elementos não-vivos ou abióticosem constante interação.

• O2, CO2 e H2O constante fluxo entre os seres vivos e o ambiente

Biosfera

• Foi atribuído o nome de biosfera ou ecosferaà camada de ecossistemas da Terra, ou seja, o somatório de regiões onde existe vida interagindo regularmente com o ambiente físico.

Hábitat e nicho ecológico

• Os seres vivos encontrados nos ecossistemas em geral são adaptados ao ambiente em que vivem.

• O ambiente em que é encontrado determinado ser vivo, com suas peculiaridades biológicas e físico-químicas, corresponde a seu hábitat.


• O conjunto de atividades desempenhadas pelo ser vivo no ecossistema define seu nicho ecológico.

• É necessário conhecer suas fontes de energia e alimento, suas taxas de crescimento e metabolismo, seus efeitos sobre outros organismos e sua capacidade de modificar o meio em que vive.


• Ex:

– época de acasalamento

– período diário de maior atividade

– tipos de alimentos incluídos na dieta


• Se aplicássemos o conceito de nicho aos humanos que vivem nos grandes centros urbanos, estaríamos nos referindo à profissão, à classe social, ao tipo de hobby preferido, às preferências alimentares, etc.


• Ecossistema equilibrado cada espécie possui um nicho diferente do de outras espécies

– Competição entre espécies que possuam o mesmo nicho

• Equivalentes ecológicos espécies que ocupam nichos semelhantes em regiões distintas.

Cadeias alimentares e fluxo de energia

• A manutenção da vida nos ecossistemas depende diretamente da obtenção de energia por parte de cada um dos organismos que o compõe.

• Na natureza, existem basicamente duas formas pelas quais os organismos podem obter energia.


• Seres autótrofos conseguem converter, através da fotossíntese, energia luminosa em energia presente em compostos químicos complexos, como carboidratos (açúcares).

– Podem ser utilizáveis por todas as células do próprio organismo ou de outro ser vivo que dele se alimente posteriormente.

– Os seres autótrofos (fotossintetizantes) da maioria dos ecossistemas são os vegetais.


• Seres autótrofos

• Quimiossintetizantes fonte de energia é a oxidação de compostos inorgânicos

• Algumas bactérias


• Seres heterótrofos necessitam, obrigatoriamente, se alimentar de outros seres vivos para obter energia.

– Animais obtêm energia se alimentando diretamente (e exclusivamente) dos autótrofos (fotossintetizantes) ou de outro animal.

– Classificados como herbívoros e carnívoros.


• A fonte primária de energia para todos os ecossistemas de nosso planeta é a luz solar.

• Há seres que dependem diretamente dessa fonte primária de energia (os autótrofos) e outros que dependem indiretamente (os heterótrofos).


• O movimento seqüencial de energia a partir dos autótrofos para os heterótrofos é conhecido como cadeia alimentar.


• Nível trófico posição que cada organismo ocupa na cadeia

• Produtor O primeiro nível trófico de qualquer cadeia alimentar

– Corresponde a um ser autótrofo

– Produz os compostos químicos energéticos que serão passados aos demais níveis tróficos.


• Consumidor primário se alimenta diretamente do produtor ocupa o segundo nível trófico

• Consumidor secundário organismo que se alimenta do consumidor primário e assim sucessivamente.

– Recebem essa denominação devido ao fato de não serem capazes de realizar fotossíntese

– São heterótrofos e necessitam ingerir alimento para obter energia.


• Decompositores decompõem a matéria orgânica morta

– Fungos e bactérias

– Liberam para o ambiente muitas substâncias químicas inorgânicas (cálcio, fósforo, nitrogênio, enxofre, etc.) que antes compunham os tecidos animais e vegetais, as quais poderão ser novamente utilizadas pelos produtores, que se encarregam de torná-las mais uma vez disponíveis aos demais organismos do ecossistema (ciclagem)


• Teia alimentar várias cadeias alimentares são interligadas


• A energia contida em compostos químicos torna-se disponível para uso de qualquer ser vivo somente após o processamento destes compostos ocorrido durante a respiração celular.


• Respiração celular conjunto de reações químicas ocorridas no interior das células de qualquer ser vivo.

– Nem toda a energia contida nos compostos químicos é assimilável: uma boa parcela é convertida em calor, que é inteiramente dissipado.


• Toda a energia inserida em compostos químicos durante a fotossíntese será consumida para manutenção da vida no ecossistema, ou dissipada na forma de calor.

• Os ecossistemas se extinguiriam se não ocorresse um uma produção e repasse constantes de energia um fluxo contínuo de energia.

Pirâmide de energia Há

redução progressiva de energia ao

longo das cadeias alimentares

Cadeia alimentar e fluxo energético

Produtores

(plâncton)

1 000 cal*

Exemplo de pirâmide de energia

Leis da conservação da massa e energia

• Todo e qualquer fenômeno que acontece na natureza necessita de energia para ocorrer.

• VIDA requer basicamente MATÉRIA e ENERGIA

• MATÉRIA algo que ocupa lugar no espaço

• ENERGIA capacidade de realização de trabalho

Leis da conservação da massa e energia

• Em qualquer sistema natural: “matéria e energia são conservadas, ou seja, não se criam nem se destroem matéria e energia.

– 1ª. Lei da termodinâmica lei da conservação da massa e lei da conservação da energia

– 2ª. Lei da termodinâmica qualidade da energia sempre se degrada de maneiras mais nobres (maior qualidade) para menos nobres (menor qualidade).

Lei da conservação da massa

• Em qualquer sistema físico ou químico: “Nunca se cria nem se elimina matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma em outra”.

• Tudo que existe provém de matéria preexistente

• Tudo o que se consome apenas perde sua forma original


• Tudo se realiza com a matéria que é proveniente do próprio planeta

• Retirada de material do solo, do ar ou da água

• Transporte e utilização desse material para a elaboração do insumo desejado.

• Poluição ambiental não é possível consumir a matéria até a sua total aniquilação geração de resíduos em todas as atividades dos seres vivos


• Resíduos indesejáveis podem ser reincorporados ao meio para serem posteriormente reutilizados

– Ciclos biogeoquímicos

• Desequilíbrio entre consumo e reciclagem eutrofização dos lagos, contaminação dos solos


• Atualmente “era do desequilíbrio”

– Resíduos são gerados em ritmo muito maior que a capacidade de reciclagem do meio.

• Revolução industrial

– Novos padrões de geração de resíduos

– Materiais sintéticos não-biodegradáveis

1ª. Lei da Termodinâmica

• “A energia pode se transformar de uma forma em outra, mas não pode ser criada ou destruída”.

• Energia cinética e potencial


• Energia cinética

– “É a energia que a matéria adquire devido à sua movimentação e em função de sua massa e velocidade.”

– A energia cinética total das moléculas de uma amostra de matéria é denominada de energia calorífica


• Energia potencial

– “É a energia armazenada na matéria em virtude de sua posição ou composição.”

– Energia armazenada nos combustíveis fósseis, nos alimentos, etc.


• Na natureza ocorre constantemente a transformação de energia em formas diferentes

• As avaliações do potencial energético do planeta são, em geral, otimistas.

• Petróleo, gás natural, carvão, e combustíveis naturais.


• Potencial poderá ser menor que as estimativas não se leva em conta a energia necessária para exploração, o transporte e a transformação desses materiais.

• Seres vivos

– Energia diversas transformações


• “Todo processo de transformação de energia dá-se de uma maneira mais nobre para uma menos nobre, ou de menor qualidade.”

• Quanto mais trabalho se conseguir realizar com uma mesma quantidade de energia , mais nobre será esse tipo de energia.

• “Embora a quantidade de energia seja preservada (1ª. Lei da Termodinâmica) , a qualidade (nobreza) é sempre degradada.”


• Toda transformação de energia envolve sempre, rendimentos inferiores

• Uma parte da energia disponível transforma-se em uma forma mais dispersa e menos útil calor transferido para o ambiente

• Todo corpo que possui uma forma ordenada necessita de energia de alta qualidade para manter sua entropia baixa.


• É necessário fornecimento contínuo de energia.

Energia solar

• Toda energia utilizada na Terra tem como fonte as radiações recebidas do Sol

• Gigantesco reator de fusão nuclear

• Diâmetro + 110 vezes maior que o da Terra

• Massa 329 400 vezes maior

• Energia solar atinge o topo da atmosfera de maneira contínua ao longo de todo o ano

Energia solar

• Sofre redução exponencial à medida que se aproxima da superfície terrestre

• Variações sensíveis em locais distintos do planeta

• Variações climáticas

• Força motriz da temperatura, evaporação da água e movimentação de grandes massas de ar e água

Energia solar – reflexão e absorção

• Superfície da Terra recebe:

– Radiações visíveis

– Pequena quantidade de ultravioleta

– Infravermelho

– Ondas de rádio


• Utilizada pelos vegetais fotossíntese matéria orgânica

• Radiações UV absorvidas pela camada de ozônio envolve a Terra a uma altitude de +25Km

• Radiações visíveis e infravermelho grande parte absorvidas nas camadas intermediárias da atmosfera pela poeira e pelo vapor d’água aquecimento do ar


• Outra parte de energia incidente é refletida pelas nuvens e por outras partículas suspensas no ar, volta ao espaço e torna-se perdida na Terra Albedo

– Responsável pela luminosidade observada em corpos celestes opacos

– É uma medida da capacidade de um dado material refletir luz

– Valor médio na atmosfera externa da Terra é de +34%


• Radiação que chega à superfície terrestre em forma de luz direta ou difusa em um dia claro:

– 10% radiação UV

– 45% radiação visível

– 45% de infravermelho

• Dispersão

– Moléculas gasosas da atmosfera cor azul ao céu

– Partículas sólidas em suspensão coloração branca ao céu (grandes cidades)


• Radiação visível pouco atenuada quando transpõe camadas de nuvens

• Realização de fotossíntese mesmo em dias nublados, ou a pequenas profundidades nos mares, rios e lagos

Fluxo de energia na Terra

Energia solar

• Energia fornecida pelo sol 127 bilhões de MW

• Itaipu 12 000 MW

Energia e vida na Terra

• Toda vida na Terra depende da energia proveniente do sol

• Distribuição das diversas formas de seres vivos

– Variação da sua incidência e intensidade

• Diferenças climáticas em diferentes regiões

• Influi no clima da Terra

• Dita as estações do ano

Energia e vida na Terra

• Regiões quentes (baixas pressões) e frias (altas pressões)

• Diferenças de pressão massas de ar

• Massas de ar de regiões de alta pressão (áreas anticiclonais) regiões de baixa pressão (áreas ciclonais)

• Deslocamento de umidade precipitação ao longo do percurso

fundamentos de ecologia - … · –classificados como herbívoros e carnívoros. ... cadeias...

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