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UNIVERSIDADE VALE DO ACARAÚ - UVA

UNIVERSIDADE ABERTA VIDA - UNAVIDA

CURSO: PEDAGOGIA

DISCIPLINA:

ENSINO DE CIÊNCIAS

FUNDAMENTOS DA ECOLOGIA

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Universidade Estadual Vale do Acaraú – UVA – Disciplina: Ensino de Ciência – Pedagogia – Professor: Tibério Mendonça

FUNDAMENTOS DA ECOLOGIA

No século XIX, o biólogo naturalista alemão Ernst Haeckel partindo da observação de que “o conhecimento biológico nunca é completo quando o organismo é estudado isoladamente”, deu um novo rumo à História Natural – hoje Biologia, criando uma nova ciência – a Ecologia.

Foi o cientista alemão Ernst Haeckel, em 1869 em sua obra “Generelle Morphologie der Organismen”, quem primeiro usou este termo para designar o estudo das relações entre os seres vivos e o ambiente em que vivem, além da distribuição e abundância dos seres vivos no planeta Terra, passando a existir como ramo das ciências da natureza. Antes disso, muitos estudiosos tinham contribuído para o assunto, apesar de a palavra “ecologia” não estar em uso.

O termo eco deriva do grego oikos, que significa lugar onde se vive, com o sentido de casa, ambiente, e logos, que significa estudo, ciência, tratado. No sentido literal, Ecologia seria o estudo dos seres vivos em sua casa, no seu ambiente, ou ainda, a ciência que estuda as relações dos seres vivos com o meio ambiente. Assim, o estudo do "ambiente da casa" inclui todos os organismos contidos nela e todos os processos funcionais que a tornam habitável. Enfim, a ecologia é o estudo do "lugar onde se vive", com ênfase sobre "a totalidade ou padrão de relações entre os organismos e o seu ambiente". Meio ambiente Para a ciência ecológica, o meio ambiente é o conjunto de condições físicas (luz, temperatura, pressão...), químicas (salinidade, oxigênio dissolvido...) e biológicas (relações com outros seres vivos) que cercam o ser vivo, resultando num conjunto de limitações e de possibilidades para uma dada espécie: o meio ambiente é tudo que nos cerca. Sempre heterogêneo, o meio ambiente segue variando de um local para outro, dando origem a agrupamentos de seres vivos diferentes. Tais agrupamentos – comunidades – interferem na composição do meio e são beneficiados ou prejudicados com essas transformações. O meio ambiente assim evolui, para melhor ou pior, conforme a espécie considerada. Num lago que recebe adubo, proveniente de projetos agrícolas na vizinhança se for considerada a população de algas, esta vai ser favorecida, aumentando as suas possibilidades de desenvolvimento, pela maior oferta de nitratos e fosfatos; porém, se forem considerados os peixes, estes têm suas possibilidades de desenvolvimento limitadas pela redução de oxigênio, ocasionada pala grande proliferação de algas, e como resultado morrem asfixiados. O meio ambiente melhorou para as algas e piorou para as populações de peixes. O meio ambiente está sempre mudando e evoluindo. O clima, os seres vivos e as próprias atividades humanas modificam o ambiente e são influenciadas por essas modificações, gerando novas alterações. Esta é a essência da evolução. Alguns seres vivos são incapazes de adquirir os recursos que necessitam e se extinguem. Outros desenvolvem constantemente melhores formas de adaptação aos problemas do meio mutante. Diz-se que estes evoluíram. Podemos dizer então que o meio ambiente é ‘seletivo’ na medida em que certas características dão aos seus possuidores certa vantagem na sobrevivência e procriação. Diz-se que os indivíduos melhor adaptados ao ambiente mutante ‘foram selecionados’, por meio da seleção natural.

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No século XIX, a poluição nas cidades inglesas fez com que a seleção natural atuasse em uma espécie de mariposas. No início da industrialização a maioria das mariposas salpicadas era clara com manchas escuras, confundindo-se com as cascas das árvores e escondendo-se de seus predadores. Quando a fuligem das fábricas escureceu as árvores e a paisagem urbana de um modo geral, as mariposas claras ficaram mais visíveis aos pássaros. Alguns anos depois as mariposas escuras tornaram-se mais comuns nas cidades e as claras salpicadas prevaleciam nos campos, menos poluídos. Tal fenômeno de seleção natural ficou conhecido como melanismo industrial. A seleção nem sempre é natural. O homem aprendeu a utilizar a mutação para produzir organismos que atendam a algum propósito útil ou desejável, criando o processo de seleção artificial. Os organismos assim obtidos sobrevivem no ambiente sob a proteção humana. Um exemplo típico é a galinha doméstica, seu ancestral das selvas africanas é extremamente astuto e bota cerca de uma dúzia de ovos por ano. Algumas galinhas domésticas botam uma dúzia de ovos por mês, são extremamente dóceis, perderam a astúcia e, se fossem devolvidas ao seu ambiente natural, seriam extintas. O meio ambiente é sempre o conjunto de possibilidades físicas, químicas e biológicas para cada indivíduo – espécie – de uma comunidade. Neste sentido, a espécie Homo sapiens, entre milhões de espécies da Terra, tem sido o foco de toda atenção da ciência ecológica, dada a sua capacidade de transformar as condições ambientais, em nome da qualidade de vida humana. Habitat e Nicho ecológico O meio ambiente é o palco onde se desenrola todo o estudo da ecologia. Neste, cada espécie considerada tem um ‘endereço’ – habitat, e desenvolve uma ‘profissão’ – nicho ecológico. Habitat O habitat de um organismo é o local onde ele vive; ou ainda, é o ambiente que oferece um conjunto de condições favoráveis ao desenvolvimento de suas necessidades básicas – nutrição, proteção e reprodução. Na natureza, as espécies são encontradas em lugares determinados. É como se fosse um endereço. Por exemplo: a onça e o gambá vivem na floresta e não no deserto; o camelo e o rato-canguru vivem no deserto e não em uma floresta; a curimatá vive no rio e não no mar; a sardinha vive no mar e não no rio. Esses exemplos mostram que cada espécie está adaptada para viver em um determinado ambiente: floresta, deserto, água doce, água salgada, etc. Assim, podemos dizer que o tubarão tem habitat aquático (água salgada) e a onça tem hábitat terrestre. Dentro da água e sobre a terra, podemos ainda diferenciar inúmeros habitat. E em um mesmo habitat pode haver diferentes espécies. Teoricamente, o habitat seria aquele ambiente em que as condições ambientais atingem o ponto ótimo e uma espécie consegue reproduzir em toda a sua plenitude, ou seja, consegue desenvolver o seu potencial biótico. Porém, a reprodução sem oposição não pode manter-se por muito tempo em um ambiente de recursos limitados. Desse modo, o ambiente se encarrega de

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controlar o crescimento da população através da resistência ambiental, o que pode fazer com que a população retorne ao ponto de partida. A resistência ambiental compreende todos os fatores – fome, enfermidades, alterações climáticas, competição, etc. – que impedem o desenvolvimento do potencial biótico. O processo funciona do seguinte modo: quando a densidade populacional aumenta, aumenta também a resistência ambiental, que por sua vez origina uma diminuição da densidade populacional. A interação entre o potencial biótico e a resistência ambiental resulta num aumento, ou numa diminuição, do número total de organismos de uma população, ou seja, o seu crescimento populacional. O habitat é então a região onde a resistência ambiental para a espécie é mínima, ou seja, onde ela encontra melhores possibilidades de sobrevivência.

Nicho

O nicho ecológico é o papel de uma espécie numa comunidade – como ela faz para satisfazer as suas necessidades. As algas, por exemplo, têm o seu habitat na água superficial de um lago (zona iluminada), e parte do seu nicho ecológico é a produção de matéria orgânica, através da fotossíntese, a qual serve de alimento para sua população e para alguns animais.

O nicho não inclui apenas o espaço físico ocupado por um organismo, mas também seu papel funcional na comunidade (sua posição trófica, por exemplo) e sua posição nos gradientes ambientais de temperatura, umidade, pH, solo e outras condições para a sua existência. É o modo de vida de uma espécie em um ecossistema, ou seja, é o conjunto de atividades ecológicas desempenhadas por uma espécie no ecossistema. Compreende o que a espécie faz no meio ambiente: como utiliza a energia circulante; o que come, onde, como e em que momento do dia isso ocorre; como procede em relação às outras espécies e ao próprio ambiente; em que horas do dia ou em que estação do ano tem maior atividade; quando e como se reproduz; de que forma serve de alimento para outros seres ou contribui para que naquele local se instalem novas espécies.

A palavra nicho começou a ganhar sua conotação científica atual quando Charles Elton escreveu em 1933 que o nicho de um organismo é seu modo de vida “no sentido em que falamos de ocupações ou empregos ou profissões em uma sociedade humana”. O nicho de um organismo começou a ser usado para descrever como, em vez de onde, um organismo vive.

O conceito moderno de nicho foi proposto por Evelyn Hutchinson em 1957 e se refere às maneiras pelas quais tolerâncias e necessidades interagem na definição de condições e recursos necessários a um indivíduo (ou espécie) a fim de cumprir seu modo de vida. A temperatura, por exemplo, é uma condição que limita o crescimento e a reprodução de todos os organismos, mas organismos distintos toleram faixas diferentes de temperatura. Esta faixa é uma dimensão de um nicho ecológico de um organismo. Existem muitas dimensões para o nicho de uma espécie: sua tolerância a várias outras condições (umidade relativa, pH, velocidade do vento, fluxo de água e assim por diante) e sua necessidade de recursos variados (nutrientes, água, alimento e assim por diante).

Como se conhece o nicho ecológico de uma espécie? Para conhecer o nicho ecológico de determinada espécie, precisamos saber do que ela se alimenta, onde se abrigam, como se reproduz, quais os seus inimigos naturais, etc. Vamos ver alguns exemplos: a cutia e a onça podem ser encontradas na Mata Atlântica; possuem, então, o mesmo habitat. No entanto, os

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nichos ecológicos desses animais são diferentes. A cutia é herbívora, alimentando-se de frutos, sementes e folhas; abriga-se em tocas ou em tocos de árvores e serve de alimento para animais diversos, como a própria onça. Já a onça é carnívora, alimenta-se de animais diversos, como cobras e macacos, e não vive em tocas. Como se vê, cutias e onças têm modos de vida diferentes, isto é, desempenham diferentes atividades dentro de um mesmo ecossistema. Logo, o nicho ecológico da cutia é diferente do nicho ecológico da onça. Assim, cada habitat, proporciona muitos nichos diferentes.

Duas espécies de animais e plantas que ocupam o mesmo habitat não podem ter exatamente o mesmo nicho ecológico por muito tempo. Quando isso ocorre, as duas espécies competem, o que leva uma delas a desaparecer, cedendo lugar à outra. Essa ideia é chamada de princípio Fe Gause, em homenagem ao biólogo russo Georgyi Frantsevich Gause (1910-1986), que a formulou.

De modo geral, pode-se dizer que existem duas estratégias diferentes quanto ao modo como se dá a exploração do ambiente por uma espécie, isto é, o seu nicho ecológico. Algumas espécies, ditas generalistas apresentam nichos mais amplos, o que lhes confere maior chance de sobrevivência frente às mudanças que ocorrem no ambiente. Outras, as espécies especialistas, possuem nichos mais estreitos, isto é, utilizam de forma estrita um determinado recurso. Há vantagens e desvantagens em cada uma dessas estratégias. A especialização implica menor competição com outras espécies; por outro lado, a generalização permite maior flexibilidade quanto às possibilidades de alimentação, abrigo, etc.

Pelas mãos da espécie humana, voluntária ou involuntariamente, muitas espécies de animais e de plantas se dispersaram pelo globo, principalmente nos últimos quinhentos anos (a partir das Grandes Navegações). Nesse caso, deram-se melhor as espécies generalistas, capazes de explorar novos territórios e descobrir novas fontes de alimento onde quer que fossem levadas. É o caso dos ratos, dos pardais, de certas espécies de formigas e de alguns tipos de gramíneas. Muitas das espécies especialistas, por sua vez, tendem a desaparecer atualmente, pois não conseguem sobreviver às mudanças ambientais provocadas pelo ser humano. Níveis de organização biológica

A melhor maneira de entender o campo de estudo da ecologia moderna é utilizando-se do conceito de níveis de organização dos seres vivos. Nestes, um arranjo hierárquico agrupa os seres vivos partindo de sistemas biológicos simples para biossistemas cada vez mais complexos, formando um todo unificado.

A ecologia estuda fundamentalmente os quatro últimos níveis desta sequência. Entendendo-se por:

População: conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que ocupa uma determinada

área; Comunidade: conjunto de populações que interagem de forma organizada, vivendo numa

mesma área; Ecossistema: conjunto resultante da interação entre a comunidade e o ambiente inerte; Biosfera ou ecosfera: sistema que inclui todos os organismos vivos da Terra, interagindo

com o ambiente físico, como um todo.

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População População é definida como o conjunto de indivíduos da mesma espécie (ou seja, seres vivos de um mesmo grupo que são capazes de se reproduzirem, produzindo descendentes férteis) vivendo numa mesma região.

As populações reúnem os indivíduos de uma mesma espécie que podem interagir entre si em um determinado habitat. Suas fronteiras naturais são determinadas principalmente pela capacidade de dispersão, pelo fluxo de indivíduos, tolerância ecológica e pelas interações com outros indivíduos da mesma população ou mesmo de outras espécies.

Uma população tem diversas propriedades que, embora mais bem expressas como variáveis estatísticas são propriedades únicas do grupo e não são características dos indivíduos no grupo. Algumas dessas propriedades são: densidade, natalidade (taxa de nascimento), mortalidade (taxa de morte), distribuição etária, potencial biótico, dispersão e formas de crescimento e selecionadas. As populações também possuem características genéticas que estão diretamente relacionadas a suas ecologias, ou seja, a capacidade de adaptação, sucesso reprodutivo e persistência (a probabilidade de deixar descendentes durante longos períodos de tempo). Comunidade

É o conjunto de populações coexistindo numa mesma região. Numa comunidade, os seres vivos interagem, isto é, estabelecem relações entre si. Diz-se que existe uma interdependência entre os seres vivos. Se, por exemplo, os vegetais desaparecessem, toda a comunidade ficaria ameaçada, pois os animais não encontrariam mais alimentos e acabariam morrendo. Outro exemplo: O extermínio de cobras em uma

determinada região pode favorecer um aumento excessivo no número de ratos e outros roedores, que servem de alimento às cobras. O aumento exagerado das populações de ratos e outros roedores podem provocar na região uma grande redução na população de gramíneas e vegetais herbáceos, que servem de alimento a esses animais. Sem a cobertura vegetal, o solo fica

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exposto à erosão pelas águas das chuvas e tende a ficar estéril, dificultando o desenvolvimento de plantas nessa área. Da mesma forma, se os microrganismos decompositores presentes no solo desaparecessem, não haveria a decomposição dos cadáveres dos animais e dos restos vegetais. Sendo assim, não haveria também a formação do humo que fertiliza o solo e fornece sais minerais aos vegetais. Diferentes populações pertencentes a um conjunto de espécies de plantas e animais coexistem dentro de determinadas combinações de condições ambientais formam as comunidades ecológicas. Em maior ou menor escala, a performance de cada espécie (que pode ser inferida pelo tamanho de sua população) influencia e é influenciada, seja direta ou indiretamente, pela presença das demais espécies. É claro que algumas têm efeitos bem mais marcantes que outras, sejam devido à sua representatividade que pode ser somada à importância da função que desempenham. Estas espécies de maior importância, conhecidas como espécies-chave, são fortes reguladoras do funcionamento e, por conseguinte, da estrutura e da própria evolução das comunidades. Em função disso, alterações nas abundâncias das espécies componentes provocam modificações de diferentes magnitudes que se propagam no espaço e no tempo, alterando o funcionamento e o destino das comunidades a que pertencem. Assim, cada população deve se restringir a uma determinada região de um “espaço de recursos e condições”, que define seu nicho ecológico, e que combina corretamente faixas de temperatura, disponibilidade de água, nutrientes e luz, de modo a promover o crescimento, a manutenção e a reprodução dos indivíduos constituintes de suas populações. As comunidades estruturam-se gradualmente através da colonização, permanência ou substituição de diferentes espécies de animais e plantas no tempo, no processo conhecido como sucessão ecológica. A presença ou não de uma determinada espécie será determinada pela sua capacidade de dispersão, sua tolerância ecológica, habilidade competitiva e interações com seus predadores, parasitoides e patógenos. Ecossistema

É o conjunto de uma comunidade de diferentes espécies interagindo umas com as outras e com seu meio físico de matéria e energia. Os ecossistemas podem variar de tamanho, de uma poça d’água a um riacho, de um trecho de uma mata a uma floresta inteira ou um deserto. Os ecossistemas são formados pelos componentes biótico e abiótico.

Os seres vivos de uma comunidade são os componentes bióticos de um ecossistema. Os fatores físico-químicos do ambiente (luz, água, calor, oxigênio, etc.) são os componentes abióticos de um ecossistema. Os organismos vivos e o seu ambiente não vivo estão inseparavelmente inter-relacionados e interagem entre si. Os ecossistemas podem ser naturais ou artificiais.

Se considerarmos cuidadosamente qualquer parte de qualquer das comunidades – uma parte de floresta, uma lagoa ou um recife de coral – começaremos a ver que nenhum dos organismos vivos nessas áreas existe isoladamente; ao contrário, cada um está envolvido em numerosas relações, com outros organismos e com fatores do ambiente físico. Os pormenores desse relacionamento variam segundo o lugar.

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Biosfera O conjunto de todos os ecossistemas terrestres forma a biosfera. É a região do planeta que contém todo o conjunto dos seres vivos e na qual a vida é permanentemente possível. O termo ‘permanentemente possível’ é atrelado ao conceito de biosfera significando “ambiente capaz de satisfazer às necessidades básicas dos seres vivos de forma permanente”. Neste contexto, a biosfera não passa de uma delgada casquinha em torno do planeta, uma vez que as condições de vida vão diminuindo à medida que nos afastamos da superfície, até que cessam a, aproximadamente, 7 km acima do nível do mar e abaixo deste não ultrapassa a 6 km. No total a biosfera não vai além de 13 km de espessura.

Para satisfazer as necessidades dos seres vivos, são necessários, por um lado, a presença de água, luz e calor e matéria para a síntese dos tecidos vivos e, por outro, ausência prejudiciais à vida como substâncias tóxicas, radiações ionizantes e variações extremas de temperaturas. A biosfera apresenta todas essas condições: uma fonte externa de luz e calor – o Sol; água que chega a cobrir ¾ da superfície do planeta e substâncias minerais em contínua reciclagem nos seus vários ambientes. Apresenta ainda um escudo contra radiação ionizantes provenientes do Sol – a camada de ozônio – e grandes massas de água que se encarregam de manter a temperatura média do planeta em torno de 15°C, sem grandes variações. Na realidade o termo correto para biosfera seria ecosfera (eco = oikos = casa), correspondendo ao conjunto de biosfera, atmosfera, litosfera e hidrosfera. Porém, popularizou-se o termo biosfera que é usado no seu sentido funcional e não descritivo, ficando esta dividida em três regiões físicas distintas:

Litosfera – camada superficial sólida da Terra, constituída de rochas e solos, acima do nível das águas. Compreende ¼ da biosfera, apresenta variações de temperatura, umidade, luz, etc. e possui enorme variedade de flora e fauna;

Hidrosfera – representada pelo ambiente líquido: rios, lagos e oceanos. Recobre ¾ da superfície total do planeta, apresenta condições climáticas bem mais constantes do que na litosfera, salinidade variável (nos oceanos chega a 35 gramas/litro) e possui menor variedade de plantas (20 para 1) e de animais (9 para1) que a litosfera;

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Atmosfera – camada gasosa que circunda toda a superfície da Terra, envolvendo, portanto, os dois ambientes acima citados. A história da Terra começou há 4,6 bilhões de anos e o início da vida remota a

aproximadamente 1,1 bilhão de anos depois – o ser vivo mais antigo conhecido, uma bactéria, formou-se há cerca de 3,5 bilhões de anos. Nas eras posteriores, a vida foi se diversificando cada vez mais: o padrão de evolução assemelha-se a uma árvore com uma espécie na ponta do ramo. De um tronco único, os seres vivos evoluíram e formaram os reinos do mundo vivo: monera, protista, fungi, vegetais e animais. Os primeiros exemplares do reino vegetal datam de cerca de 1,5 bilhão de anos – estes foram para a terra firme há cerca de 420 milhões de anos. Os insetos surgiram há 250 milhões de anos, os mamíferos há cerca de 170 milhões de anos e o homem há 46 milhões de anos. Comparando com a idade da Terra, a espécie Homo sapiens está na sua infância, principalmente se considerarmos os seus impulsos destrutivos. Cadeias e teias alimentares Os ecologistas atribuem um nível alimentar, ou nível trófico (do grego trophos, que significa “nutrição”), a cada organismo em um ecossistema, dependendo se ele é um produtor ou consumidor, e se ele come ou decompõe. Os produtores pertencem ao primeiro nível trófico, os consumidores primários ao segundo nível trófico, os consumidores secundários ao terceiro nível, e assim por diante.

Todos os organismos, vivos ou mortos, são fontes de alimentos para outros organismos. Uma lagarta come uma folha, um pássaro come a lagarta, o gavião come o pássaro. Os decompositores consomem a folha, a lagarta, o pássaro e o gavião, depois de mortos. Como resultado, existe pouco desperdício nos ecossistemas naturais.

Uma sequência de organismos, na qual cada um serve como fonte de alimento para o próximo, recebe o nome de cadeia alimentar. Ela determina como a energia e os nutrientes passam de um organismo ao outro pelo ecossistema.

Obviamente, os ecossistemas de verdade são mais complexos. A maioria dos

consumidores se alimenta de mais de um tipo de organismo que, por sua vez, são consumidos por mais de um tipo de consumidor.

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Como a maior parte das espécies participa de diversas cadeias alimentares, os organismos da maioria dos ecossistemas formam uma complexa rede de cadeias alimentares interligadas denominada teia alimentar.

Uma das características fundamentais de todos os ecossistemas é o fluxo de matéria e

energia que configura as relações tróficas entre seus componentes bióticos. O estudo dos ecossistemas sob esse ponto de vista tem contribuído para compreender as frequentes alterações nos ecossistemas, decorrentes de intervenções humanas. Os Consumidores A energia entra no mundo animal pela atividade dos herbívoros, animais que comem plantas (inclusive frutas e outras partes dos vegetais). Cada ecossistema possui seu conjunto característico de herbívoros. Grande parcela do material consumido pelos herbívoros é excretada sem digestão. Parte da energia química é transformada em outros tipos de energia – calorífica e cinética - ou consumida no próprio processo de digestão. Uma parte do material é convertida em biomassa animal. O nível seguinte em uma cadeia alimentar, o nível do consumidor secundário, implica um carnívoro, animal comedor de carne, que devora o herbívoro. O carnívoro pode ser um leão, um peixe, um pássaro ou uma aranha. Em todos esses casos, somente uma pequena parte da substância orgânica presente no corpo do herbívoro é incorporada ao corpo do consumidor. Algumas cadeias têm níveis de consumidores terciários e quaternários, mas cinco elos são geralmente o limite absoluto, principalmente por causa da perda implicada na passagem de energia de um nível trófico para outro. Consumidores importantes em uma cadeia alimentar são também os decompositores e os parasitas.

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Pirâmides ecológicas São diagramas usados para expressar o número de indivíduos, a quantidade de biomassa e energia nos níveis tróficos. Nelas, cada nível trófico está representado por uma barra, cujas dimensões são equivalentes aos valores representados. Cada nível trófico na cadeia ou teia alimentar contém certa quantidade de biomassa, o peso seco de toda a matéria orgânica contida nesses organismos. A energia química armazenada na biomassa é transferida de um nível trófico ao outro. A porcentagem de energia transferida em forma de biomassa de um nível trófico ao outro denomina-se eficiência ecológica. Ela varia de 2% a 40% (ou seja, uma perda de 60% a 98%), dependendo dos tipos de espécies e do ecossistema envolvido, mas 10% é o valor típico. Supondo uma eficiência ecológica de 10% (90% de perda) em cada transferência trófica, se as plantas de uma área conseguir capturar 10 mil unidades de energia do Sol, isso significa que apenas cerca de mil unidades estarão disponíveis para alimentar os herbívoros e somente cem unidades para os carnívoros. Quanto maior o número de etapas ou níveis tróficos em uma cadeia ou teia alimentar, maior a perda cumulativa de energia à medida que ela flui para os níveis tróficos. A pirâmide de fluxo de energia ilustra essa perda de energia em uma cadeia alimentar simples, supondo 90% de perda energética em cada transferência. As pirâmides de fluxo de energia explicam porque a Terra pode manter mais pessoas se elas se alimentarem em níveis tróficos menores, ingerindo grãos, vegetais e frutas diretamente, em vez de submeter tais plantações a outro nível trófico, e se alimentar dos consumidores de grãos, como o gado. A grande perda energética entre níveis tróficos sucessivos também explica porque é raro as cadeias e teias alimentares terem mais de três ou quatro níveis. Na maioria dos casos, resta pouquíssima energia, ao final de quatro ou cinco transferências, para suprir os organismos que se alimentam em níveis tróficos maiores. Como consequência, existem relativamente poucos carnívoros de topo, como a águia, o falcão, o tigre e o tubarão branco. Tão fenômeno também explica o porquê de essas espécies serem geralmente as primeiras a sofrer quando seus ecossistemas são destruídos e tão vulneráveis à extinção. O fluxo de energia por uma cadeia alimentar é frequentemente representada por um gráfico de relações quantitativas entre os diferentes níveis tróficos. Como são dissipadas grandes quantidades de energia e de biomassa em cada nível trófico, de tal modo que cada um conserva quantidade menor que o precedente, esses digramas quase sempre assumem a forma de pirâmides. A pirâmide ecológica – nome de um diagrama desse tipo - pode ser uma pirâmide de números, uma pirâmide de biomassa, ou pirâmide de fluxo de energia. A pirâmide de números mostra o número de organismos individuais presentes em cada nível.

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A pirâmide de biomassa apresenta ou o peso seco total dos organismos em cada nível ou o número de calorias em cada nível. Quase sempre a massa de produtores é maior do que a de consumidores. Às vezes, no entanto, uma pirâmide de biomassa pode apresentar-se invertida. No esquema a seguir, lado direito, percebe-se que no momento da medição, a biomassa de fitoplâncton é bem menor que a de zooplâncton. Isso pode parecer estranho; ocorre, porém, que a taxa de reprodução do fitoplâncton é muito mais elevada que a do zooplâncton, e a velocidade de consumo do fitoplâncton pelo zooplâncton é muito grande. Fica fácil compreender, assim, que uma biomassa aparentemente pequena de produtores possa sustentar uma biomassa grande de consumidores de primeira ordem.

Uma pirâmide de fluxo de energia mostra a produtividade dos diferentes níveis tróficos. São o modo mais satisfatório de representação. Essas pirâmides nunca são invertidas: elas mostram sempre, de forma clara, o princípio da perda de energia que ocorre a cada nível trófico.

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Um dos inconvenientes de qualquer tipo de pirâmide é o fato de não estarem retratados nelas os decompositores, que são importantes componentes dos ecossistemas. Sucessão ecológica

Todas as comunidades mudam sua estrutura e composição ao longo do tempo em resposta às mudanças das condições ambientais.

As comunidades biológicas não são entidades estáticas ao longo do tempo. Na realidade, os conjuntos das populações passam constantemente por alterações graduais e contínuas. O que hoje é uma exuberante floresta, um ecossistema estável, cheio de espécies vegetais de grande porte interagindo com populações de animais, pode ter sido um ecossistema mais simples, frágil, composto por poucas espécies de gramíneas. A esse processo de contínua alteração dos ecossistemas se dá o nome de sucessão ecológica.

Uma das mais interessantes características observadas nas comunidades é o fato de que elas mudam continuamente de estado, como por exemplo, a sua composição específica. Esse fato é muito evidente quando há um distúrbio externo, como fogo ou enchente. Mesmo quando as comunidades estão em equilíbrio, tal estado é dinâmico. Há uma constante troca de espécies, que estão continuamente saindo e entrando no sistema. A sucessão ecológica refere-se a uma sequência de mudanças estruturais e funcionais que ocorrem nas comunidades, mudanças essas que, em muitos casos, seguem padrões mais ou menos definidos. Trata-se de uma mudança que se superpõe a flutuações e ritmos mais breves, com progressiva ocupação do espaço e aumento da complexidade estrutural. À medida que avança a sucessão, a intensidade dos ritmos e flutuações tende a diminuir. Os ecólogos reconhecem dois tipos de sucessão ecológica, definidos conforme o tipo de ambiente em que a sucessão se origina. A sucessão primária tem início em terrenos que nunca foram habitados anteriormente por uma comunidade composta das mesmas espécies presentes durante a sucessão. É o caso, por exemplo, da sucessão que ocorre na superfície de rochas nuas e em dunas de areia. O tempo necessário para que uma sucessão primária atinja o clímax pode contar milhares de anos. A sucessão primária normalmente leva um longo tempo – milhares ou dezenas de milhares de anos. Antes que uma comunidade possa se estabelecer em terra, é preciso haver solo. Dependendo em grande parte do clima, os processos naturais precisam de várias centenas a vários milhares de anos para produzir solo fértil. Em um outro tipo mais comum de sucessão ecológica, a sucessão secundária, uma série de comunidades com diferentes espécies pode se desenvolver em alguns lugares que têm solo ou sedimento de fundo. Esse desenvolvimento começa em uma área onde a comunidade natural de organismos foi perturbada, removida ou destruída, mas o solo ou sedimento de fundo permanece. Entre os candidatos à sucessão secundária estão fazendas abandonadas, florestas queimadas ou desmatadas, riachos poluídos e terra represada ou inundada. Como há algum solo ou sedimento presente, é possível que a nova vegetação germine em algumas semanas. As sementes podem estar presentes nos solos ou podem ser transportadas de plantas próximas pelo vento ou por aves e outros animais.

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Durante a sucessão primária ou secundária, perturbações como desmatamento, incêndios naturais ou causados pelo homem podem transformar um estágio específico de sucessão em um estágio anterior. Tais perturbações criam novas condições que incentivam algumas espécies e desincentivam ou eliminam outras.

Sucessão Ecológica Primária

Sucessão Secundária

De acordo com o período considerado da sucessão, as comunidades apresentam características específicas, razão pela qual é comum dividir em três categorias: comunidades pioneiras, intermediárias e clímax.

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Crescimento das populações

Antes de considerarmos como os ecólogos estudam as populações, precisamos saber de que modo eles definem populações. Uma população consiste nos indivíduos de uma espécie dentro de determinada área em certo intervalo de tempo. O número de indivíduos numa população pode variar com o suprimento de alimento, a taxa de predação, a disponibilidade de lugares para ninho e outros fatores ecológicos naquele habitat.

Em qualquer momento no tempo, um ser vivo ocupa apenas um local no espaço e tem uma determinada idade e tamanho. Os membros de uma população, contudo, distribuem-se no espaço e diferem em idade e tamanho. A distribuição de idade dos indivíduos de uma população e a maneira como estes indivíduos espalham-se pelo ambiente definem a estrutura populacional. Os ecólogos estudam a estrutura populacional porque a distribuição espacial dos indivíduos e as suas idades influenciam a estabilidade das populações e afetam como estas populações interagem com outras espécies.

O número de indivíduos de uma população por unidade de área (ou volume) constitui sua densidade populacional. A densidade populacional exerce fortes influências sobre como os indivíduos de uma população interagem uns com os outros e com populações de outras espécies. Cientistas que trabalham com agricultura, conservação ou medicina, normalmente tentam manter ou aumentar as densidades populacionais de algumas espécies (plantas cultivadas, animais utilizados para caça, espécies esteticamente atraentes, espécies ameaçadas de extinção) e reduzir a densidade de outras (pragas agrícolas, patógenos). Para manejar as populações, precisamos saber quais fatores fazem suas densidades aumentar ou diminuir e como eles funcionam.

A estrutura de uma população se modifica continuamente porque eventos demográficos – nascimento, mortes, imigração (movimento de indivíduos para dentro de uma área) e emigração (movimento de indivíduos para fora de uma área) – são fatos comuns. O conhecimento de quando os indivíduos nascem e morrem fornece uma quantidade surpreendente de informações sobre uma população. O estudo das taxas de nascimento, óbito e movimentação, que criam a dinâmica populacional (mudanças na densidade e estrutura das populações), denomina-se demografia.

Assim, pode-se observar que as populações apresentam um comportamento dinâmico, continuamente mudando no tempo por causa dos nascimentos, mortes e movimentos de indivíduos. Estes processos são influenciados pelas interações entre indivíduos e seus ambientes e uns com os outros. Curvas de crescimento populacional

Qualquer população tem potencial para crescer indefinidamente. Se a mortalidade fosse zero, uma única bactéria, reproduzindo-se a cada 20 minutos, levaria apenas 36 horas para produzir descendência suficiente para cobrir toda a superfície da Terra. Um único paramécio po-deria produzir, em alguns dias, uma massa de indivíduos correspondente a 10 mil vezes a massa da Terra. Um único casal de pássaros, chocando de 5 a 6 ovos por ano, ao final de 15 anos produziria 10 milhões de descendentes. Essa capacidade máxima de crescimento de uma popu-lação biológica denomina-se potencial biótico.

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Em condições naturais, o potencial de crescimento de uma população é limitado pela

disponibilidade de recursos como alimento, de espaço e de abrigo bem como pela ação de possíveis predadores, parasitas e populações competidoras. A esse conjunto de fatores que limitam o crescimento de uma população dá-se o nome de resistência do meio. A resistência do meio cresce proporcionalmente ao aumento da densidade populacional, até atingir um ponto em que as taxas de natalidade e de mortalidade são equivalentes e o número de indivíduos da população permanece mais ou menos constante ao longo do tempo.

A curva de crescimento real de uma população, portanto, resulta da interação entre seu potencial biótico (isto é, sua capacidade de crescer) e a resistência imposta pelo habitat onde ele vive. Em uma representação gráfica, o crescimento de uma população a partir de uns poucos indivíduos iniciais descreve uma curva em forma de S (curva sigmóide), que ascende até o limite máximo de indivíduos que o ambiente consegue suportar. Denomina-se esse limite carga biótica máxima do ambiente.

Gráfico que mostra a curva de potencial biótico para uma população de

microrganismos com índice de mortalidade zero, no período considerado, e

na qual a população duplica a cada hora. Gráficos com curva semelhante são

esperados para qualquer população biológica. Esse tipo de curva é

característico de um crescimento em progressão geométrica, em que, a

intervalos iguais de tempo, o número de indivíduos da população dobra.

em progressão geométrica, em que, a intervalos iguais

de tempo, o número de indivíduos da população dobra.

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Fatores limitantes

Recurso pode ser definido como qualquer substância ou fator que é consumido por um organismo e que sustenta taxas de crescimento populacional crescentes à medida que sua disponibilidade no ambiente aumenta.

O consumo inclui mais do que apenas comer. Para animais sésseis, o espaço (lugares abertos disponíveis) é um recurso. Entre as cracas que crescem nas rochas na zona de mesolitoral, os indivíduos precisam de espaço para crescer, e as larvas necessitam de espaço para assentar-se e chegar à vida adulta. A aglomeração aumenta a mortalidade adulta e reduz a fecundidade pela limitação tanto do crescimento dos próprios adultos quanto pelo recrutamento (assentamento) de larvas. Os espaços abertos promovem a reprodução e o recrutamento, e os indivíduos “consomem” lugares abertos à medida que colonizam e crescem sobre eles.

Lugares para esconderijo e outros lugares seguros constituem um outro tipo de recurso. Cada área de habitat tem um número limitado de buracos, frestas ou retalhos de cobertura densa nos quais os organismos podem escapar da predação ou buscar refúgio de um clima rigoroso. À medida que alguns indivíduos ocupam os melhores lugares, outros devem se assentar em lugares menos favoráveis; consequentemente, eles podem sofrer uma mortalidade mais alta. Que fatores não são recursos? A temperatura não é um recurso. Temperaturas mais altas podem elevar as taxas de reprodução, mas os indivíduos não consomem a temperatura. Um indivíduo não muda a temperatura do ambiente em detrimento de outro.

Gráfico que apresenta a curva de crescimento de uma população a partir de

um pequeno número de indivíduos iniciais. O aspecto da curva resulta da

interação entre o potencial biótico da espécie e a resistência do meio.

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Relações ecológicas

São interações que ocorrem entre organismos de uma comunidade biológica. Podem ser classificadas em intraespecíficas que são as relações estabelecidas entre indivíduos da mesma espécie e interespecíficas que se estabelecem entre indivíduos de espécies diferentes. São classificadas também como harmônicas, que são caracterizadas pelo benefício mútuo de ambos os seres vivos, ou de apenas um deles, sem o prejuízo do outro; e desarmônicas as quais são caracterizadas pelo prejuízo de um de seus participantes em benefício do outro. Relações intra-específicas harmônicas

Sociedades - são associações entre indivíduos da mesma espécie, organizados de um modo cooperativo e não ligados anatomicamente. Ex: abelhas, cupins e formigas.

As sociedades de insetos são dominadas por uma ou poucas fêmeas poedeiras, denominadas rainhas. As rainhas nas colônias de formigas, abelhas e vespas se acasalam somente uma vez durante toda a vida, e armazenam espermatozóides suficientes para produzir todos os seus filhotes, até cerca de 1 milhão ou mais durante 10-15 anos em algumas formigas ceifeiras. A prole não reprodutora de uma rainha coleta alimento e cuida dos irmãos e irmãs em desenvolvimento, alguns dos quais se tornam sexualmente maduros, deixam a colônia para se acasalar e estabelecem novas colônias.

Abelhas

Em todas as sociedades sempre observamos a existência de hierarquia, uma divisão de

funções para cada membro participante da sociedade, o que gera indivíduos especialistas em determinadas funções dentro da sociedade o que aumenta a eficiência do conjunto e sobrevivência da espécie, a ponto de os animais serem adaptados na estrutura do corpo às funções que realizam, por exemplo: formigas-soldados são maiores e possuem mais veneno (mais ácido fórmico) que as formigas-operárias; a abelha-raínha é grande e põe ovos, enquanto que as abelhas operárias são menores e não põem ovos.

Colônias - é o agrupamento de indivíduos da mesma espécie ligados anatomicamente uns

aos outros e com interdependência fisiológica. Nas colônias pode ou não ocorrer divisão do trabalho. Quando as colônias são constituídas por organismos que apresentam a mesma forma,

http://pt.wikipedia.org/wiki/Esp%C3%A9cie

http://pt.wikipedia.org/wiki/Coopera%C3%A7%C3%A3o_(biologia)

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não ocorre divisão de trabalho, todos os indivíduos são iguais e executam todos eles as mesmas funções vitais, nesses casos as colônias são denominadas colônias isomorfas como as colônias de corais. Quando as colônias são constituídas por indivíduos com formas e funções distintas ocorre uma divisão de trabalhos, então essas colônias são denominadas colônias heteromorfas. Ex: algas coloniais Volvox, corais e caravelas (Physalia physalis)

Corais

Relações intra-específicas desarmônicas

Canibalismo - é uma relação de predatismo intra-específico em que seres de uma mesma espécie comem outros seres da sua própria espécie. Ex: Muitas espécies de peixes devoram os alevinos de sua própria espécie, jacarés e crocodilos também devoram filhotes das suas espécies; a aranha viúva-negra e os insetos louva-a-deus, logo após acasalamento, a fêmea devora o macho para obter as proteínas de seu organismo, necessárias para desenvolver os ovos no seu organismo.

Viúva-negra

Competição intra-específica - é uma relação de competição entre indivíduos da mesma

espécie, que concorrem pelos mesmos fatores do ambiente, que existem em quantidade limitada. Ex: Machos de uma mesma espécie precisam competir entre si pelas fêmeas dessa mesma espécie, fenômeno esse chamado "seleção sexual". Na verdade existe muito exibicionismo evidente nos comportamentos relacionados à competição que ocorre durante a seleção sexual nas populações das espécies em geral. Relações interespecíficas harmônicas

Simbiose: o termo simbiose significa literalmente viver junto. Usualmente é empregado

para descrever a biologia de pares de organismos que vivem juntos e não se maltratam. Logo, a simbiose incluiria o mutualismo, a protocooperação e o comensalismo

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Mutualismo: é uma relação obrigatória que envolve benefício mútuo. O mutualismo é uma das relações mais harmônicas da natureza. Nesta relação ocorre um benefício mútuo como na cooperação, no entanto as espécies necessariamente precisam viver conjuntamente, isto quer dizer que caso sejam separadas não conseguiram viver livremente. Exemplos clássicos incluem os térmitas e sua fauna intestinal de protozoários capazes de produzir enzimas celulolíticas e os líquens que são o resultado de uma associação entre fungos e algas.

Os líquens

Outro exemplo são os cupins que são organismos que vivem comendo madeira, seja de

árvores ou mesmo de construções humanas, sendo que o principal componente das estruturas vegetais é a celulose, presente em suas paresdes celulares. Enquanto algumas espécies de protozoários, principalmente do gênero triconinfa apresentam em seu intestino enzimas especializadas para digerir a celulose.

Um fato muito interessante é que apesar dos cupins comerem muita madeira são incapazes de digeri-la. Mas ao se associar com os protozoários passa a ocorrer uma relação de troca, visto que os cupins abrigam em intestino os protozoários que digerem a celulose, e, portanto, se beneficiam, enquanto os próprios protozoários conseguem alimento abundantemente e de forma fácil, já que os cupins não param de comer a madeira.

Esta associação é indissolúvel, pois caso ocorra a separação ambos não conseguiriam sobreviver e terminariam por morrer.

Comensalismo: apenas uma das partes envolvidas beneficia-se enquanto a outra nada perde e nada ganha por meio desta relação. É incomum. As plantas epifíticas de florestas tropicais (bromélias e orquídeas) e suas árvores hospedeiras constituem em exemplos desta interação ecológica. Além disso, a relação de comensalismo evoluiu entre grandes herbívoros e algumas espécies de aves predadoras de insetos. Aves como as garças-vaqueiras normalmente forrageiam no chão ao redor da cabeça e dos pés dos mamíferos, onde capturam insetos afugentados pelos cascos e boca. As garças-vaqueiras que forrageiam próximo aos mamíferos pastejadores capturam mais alimentos com menos esforço do que as garças que forrageiam mais longe. O benefício para as garças é claro; os mamíferos não ganham nem perdem.

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Tubarão e rêmora

Um outro exemplo clássico é o que ocorre entre os tubarões e a rêmora, dois peixes

carnívoros, apenas diferenciando o tamanho e ferocidade dos tubarões com relação às rêmoras. A rêmora é um pequeno peixe que apresenta ventosas em sua região dorsal e que facilmente prende-se a outros animais maiores. No entanto, costumamos vê-las presas à região ventral de tubarões, prende-se aí com o objetivo de conseguir um pouco das sobras deixadas pelo grande carnívoro, esta relação em nada atrapalha o tubarão em suas atividades, por isso apenas a rêmora se beneficia.

Protocooperação - Nesse tipo de relação, embora as duas espécies envolvidas sejam

beneficiadas, elas podem viver de modo independente, sem que isso as prejudique. Ex: associação entre anêmona-do-mar e caranguejo-eremita. Este tem o corpo mole e costuma ocupar o interior de conchas abandonadas de gastrópodes. Sobre a concha, costumam instalar-se uma ou mais anêmonas-do-mar (actínias). Dessa união, surge o benefício mútuo: a anêmona possui células urticantes, que afugentam os predadores do paguro, e este, ao se deslocar, possibilita à anêmona uma melhor exploração do espaço, em busca de alimento.

É uma relação não-obrigatória que envolve benefício mútuo. Constituem exemplos as plantas e seus polinizadores ou seus agentes dispersores. A leguminosa Acacia cornigera e suas formas formigas, pássaros que comem piolhos, formigas e ectoparasitas em vertebrados (boca de crocodilo, dorso de grandes mamíferos). Uma outra relação de protocooperação evoluiu entre o rinoceronte e outra espécie de ave; as aves conhecidas como búfulas arrancam os carrapatos que se alimentam de sangue da pele dos mamíferos pastejadores. A ave ganha uma refeição e o mamífero ganha alguma proteção contra o parasito.

Crocodilo e pássaro palito

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A relação entre o crocodilo e o pássaro palito é um exemplo como a natureza é sábia, pois são organismos que a princípio um se encaixa como presa e o outro como predador, no entanto, devido às necessidades serem maiores, estes se associam em cooperação.

Os crocodilos são animais piscívoros, ou seja, se alimentam de peixes e por consequência de seu hábito alimentar e a estrutura de sua arcada dentária uma grande quantidade de carne fica presa nos seus dentes, o que acaba incomodando. Já os pássaros palitos, apresentam hábitos alimentares à base de peixes.

Outro fato é que os crocodilos como são animais heterotérmos, precisam aquecer a temperatura de seus corpos constantemente, pois quando estão mergulados perdem muito calor, então uma forma de acelerar este processo é abrindo bem a sua enorme boca permitindo que sua atividade respiratória auxilie o mecanismo.

Então, quando está com suas bocarras abertas e com muitos pedaços de peixe presos em seus dentes posteriores, o pássaro palito aproveita a oportunidade e rapidamente retira esse material, se beneficiando diretamente pela aquisição de alimento de forma abundante e rápida e o crocodilo por sua vez se livra de uma possível “dor de dente”. Relações interespecíficas desarmônicas

Predação: a predação pode ser genericamente definida como sendo o ato de um animal consumir outro organismo para dele alimentar-se. Esse ato envolve, na maioria dos casos, a morte da presa. A predação é um dos fatores ecológicos mais importantes, pois afeta não somente as populações mas também toda a comunidade.

A relação predador-presa em comunidades estáveis evolui de modo a estabelecer equilíbrio entre os indivíduos da relação. A população de predadores pode determinar a densidade de presas, assim como o inverso também pode ocorrer.

Um exemplo próximo, da ação do predador sobre a população de presas, é o que está acontecendo no pantanal mato-grossense. Ali havia muitos jacarés que controlavam a população de suas presas: as piranhas. Atualmente, a matança de jacarés nas regiões do pantanal, movida por interesses humanos pela exploração de couro, reduziu a população desses animais. Com isso, houve aumento da população de piranhas.

Um exemplo clássico da relação predador-presa no controle populacional tanto do predador quanto da presa é dado pelas lebres e pelos linces que vivem nas regiões frias do Canadá. A Companhia da Baía de Hudson acompanhou, de 1845 a 1935, a quantidade de peles desses animais que eram caçados. Os dados estão no gráfico a seguir.

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À medida que aumenta o número de lebres, aumenta o número de linces, que passam a ter mais alimento. O aumento do número de linces reduz o número de lebres, pois estas serão mais predadas. Quando a população de lebres diminui, a população de linces também diminui. Havendo menos linces, um menor número de lebres é predado e a população de lebres au-menta, recomeçando o ciclo.

Parasitismo: é uma relação desarmônica entre seres de espécies diferentes, em que um

deles é o parasita que vive dentro ou sobre o corpo do outro que é designado hospedeiro, do qual retira alimentos.

Cachorro com carrapato

A Tabela 1 resume os principais tipos de associações ecológicas entre as espécies.

Tipo de interação Espécie A

Espécie B Natureza da interação

Competição - - Inibição mútua

Mutualismo + + É obrigatória

Protocooperação + + Facultativa Predação + - B é destruído por A

Parasitismo + - B é explorado por A

Comensalismo + 0 Hospedeiro não é afetado

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