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Ecologia e Ambiente I Profº MSc. Rafael Carvalho Estudo de ecossistemas. A Hipótese Gaia. Cibernética do ecossistema. Classificação dos ecossistemas. Leis da termodinâmica. Radiação solar e o ambiente da energia. Conceito de produtividade. Energia em cadeias e teias alimentares. Conceito da capacidade suporte e sustentabilidade. A energia nos ecossistemas • A radiação solar. • Fixação e transferência de energia nos ecossistemas. • Eficiência ecológica. • Pirâmides ecológicas. • Produção e produtividade. • Subsídios energéticos na produção de alimentos. Teoria de Gaia • O sistema reagente é a coleção de componentes que estão sendo submetidos a um determinado processo químico ou físico; ✓pode ser um organismo, ✓uma célula, ✓dois compostos reagentes. • Juntos, o sistema reagente e o seu meio ambiente constituem o universo. Os organismos transformam energia e matéria de seu meio ❖ Se o sistema não troca nem matéria nem energia com seu meio, então é chamado de isolado; ❖ Se o sistema troca energia, mas não troca matéria com seu meio, então é fechado; ❖ Se ele troca energia e matéria com seu meio, então ele é um sistema aberto; • Células vivas e organismos são sistemas abertos, trocando tanto matéria quanto energia com o seu meio ambiente; ✓os sistemas biológicos jamais atingem o equilíbrio com o seu meio ambiente, e a constante interação entre o sistema e o meio explica como os organismos podem se auto-organizar enquanto operam de acordo com a segunda lei da termodinâmica. em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta. Um organismo vivo é um sistema aberto; ele troca tanto matéria quanto energia com seu meio. Organismos obtêm energia do meio de duas formas: (1) absorvendo combustíveis químicos (como glicose) do seu meio e extraindo energia pela oxidação desses combustíveis, (2) absorvendo energia da luz solar. A primeira lei da termodinâmica descreve o princípio da conversão de energia: em qualquer mudança física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante, embora a forma da energia possa mudar Energia não é gasta, mas convertida de uma forma em outra. A primeira lei é o princípio da conservação da energia: para qualquer mudança física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante; a energia pode mudar de forma ou pode ser transportada de uma região para outra, mas não pode ser criada ou destruída. A segunda lei da termodinâmica, que pode ser enunciada de diferentes formas, diz que o universo sempre tende para o aumento da desordem: em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta. As transformações biológicas de energia obedecem às leis da termodinâmica Quente Temperado Frio Equatorial Tropical úmido Tropical Seco Desértico Mediterrânico Oceânico Continental Subpolar Altitude/montanha Polor Produção e produtividade. Produção → Biomassa (ou Produto) : medida instantânea da quantidade de matéria orgânica viva (com um determinado conteúdo energético) em um dado local (por unidade de área). Produtividade: taxa de assimilação de energia em um indivíduo, uma população ou em uma comunidade (por unidade de área e por unidade de tempo - ex.: cal.m-2.ano-1). Definições: Produção / Produtividade: - Primária (Autótrofos) - Secundária (Heterótrofos) PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA ❖ A produtividade primária é a taxa na qual a energia química ou solar é capturada e convertida em ligações químicas pela fotossíntese ou quimiossíntese. ❖ A produtividade primária revela-nos quanta energia está disponível em um ecossistema. Um conceito associado é o standing crop (“massa em pé”) de um ecossistema, que é a biomassa de produtores encontrados no ecossistema em uma determinada área e momento do tempo. A produtividade primária bruta (PPB) é a taxa na qual a energia é capturada e assimilada pelos produtores em uma área específica (medida em J ou kJ). Ano-1. Desse total, os produtores utilizam alguma parte da energia assimilada para o seu próprio metabolismo, que é medido em termos da quantidade de respiração dos produtores. O resto da energia assimilada é convertido em biomassa do produtor, o que inclui o crescimento e reprodução. A taxa de energia assimilada pelos produtores e convertida em sua biomassa em uma área específica é a produtividade primária líquida (PPL). Considerando a taxa na qual o Sol provê energia, a fotossíntese não é um processo muito eficiente. Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária: Disponibilidade de energia Fatores que afetam a produtividade primária: Disponibilidade de energia PRODUÇÃO SECUNDÁRIA Começamos com os produtores que os herbívoros consomem. Estes consomem somente uma pequena fração da quantidade total da biomassa dos produtores disponível e podem somente digerir uma parte da energia consumida. Energia egestada - parte da energia consumida excretada ou regurgitada. Energia assimilada - parcela de energia que um consumidor digere e absorve. As comunidades são organizadas em teias alimentares. ❖As cadeias alimentares são representações lineares de como as espécies em uma comunidade alimentam-se umas das outras e, portanto, como transferem energia e nutrientes de um grupo para o outro em um ecossistema. As cadeias alimentares simplificam grandemente as interações das espécies em uma comunidade. ❖As teias alimentares são representações complexas e realistas de como as espécies alimentam-se umas das outras em uma comunidade e incluem conexões entre muitas espécies de produtores, consumidores, detritívoros, carniceiros e decompositores. Ao construir teias alimentares, os ecólogos desenham setas para indicar o consumo – e, portanto, o movimento da energia e dos nutrientes – de um grupo para o outro; Nível trófico: O nível em uma cadeia ou teia alimentar de um ecossistema. Consumidor primário: Espécie consumidora de produtores. Consumidor secundário: Espécie que come consumidores primários. Consumidor terciário: Espécie que come consumidores secundários. Onívoro: Espécie que se alimenta em diversos níveis tróficos. Guilda: Em um determinado nível trófico, grupo de espécies que se alimenta de itens semelhantes. A taxa de crescimento populacional diminui à medida que o tamanho da população (N) se aproxima da capacidade de suporte (K) do ambiente. Para comparação, a linha azul ilustra uma população continuando a crescer exponencialmente. Crescimento populacional previsto pelo modelo logístico Resistência do meio PIRÂMIDES TRÓFICAS Uma maneira útil de pensar sobre a distribuição de energia ou biomassa entre os grupos tróficos em um ecossistema é desenhando uma pirâmide trófica. A. As pirâmides de energia e biomassa têm formas semelhantes, porque a maior parte da energia e do standing crop encontra-se nos produtores. B. A maior parcela da energia ainda é verificada nos produtores, mas esses produtores são principalmente pequeninas algas que não vivem muito tempo, porque são rapidamente consumidas pelos herbívoros. Esse consumo contínuo e rápido resulta em uma grande biomassa de consumidores nesses sistemas. Pirâmide de energia - Pirâmide trófica que mostra a energia total existente em cada nível trófico. Pirâmide de biomassa - Pirâmide trófica que representa o standing crop de organismos presentes nos grupos tróficos diferentes. EFICIÊNCIAS DAS TRANSFERÊNCIAS DE ENERGIA Eficiência de consumo Eficiência de consumo - Percentual de energia ou biomassa em um nível trófico que é consumido pelo próximo nível trófico superior. ❖ A parte da quantidade total de energia disponível no nível trófico inferior é consumida, e o resto é deixado para tornar-se matéria orgânica morta. ❖ O percentual de energia ou biomassa em um nível trófico que é consumido pelo próximo nível trófico superior é conhecido como a eficiência de consumo. Eficiência de assimilação Eficiênciade assimilação - Percentual de energia consumida que é assimilada. A energia consumida é subsequentemente assimilada ou egestada. ❖ No caso das plantas, especialmente as terrestres, muitos componentes como a celulose e a lignina não são facilmente digeridos. ❖ Analogamente, as penas, os ossos, os exoesqueletos e os pelos dos animais também são custosamente digeríveis pelos predadores que os consomem. ❖ Herbívoros que se alimentam de sementes, têm eficiências de assimilação tão altas quanto 80%. ❖ Herbívoros como os cavalos, que se alimentam de gramíneas e vegetação lenhosa, têm eficiências de assimilação de 30 a 40%. ❖ Os consumidores secundários, os quais são predadores dos herbívoros, tipicamente apresentam eficiências de assimilação altas, variando de 60 a 90%. ❖ Essas eficiências altas ocorrem porque os tecidos das presas são geralmente mais digeríveis do que os tecidos das plantas. Eficiência de produção líquida Eficiência de produção líquida - Percentual da energia assimilada usada para o crescimento e a reprodução. Colocado de outra maneira, a eficiência de produção líquida é o percentual da energia assimilada que permanece após a respiração. Para animais homotérmicos ativos, os quais devem gastar uma grande parte de sua energia para manter uma temperatura corporal constante, movimentar-se e circular seu sangue e equilibrar seus sais, a eficiência de produção líquida pode ser tão baixa quanto 1%. Por outro lado, animais pecilotérmicos sedentários, particularmente as espécies aquáticas, canalizam 75% de sua energia assimilada para o crescimento e a reprodução. Eficiência ecológica Já compreendemos as três eficiências que ocorrem em cada nível trófico, então, podemos explorar a eficiência da transferência de energia entre níveis tróficos adjacentes. A eficiência ecológica, também conhecida como a eficiência de cadeia alimentar, é o percentual da produção líquida de um nível trófico comparado com o próximo nível trófico inferior. Eficiência ecológica Percentual da produção líquida de um nível trófico comparado com o próximo nível trófico inferior. Também conhecida como Eficiência da cadeia alimentar.
