Capítulo 1 - Seres vivos

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<p>UNIDADE I CAPÍTULO 1 Seres vivos Ambiente, matéria e energia (Sula dactylatra, 85 cm de comprimento). 10</p><p>Laboratórios naturais de experiências malsucedidas Espécies exóticas são aquelas introduzidas em um impedir as fugas do arquipélago foi derrubar a maioria ecossistema onde antes não ocorriam. Se não encon- das árvores, principalmente as mais altas: a mais abun- tram competidores, parasitas ou predadores, passam a dante era mulungu (Erythrina velutina), que ultrapassa proliferar com facilidade, e o crescimento rápido de suas 5 m de altura. A vegetação arbustiva também foi de- populações pode afetar equilíbrio do ambiente que vastada na tentativa de eliminar possíveis esconderijos as acolheu. o aguapé (Eichhornia crassipes) exemplifi- de fugitivos. Com essas e outras providências, restam ca um caso assim. Endêmica da América do Sul, essa hoje menos de 5% de vegetação nativa. planta aquática proliferou tão rapidamente na América o arquipélago foi invadido por ratos e camundon- do Norte que passou a comprometer a navegação e a gos, levados pelos navios que lá aportavam. Na década captação de água para consumo humano em algumas de 1950, um governante levou, da caatinga nordestina, regiões dos Estados Unidos. exemplares do lagarto (Tupinambis merianae), com Até 1859, não havia coelhos na onde esses o objetivo de que comessem os ratos. Embora aparente- animais foram introduzidos por um fazendeiro "para mente bem idealizado, o plano não deu certo: como o embelezar a fazenda", como ele mesmo declarou. No tem hábitos diurnos e os ratos, hábitos noturnos, os ecossistema australiano, a população de coelhos cresceu dois pouco se encontravam. Os passaram a predar de modo exponencial, principalmente porque encon- não os ratos, mas os mabuias (Trachylepis trou poucos predadores vários deles ameaçados pela lagartos que existiam no arquipélago. ação humana ou já extintos, como o Em Fernando de Noronha, há três espécies de ato- eliminado por atacar os rebanhos de ovelhas. Alguns bás, aves marinhas que se alimentam de sardinhas: o anos depois, numa tentativa de controlar a população atobá-grande (Sula dactylatra), o atobá-pardo (Sula de coelhos, o mesmo fazendeiro matou mais de 20 mil leucogaster) e (Sula sula) deles apenas na própria fazenda, embora calculasse Todas habitavam tanto a ilha principal como as ilhas que mais de 10 mil ainda permanecessem. Os coelhos secundárias do arquipélago; porém, a chegada dos teius continuaram se multiplicando e passaram a ocupar mudou o cenário, pois eles passaram a aproveitar uma pastagens e ecossistemas selvagens. Em 1950, foram abundante fonte de alimento: ovos e filhotes de deliberadamente introduzidos na coelhos con- Os foram os mais afetados, pois botam taminados com o vírus causador da mixomatose, doença ovos somente no chão, e seus ninhos eram facilmente letal para esses animais. No entanto, coelhos resistentes encontrados pelos lagartos. Os atobás-pardos, que bo- ao vírus começaram a predominar e a reproduzir-se, tam ovos no chão e em árvores, foram menos atingidos. originando descendentes também resistentes à mixoma- Os que botam ovos somente tose. Atualmente, a população de coelhos da em árvores, não foram afetados e hoje predominam. aparentemente se encontra estabilizada. Atualmente, atobá-grande não é mais encontrado na Por aqui, tivemos insucesso semelhante. o arqui- ilha principal do arquipélago. pélago de Fernando de Noronha, distrito do estado de Outra experiência malsucedida foi a introdução, em Pernambuco, contém uma ilha principal e várias ilhas Fernando de Noronha, do (Kerodon rupestris), secundárias, que totalizam menos de 20 e situa-se roedor levado do interior do em 1967, para servir a 350 km da costa do Rio Grande do Norte. Atualmente de caça. Sem predadores ou competidores, sua popula- um importante polo turístico, o arquipélago foi desco- ção aumentou, e os de caça, transformaram-se berto em 1503 e, durante muito tempo, representou em um problema. Os roedores atacam as raízes das um estratégico ponto de descanso dos marujos e de árvores, que acabam morrendo. Menos protegidas pela reabastecimento e reparo de embarcações. vegetação, as encostas litorâneas do arquipélago têm A partir do século XVIII, passou a abrigar um pre- sofrido mais intensamente os efeitos da sídio, de onde muitas tentativas de fuga ocorriam. Os Esses casos mostram como, mesmo bem-intencio- prisioneiros construíam jangadas com a madeira obtida nada, a interferência humana nos ecossistemas pode do corte de árvores. Por isso, uma das providências para ser desastrosa. Antes denominado Mabuya maculata. 11</p><p>Ecossistemas, um complexo equilíbrio Não vivo por mim mesmo. Sou só um elo do que me Lorde Byron poeta A ocorrência da vida resulta da interação entre fatores abióticos e fatores bióticos e das relações que se estabelecem entre os seres Os fatores abióticos (ou biótopo, conjunto dos componentes físicos e químicos, tais como luz, água, composição química do solo, gases e temperatura) e os fatores bióticos (ou biocenose, representada pelos seres vivos), em constante influenciando-se reciprocamente, constituem os ecossistemas, que são autossuficientes em alimentos, mas não em energia, cuja fonte primária é o Sol. Os ecossistemas encontram-se em estado de equilíbrio dinâmico, conhecido como Em determinado ecossistema, a comunidade é o conjunto das populações que interagem umas com as outras, incluindo plantas, animais e demais seres Nos fragmentos remanescentes da Mata Atlântica, por exemplo, encontra-se uma exube- rante comunidade que contém populações de diversas espécies, tais como árvores de grande porte, samambaias, musgos, mamiferos, grande diversidade de aves (como os tuca- nos) e anfíbios, insetos e aranhas, além de muitas populações de microrganismos (bactérias, protozoários, fungos e algas, importantes na manutenção do equilíbrio do Embora tenha características peculiares, a Mata Atlântica guarda semelhanças com outros ecossistemas, por exemplo, com áreas de florestas da costa norte da da bacia do rio Congo (na África), das Filipinas e algumas outras. Em todas as regiões do Brasil, inclusive em áreas de Mata Atlântica (principalmente entre os estados do Rio de e de Santa Catarina), encontram-se exemplares de tucano-toco (ou que se destaca pelo imenso bico amarelo e tem características que o diferenciam de outros seres vivos, mesmo de outras variedades de tucano (figura 1). a b Figura 1. (a) o tucano-toco Existe tucano-toco em diversos ambientes, mas os que habitam a Mata Atlântica constituem (Ramphastos toco, 56 cm de comprimento) e (b) o tucano-de-bico- uma população, definida como um conjunto de seres vivos da mesma espécie, que habitam -verde (Ramphastos 48 cm o mesmo espaço, no mesmo intervalo de tempo. Espécie, por sua vez, é um conjunto de de comprimento) são encontrados nas seres vivos semelhantes que podem se cruzar na natureza, originando descendentes férteis regiões Sul. Sudeste e Centro-Oeste do Embora semelhanças, Cada espécie desenvolve-se em um hábitat, que é lugar que ocupa na natureza. o tucano-toco e o tucano-de-bico- o hábitat de cada espécie determina condições de sobrevivência e reprodução. Cada verde não se intercruzam na natureza espécie está adaptada a seu hábitat, com características que lhe permitem resolver problemas e não originam descendentes portanto, pertencem a espécies impostos pelo ambiente, como obtenção de alimento, proteção contra predadores e busca por parceiros sexuais. Revisto e ampliado, conceito de espécie o modo peculiar de vida de cada espécie corresponde ao nicho ecológico, ou seja, o inclui conjurito de seres vivos que, reprodu- zindo-se compartilham infor- conjunto de atividades dessa espécie no ecossistema em que habita, com suas interações mações genéticas e mantêm um patrimônio com os componentes abióticos e com seres vivos de outras espécies. o nicho ecológico re- genético vela relações alimentares (onde e do que os indivíduos da espécie se alimentam e para quais espécies servem de alimento), busca de abrigo e de locais para reprodução. BYRON, G. KEATS, J. Campinas: Unicamp, 2009. 12</p><p>Nos ecossistemas, as espécies ocupam os nichos ecológicos disponíveis. Nas savanas afri- canas, por exemplo, capim, búfalos, e abutres compartilham o hábitat, mas têm nichos ecológicos o capim produz matéria orgânica por fotossíntese e serve de alimento para os búfalos, que são comidos pelos Os restos são aproveitados pelos abutres. Um exemplo interessante de ocupação de nicho ecológico envolve o pardal. Essa ave vive em muitos lugares do mundo, alimenta-se de sementes e insetos, constrói ninhos em árvores, galpões e telhados, é resistente a parasitas e predadores. Introduzido no Brasil no início do século XX, ocupou eficientemente o nicho ecológico disponível e proliferou muito em várias regiões do país, bem adaptado às condições É senso comum que o pardal teria ocupado o nicho ecológico do tico-tico, ave encontrada em todo o Brasil (exceto na Floresta Amazônica). Trata-se de um pois, ao contrário do tico-tico, o pardal tem urbano; embora tenham dietas parecidas, as duas espécies (figura 2) não concorrem por locais de alimentação, além de se reproduzirem em meses diferentes. com a b Figura 2. (a) o pardal (Passer domesticus, 15 cm de comprimento) e (b) o tico-tico (Zonotrichia capensis, 15 cm de comprimento) guardam semelhanças anatômicas, mas não disputam os mesmos recursos A maior ameaça ao tico-tico é o da urbanização, que reduz seu Caminhos da energia e da matéria b Os organismos não são entidades Eles interferem no ambiente (representado por outros seres vivos e componentes físicos e químicos), mas também são afetados pelas condições do Entre os seres vivos de um ecossistema, há um inter-relacionamento dinâmico e equilibrado, que mantém um fluxo permanente de energia e de Em suas atividades, os organismos obtêm recursos do ambiente (na forma de luz, matéria orgânica, sais minerais, água, gases e abrigo) enquanto nele eliminam tais como urina, fezes e gás carbônico. Os resíduos de um organismo podem ser recursos para outro. o gás carbônico resíduo da respiração celular aeróbia, é recurso (matéria-prima) da o gás oxigênio por sua vez, é da fotossíntese e recurso para a respiração celular aeróbia. A urina dos animais contém água, sais minerais e compostos nitrogenados (como que as plantas Fezes e cadáveres de organismos, submetidos à decomposição por bactérias e fungos, resultam em água, saís minerais e amônia, que também são aproveitados pelos Um organismo, ou parte dele, pode representar alimento ou abrigo para outro (figura Figura 3. (a) o capim é alimento dos cavalos; (b) o tronco da árvore a oferece abrigo à 13</p><p>Adaptação e tolerância Tartarugas marinhas deixam o mar para a desova, com enorme esforço para sustentar o peso do corpo. No trajeto da água até a praia, expõem-se a diversas ameaças, como a ação de predadores (inclusive os seres humanos), a exposição direta ao Sol, o dessecamento e as oscila- ções da temperatura. Vencer esses desafios e desovar exigem tolerância às variações Os seres vivos são influenciados por fatores externos, como luz, alimento, água, espaço, temperatura, radiações e presença de outros organismos. Há um limite de tolerância, pois cada organismo está adaptado às condições ambientais dentro de certos limites de variação (figura 4). a b Figura 4. (a) A raposa-do-ártico (Vulpes lagopus, 80 cm de comprimento) está adaptada a baixas temperaturas. (b) Lagartos, como o Aporosaura anchietae (12 cm de comprimento), vivem em muitos locais da Terra, mas não são encontrados nas regiões polares, apresentando pequena tolerância ao frio. Além da temperatura, outros fatores físicos e químicos (como oferta de água, salinidade e pH) têm importância vital para as diversas espécies. A representação da tolerância de uma espécie em relação a três fatores (temperatura, pluviosidade e luz) produz um gráfico em três dimensões (figura 5). Entretanto, é impossível representar dessa forma todos os fatores que atuam sobre a espécie, pois a representação seria multidimensional. Pluviosidade anual Limite de tolerância de Figura 5. Representação gráfica dos limites de tolerância de uma espécie, levando-se em consideração a de pluviosidade (quantidade de chuvas), a luminosidade e a temperatura. Luminosidade o inverso da convergência Temperatura adaptativa é a divergên- cia adaptativa (irradiação Limite de tolerância adaptativa ou adaptação divergente), que explica, por exemplo, os diferentes tipos Adaptação e evolução de membros encontrados Com corpo quase todo submerso, crocodilos e hipopótamos podem manter narinas em (pernas, asas, e olhos alinhados com a superfície da água. Essa semelhança sugere que crocodilos e hi- nadadeiras e braços), como resultado da adaptação a di- popótamos (figura 6) descendem de ancestrais que ocuparam hábitats e nichos ecológicos similares. Submetidos a condições ambientais parecidas, características adaptativas semelhan- ferentes pressões da seleção natural. tes foram selecionadas. Esse tipo de evolução é denominado convergência adaptativa (ou adaptação convergente). 14</p><p>Lembre aos alunos que homologia é uma semelhança por ancestralidade Entre os vertebrados atuais, a presença de um par de olhos é uma homologia, uma vez que o ancestral comum de todos os vertebrados, cujos fósseis datam de mais de 400 milhões de anos, já possuía um par de Os membros anteriores de (como os dos cavalos, dos seres humanos, dos e das baleias) também são estruturas homólogas, e suas diferentes formas e funções resultam de divergência adaptativa. A convergência adaptativa explica a existência de analogias, semelhanças que não de- correm de ancestralidade comum. Uma analogia pode envolver semelhanças anatômicas, bioquímicas, funcionais ou comportamentais. Aves e são animais endotérmicos, mas essa característica não estava presente no ancestral comum desses dois grupos de vertebrados, presumivelmente um animal ectotérmico. Portanto, a endotermia em aves e em mamíferos é uma analogia, e surgiu independentemente na história evolutiva desses dois grupos de b a Figura 6. Ancestrais diferentes ocuparam ambientes semelhantes, originando espécies similares quanto a certos aspectos: (a) (Rana esculenta, 10 cm de comprimento), (b) crocodilo (Crocodylus porosus, 6 m de comprimento) e (c) (Hippopotamus amphibius, 3,5 m de comprimento). Espinhos (figura 7) são encontrados em limoei- a b ros, cactos, coroas-de-cristo e em muitas outras plan- tas, de diferentes grupos. Os espinhos do limoeiro (família Rutaceae) são projeções do caule, enquanto os espinhos do xiquexique (família Cactaceae) são folhas modificadas. Os registros fósseis sugerem que ancestral comum de eudicotiledôneas não possuía espinhos; logo, os espinhos dessas duas plantas são estruturas análogas. Figura 7. A presença de espinhos (a) no limoeiro e (b) no xiquexique é uma analogia, semelhança que não se deve à ancestralidade comum. Energia nos ecossistemas Os seres vivos de uma comunidade mantêm relações alimentares chamadas relações tróficas, em que uns servem de alimento a outros. Embora seja comum a afirma- ção de que a Floresta Ama- A fotossíntese é a fonte fundamental de matéria Os autótrofos mais comuns nas zônica é o "pulmão verde do florestas são as árvores; nos campos, predominam as nos ecossistemas aquáticos, mundo", sua comunidade as algas são os autótrofos mais abundantes (figura 8). consome quase todo o gás oxigênio que produz. b a Aparentemente, apenas re- giões de floresta jovem têm balanço positivo de produ- ção de matéria orgânica, com captação de gás carbônico e liberação de gás oxigênio. A Figura 8. Os principais autótrofos da Terra são (a) as algas (que produzem a maior parte do gás oxigênio da atmosfera terrestre), (b) as gramineas e (c) as 15</p><p>Os heterótrofos não são capazes de produzir seu próprio alimento; consequentemente devem obtê-lo pronto, empregando diferentes estratégias: predadores (como a jaguatirica, a águia e a piranha) alimentam-se dos seres vivos que matam; parasitas (como o piolho, a o carrapato e o cipó-chumbo) obtêm alimento do corpo de outros seres vivos, geralmente sem decompositores (como bactérias e fungos) utilizam matéria orgânica morta e resíduos (urina e fezes). Os heterótrofos mais abundantes são os decompositores, que atuam sobre organismos mor- tos, restos e degradando e convertendo a matéria orgânica em compostos inorgânicos (como sais minerais, gás carbônico e amônia), que podem ser reutilizados pelos autótrofos na produção de matéria orgânica. Distribuição da energia A fotossíntese transforma a energia luminosa em energia química, que fica armazenada na matéria orgânica produzida. Os autótrofos empregam parte dos compostos orgânicos na cons- trução de seus organismos; outra parte fornece a energia a atividades, como a geração de flores e a síntese de proteínas. Há perda significativa de energia na forma de calor, o qual se dissipa para o ambiente e não é reutilizado. Da matéria orgânica produzida pelos autótrofos, apenas uma parte é armazenada e pode ser aproveitada pelos como gafanhotos e bois. Os alimentos absorvidos pelos herbívoros são degradados na respiração celular aeróbia, liberando calor e energia útil para o trabalho. Outra parte da matéria orgânica é fixada como componentes estruturais ou de reserva e pode ser consumida por outros seres vivos, como predadores e parasitas. Dessa forma, a quantidade de energia disponível para um animal que se alimenta de um coelho, por exemplo, é menor que aquela que o coelho obteve comendo capim, porque o coelho perde parte da energia na forma de calor, fezes e restos não aproveitados (figura 9). Nos ecossistemas, a energia tem fluxo unidirecional, ou seja, não é reciclada: ini- cialmente na forma de luz, converte-se na energia química dos alimentos e perde-se, finalmente, na forma de calor, que não é reutilizado. Entretanto, a matéria é permanente- mente reciclada porque, em uma sequência alimentar, as atividades dos seres vivos originam resíduos que podem ser reaproveitados pelos Plantas Herbivoros de Energia total nas plantas Figura 9. A quantidade de energia diminui a Alimentação Alimentação cada transferência de um ser vivo para outro. Por isso, são poucas as alimentares com mais de quatro Energia disponível para Energia disponível para (As imagens não estão em escala entre si.) os herbivoros os 16</p><p>Níveis tróficos Dependendo do tipo de alimento utilizado, os organismos de uma munidade podem ocupar diferentes posições na sequência Cada Consumidor terciário Carnivoro uma dessas posições é um nível trófico (ou nível alimentar, figura 10). Os produtores, os consumidores e os decompositores correspondem, portanto, aos níveis tróficos dos ecossistemas. Os consumidores que se ali- mentam direta e exclusivamente dos produtores são os chamados com consumidores primários ou de primeira ordem; aqueles que se alimentam de consumidores primários são consumidores secundários ou de segunda ordem. Na sequência, podem ser encontrados os consumidores terciários ou de terceira ordem, os quaternários ou de quarta ordem etc. Figura 10. Representação esquemática de quatro níveis tróficos de um ecossistema. (As imagens não estão em escala entre si.) Consumidor secundário Consumidor primário Lembre aos alunos que, nesse exemplo, todos os trófi- cedem matéria orgânica para os decompositores, que não estão representados na figura 10. Produtor Cadeias e teias alimentares Os ecossistemas caracterizam-se por sequências de transferência de energia e de matéria a partir dos produtores. Uma sequência linear em que os organismos servem de alimento uns para os outros recebe o nome de cadeia alimentar (figura 11) e inclui produtores, consumidores e decompositores. Carnivoros a Plantas Cadeia alimentar terrestre Consumidores Consumidores Consumidores Consumidores Produtores primários secundários terciários quaternários b Cadeia alimentar marinha Fitoplâncton Zooplâncton Figura 11. Exemplos de (a) cadeia alimentar terrestre e de (b) cadeia alimentar Os decompositores, que recebem matéria de todos os níveis das cadeias, não estão representados. (Imagens sem cores-fantasia.) formado por organismos fotossin- Plâncton (fitoplâncton e é o conjunto de organismos com deslocamento como algas microscópicas e algumas predominantemente passivo, dispersos na coluna de água dos ecossistemas aquáticos, formado por organismos como alguns microcrustáceos ou cuja capacidade de locomoção não é suficiente para vencer o deslocamento das massas de água (marés, correntes 17</p><p>Nos ecossistemas, as cadeias alimentares inter- -relacionadas formam uma teia alimentar (figura 12). k A grande biodiversidade e o elevado número de nichos i ecológicos resultam em teias alimentares complexas. Quanto mais complexas forem as teias alimentares, tanto mais estável será o ecossistema, com muitas opções alimentares para cada espécie, o que permite compensar mais facilmente possíveis oscilações do tamanho das populações. i j m g c h a d a Figura 12. Representação de uma teia alimentar com f e seus principais componentes: os produtores cedem matéria orgânica e energia, o que é representado por setas que se b a originam os decompositores recebem matéria orgânica e energia de todos os componentes da teia a Nutrientes e Moluscos h Artrópodes k Aves de rapina Entre os produtores e os decompositores, situam-se os b Bactérias e fungos f Anelideos Aves Seres humanos consumidores, que, de acordo com sua posição na teia Microfauna g Peixes Mamiferos Plantas alimentar, podem ser classificados em primários, secundários, terciários etc. (Imagem sem escala; cores-fantasia.) Algas A notícia Cadeia alimentar de peixes está se tornando mais simplificada Seres humanos e a natureza estão conspirando para encurtar as cadeias alimentares, particularmente pela eliminação de peixes grandes Em estudo publicado recentemente pelo professor da Faculdade de Ciências algumas espécies intermediárias, como o na revista Science, pesquisadores de- Médicas da Universidade do Estado do homem, para que o peixe grande, preda- monstram o impacto causado pelas ativi- Arizona John sugere que os peixes dor do topo, possa comer alimentos que dades humanas e as mudanças climáticas grandes são os mais afetados pelo uso da estão mais abaixo na cadeia". "Com as na cadeia alimentar de peixes na rede água, especialmente pelo aumento da po- é completamente diferente, elas hídrica global. Alguns rios estão secando pulação humana e mudanças climáticas simplesmente eliminam completamente ao mesmo tempo em que outros sofrem que afetam a disponibilidade do líquido o predador do topo porque muitos peixes variações de seus fluxos de água devido a precioso para a vida. não podem tolerar o nível baixo de oxigê- inundações pelas tempestades. o resulta- Os pesquisadores estudaram a rede nio e as altas temperaturas que resultam do final mostra que os seres humanos e a alimentar das vidas que dependem dos rios de um fluxo reduzido". A conclusão do natureza estão conspirando para encurtar para as suas sobrevivências. A pesquisa estudo aponta que o resultado final em as cadeias alimentares, particularmente 36 rios e córregos dos EUA, que va- ambos os casos é uma rede alimentar pela eliminação de predadores do topo riam em desde os rios Colorado e mais simples, mas os efeitos causados como muitos peixes grandes. Mississipi até seus pequenos afluentes. [...] pela redução dos fluxos são mais ca- A equipe de cientistas, de várias Segundo Sabo, "as inundações sim- tastróficos para os peixes e de longa instituições liderada plificam a rede de ao eliminar duração. [...] T. Cadeia alimentar de peixes está se tornando mais simplificada o Estado de S. 15 out. 2010. Disponível em: fev. 2016. Escreva Atividades no caderno De acordo com a notícia, as inundações e os episódios de seca têm efeitos diferentes, mas ambos os fenômenos "simplificam" as cadeias alimentares aquáticas. 1. o que a notícia chama de "simplificação" de uma cadeia alimentar? 2. Ainda conforme a notícia, inundações e secas "simplificam" as cadeias alimentares aquáticas, mas de formas diferentes. Explique essa diferença. 18</p><p>Cascata trófica Alterações na estrutura da comunidade podem ter efeitos diretos ou indiretos sobre todas Os efeitos da cascata trófica as populações que compõem um ecossistema, o que é conhecido como cascata trófica. devem ser especialmente con- Tomemos como modelo uma cadeia alimentar com quatro níveis tróficos (produtores, siderados quando se planeja a consumidores primários, consumidores secundários e consumidores terciários). o aumento remoção ou a introdução de dos recursos (quantidade de alimento) no nível dos produtores poderá acarretar o aumento na uma espécie, por razões de abundância alimentar nos níveis superiores, levando ao crescimento das populações de consu- manejo ou controle. Vale lem- midores primários; consequentemente, aumentam as populações de consumidores secundários brar as consequências da in- terferência humana resultante e de consumidores terciários. da introdução do lagarto Nessa mesma cadeia alimentar, a hipotética eliminação dos consumidores secundários e do no arquipélago de provocará, por escassez de alimento, a redução da população do nível trófico imediatamente Fernando de Noronha, o que superior (consumidores terciários). Por outro lado, a população do nível trófico imediatamente foi exposto na abertura desse inferior (consumidores primários) deverá Em consequência, ocorrerá redução da capítulo. população de produtores. Magnificação trófica DDT foi sintetizado em 1874, mas seu efeito inseticida só foi reconhecido em 1939. Na Segunda Guerra Mundial, foi utilizado pelas tropas no combate aos piolhos, artrópodes que transmitem o tifo, importante doença o inseticida também revolucionou o controle da malária, pelo efeito residual que deixa nos locais onde é aplicado e pela eficácia com que elimina o anófele, inseto transmissor do plasmódio. Na década de 1940, devido à eficiência e ao baixo custo, o DDT passou a ser empregado contra pragas comuns na agricul- tura, responsáveis por perdas enormes na produção de alimento em todo o mundo. Em 1962, no célebre livro Primavera silenciosa, a zoóloga norte-americana Rachel Carson sugeriu que o DDT explicasse o acentuado da população de muitas espécies de aves situadas no topo das cadeias alimentares, como a águia-careca (Haliaeetus leucocephalus) e o falcão-peregrino (Falco peregrinus). Como demonstraram numerosas pesquisas desde então, o efeito do DDT pode ser explicado pela magnificação trófica (magnificação biológica ou que é o aumento da concentração de certo composto químico ao longo de uma cadeia alimentar, desde os produtores até os consumidores do topo. Concentrando-se nos tecidos dos consumidores de maior ordem, muitos compostos (principalmente inseticidas, fungicidas, mercúrio e outros) têm sido responsabilizados pela diminuição das populações de diversas espécies de em todo o mundo (figura 13). Figura 13. Representação esquemática da magnificação trófica: quanto mais elevado o nível trófico, maior a concentração do pesticida, por grama de Na imagem, cada ponto amarelo representa certa quantidade de DDT. (Imagens sem escala; No destaque, exemplares do consumidores primários da cadeia alimentar representada. (Imagem de microscopia óptica, aumento aproximado de 75 vezes.) 19</p><p>Pirâmides ecológicas Embora a identificação das cadeias e teias alimentares seja um passo importante no estudo dos ecossistemas, também é fundamental o conhecimento das relações quantitativas entre os níveis tróficos. Tais relações podem ser expressas por pirâmides ecológicas de três tipos fundamentais: de números, de biomassa e de energia. Pirâmide de números Muitos pés de capim podem ser necessários para alimentar um grilo, e um número relati- vamente menor de grilos para alimentar um por sua vez, um gavião pode necessitar de ainda menos para seu sustento. Percebe-se nesse caso que, a partir dos produtores, o número de indivíduos diminui de um nível trófico para o seguinte. Pode-se representar o número de indivíduos de cada nível trófico em uma pirâmide de números (figura 14a), construída com retângulos sobrepostos, de larguras proporcionais ao número de indivíduos de cada nível. o retângulo da base representa os produtores; sobre ele, apoia-se o retângulo representativo dos consumidores primários, seguido do correspondente aos consumidores secundários, e assim sucessivamente. Os decompositores, que recebem matéria orgânica de todos os níveis da cadeia alimentar, podem não estar representados. Há pirâmides de números invertidas (figura 14b). Uma árvore (produtor), por exem- plo, pode fornecer alimento a muitas aves (consumidores primários), que fornecem alimento a uma imensa quantidade de protozoários parasitas (consumidores secundários). a Consumidores quaternários Consumidores terciários Protozoários de Consumidores secundários Aves Consumidores primários Árvores Produtores Figura 14. (a) Pirâmide de números; (b) pirâmide de números invertida. Como é possível uma pequena massa de algas suprir as necessidades alimentares de uma grande massa de crustáceos? Em geral, as al- Pirâmide de biomassa gas reproduzem-se por divisão binária, dupli- cando-se em poucos lá os crustáceos apresentam processos reprodutivos muito mais A biomassa é a quantidade de matéria orgânica contida em um ecossistema ou em lentos, passando inclusive por estágios um nível trófico. As pirâmides de biomassa representam a massa total de indivíduos que Assim, em determinado instante, a biomassa de algas pode estar momentaneamente pequena, compõem esses níveis Exemplificando: uma onça adulta pesa 150 kg e consome, porque os crustáceos estão se alimentando No entanto, as algas reproduzem-se ao longo de um ano, mais de 2 000 kg de carne, o que equivale a cerca de oito bois. Essa rapidamente, repondo os consumi- quantidade de bois ingere, por ano, 200 t de capim (figura 15a). Logo, uma pirâmide de biomassa invertida corresponde a uma análise instantânea da Há pirâmides de biomassa em que, em determinado momento, a massa de produtores é biomassa de cada trófico de uma cadeia menor que a de consumidores primários. Em ecossistemas aquáticos, os produtores são for- alimentar, e não considera a reciclagem da ma- téria ao longo do tempo. E por isso que, em mados principalmente por algas microscópicas unicelulares, que constituem o fitoplâncton, as ecossistemas terrestres, não se encontram mides de biomassa invertidas: como os produ- quais servem de alimento para pequenos crustáceos, um dos componentes do tores são plantas (organismos pluricelulares de que, por sua vez, é ingerido pelos peixes. Na pirâmide da figura 15b, está representado o maior porte que as algas), como gramineas e arbustos, levam muito mais tempo para crescer momento no qual a massa das algas é menor que a dos e se reproduzir. a Onça b Peixes Boi Zooplâncton Capim Fitoplâncton Figura 15. (a) Pirâmide de biomassa; (b) pirâmide de biomassa invertida. 20</p><p>Pirâmide de energia Os organismos de cada nível trófico utilizam parte da energia que obtêm para se manterem em Além disso, perdem energia na forma de fezes, urina, outros e, principalmente, calor. A transferência de energia entre os níveis tróficos pode ser representada por uma pirâmide de energia (figura 16), em que cada retângulo representa o total de energia armazenada nos componentes de determinado nível trófico Não existem pirâmides de energia invertidas. Cada nível trófico sempre tem maior quantidade de energia armazenada na matéria orgânica que o nível superior. Quanto mais afastados os níveis tróficos estiverem dos produtores, tanto menor será a quantidade de energia armazenada. Consumidores secundários de Consumidores primários Produtores Figura 16. Pirâmide de energia. Produtividade Chama-se produtividade a quantidade de matéria orgânica (e, consequentemente, de energia) fixada pelos organismos de certo nível trófico, em uma determinada região em um certo intervalo de tempo No nível trófico dos produtores, responsáveis pela síntese da matéria orgânica e pela entrada da energia no ecossistema, essa quantidade constitui a produtivi- dade primária. A produtividade primária bruta (PPB) é a quantidade de matéria orgânica sintetizada pelos produtores de certa região, em determinado intervalo de tempo. Vários fatores ambientais interferem na fotossíntese e, consequentemente, na produtividade. Veja a seguir. Luz. É a fonte energética básica (figura 17). A energia proveniente do Sol também promove o aquecimento do planeta, participando da determinação da temperatura. Área atingida Polo Norte Raios solares equador Polo Sul Figura 17. Na região equatorial, os raios solares incidem sobre a superficie terrestre concentrando a energia em uma área menor. Nas regiões polares, há dispersão da energia em uma área mais extensa. (Imagem sem escala; cores-fantasia.) 21</p><p>Gás carbônico. Presente no an e na água, é outro reagente da Água. Além de ser um dos reagentes da fotossíntese, dissolve as substâncias que par- ticipam desse processo, possibilitando a ocorrência de reações químicas (figura 18a). Temperatura. Interfere na atividade das enzimas, substâncias que aumentam a veloci- dade das reações químicas nos seres vivos (figura 18b). o magnésio, por exemplo, é o átomo central da molécula da clorofila. a de 2500 2000 1500 1000 500 0 1000 2000 3000 4000 Pluviosidade (mm/ano) b 2500 2000 1500 1000 500 Figura 18. Esses gráficos representam as relações (a) entre produtividade primária e pluviosidade e (b) entre produtividade 0 -10 -5 0 5 10 15 20 25 primária e média anual de temperatura de um ambiente hipotético. Temperatura Fonte: P BERG, R.: New York: John Wiley & Sons, 2012. Em relação à Floresta Amazônica, a Caatinga do Nordeste brasileiro recebe praticamente a mesma quantidade de energia luminosa; porém, a escassez de água responde pela menor produtividade primária bruta do local. Parte da matéria orgânica sintetizada pelos produtores não é retida por eles, mas consumida na respiração celular aeróbia. o restante pode ser consumido pelos heterótrofos, que usam na sua respiração celular aeróbia parte da matéria orgânica assimilada. Descontando-se do total da matéria orgânica sintetizada pelos produtores (ou seja, da PPB) a parcela que eles próprios consomem, tem-se a produtividade primária líquida (PPL), que é o saldo disponível, para os da matéria orgânica sintetizada pelos produtores em uma região, em certo intervalo de tempo (figura 19). Produtividade primária bruta (PPB) Figura 19. De toda matéria orgânica produzida pelos autótrofos (ou seja, a PPB), a menor parte (que corresponde à PPL) permanece disponível para os heterótrofos (consumidores e decompositores), Matéria Produtividade enquanto a maior parte é consumida pelos orgânica consumida primária líquida próprios pelos autótrofos (PPL) 22</p><p>PPL e agricultura Do ponto de vista estritamente energético, o que permite suprir maior número de pessoas: alimentação à base de plantas ou de animais? Evidentemente, uma dieta de vegetais, pois a oferta global de energia dos produtores é muito maior que a dos A história da batata é bastante Essa planta é oriunda da América do Sul e foi introduzida na Europa no século XVI. Seu conteúdo energético é bem superior ao de outros alimentos vegetais até então consumidos pelos europeus e, com isso, foi possível alimentar mais pessoas com a mesma área cultivada. o resultado foi um grande aumento populacional, que acabou repercutindo na oferta de mão de obra, aproveitada em áreas urbanas, mesmo na atividade industrial, que o século XIX viu surgir e que teve grande importância socioeconômica e política, assim como forte impacto Entretanto, essa dependência quase exclusiva da batata como alimento básico foi Várias pragas afetaram a produção: a murcha da batata, por exemplo, doença causada por uma espécie de fungo, levou à perda de toda uma safra da Entre 1846 e 1854, esse país foi assolado pela fome e epidemias, que levaram à morte cerca de 1 milhão de pessoas, provocan- do uma onda migratória de mais de um milhão e meio de irlandeses para os Estados Unidos. As das populações pobres da Europa durante a Revolução Industrial e outros as- pectos da humana podem ser des- tacados: Como viviam os trabalhadores nas cidades que se industrializavam rapidamente? Apesar de a oferta de batatas ter sido sufi- ciente até todos os nutrientes essen- ciais estariam disponíveis? As epidemias que se seguiram à escassez podem ser apenas a deficiências nutricionais? Figura 20. Os comedores de batata (1885), óleo sobre tela de Vincent van Gogh, atualmente exposto no Museu Van Gogh, em A respeito dessa o pintor holandês disse que pretendeu mostrar que os camponeses comiam as batatas com as mesmas mãos com que cultivavam a terra, exaltando o trabalho manual que dava a eles o alimento e destacando, assim, o papel social da arte. Áreas agrícolas destinadas à produção de alimentos (feijão, arroz ou batata, por exemplo) ou de matéria-prima para a obtenção de biocombustíveis (como o etanol derivado de cana- ou milho) devem gerar grandes excedentes de matéria orgânica, que são removidos e exportados na colheita. Em outras palavras, a PPL deve ter saldo fortemente positivo. Para tanto, essas áreas precisam receber grandes quantidades de insumos, por meio de irrigação, correção do pH do solo, aplicação de fertilizantes e defensivos agrícolas etc. Figura 21. Uma das que se fazem à produção de biocombustíveis reside na enorme demanda por área para o cultivo de variedades que possam ser utilizadas na fabricação do No Brasil, por exemplo, vastas extensões de terra são cultivadas com Na foto, canavial na zona rural de Jaú, SP, 2013. 23</p><p>Atividade prática Cadeia alimentar Esta atividade deve ser realizada com um grupo de no mí- 3. As plantas ficarão espalhadas pelo pátio, os preás deverão nimo 20 alunos, em ambiente que tenha espaço físico sufi- ser dispostos em círculo, ficando distantes 5 a 6 metros ciente para a movimentação de todos, como uma quadra de das jaguatiricas, que também estarão dispostas em círcu- futebol ou o próprio pátio da escola. A atividade consiste na lo, envolvendo o círculo dos preás. representação de uma possível cadeia alimentar, envolvendo 4. o jogo terá dez rodadas. Para iniciar uma rodada, o pro- 3 componentes: fessor deverá apitar uma vez e, para terminá-la, duas vezes. A plantas (produtores). B preás (consumidores primários). Regras do jogo C jaguatiricas (consumidores secundários). 1. Plantas As plantas deverão ficar espalhadas pelo pátio ou pelo lugar Objetivos escolhido para o jogo, e permanecer nos seus locais. Quando apanhadas pelos preás, deverão permanecer no local onde a relação foram apanhadas até a próxima rodada e, então, in ao grupo dos preás. Entender como se processa a transferência de matéria e energia nas cadeias alimentares. 2. Preás Cada preá deve procurar apanhar uma planta e evitar ser capturado por uma jaguatirica. A única defesa possível dos Materiais preás é Abaixando-se, estarão escondidos das ja- guatiricas. Quando apanhados por uma jaguatirica, os preás fitas de 3 cores diferentes (o número de fitas de cada deverão permanecer no local onde foram capturados até o deve ser superior ao número de integrantes do jogo) término da rodada. Na rodada seguinte, esses preás passarão apito a ser jaguatiricas. tabela para acompanhar o desenvolvimento do jogo, 3. Jaguatiricas conforme modelo: As jaguatiricas deverão tentar capturar um preá. Os preás e Plantas Preás as jaguatiricas que não conseguirem alimento voltarão na ro- Gerações Jaguatiricas dada seguinte, como plantas. Os preás e as jaguatiricas que conseguirem alimento conti- nuarão como tais. As plantas que foram capturadas voltam como preás. Os pre- ás capturados voltam como jaguatiricas. Fonte das informações: Centro de Divulgação Cientifica e Cultural Disponível em: <http://www.cdcc.usp.br/exper/ Acesso em: Escreva Resultados e discussão no caderno a) Ao término do jogo, em dupla, copie os dados da tabela em seu caderno. b) Explique, em termos ecológicos, por que cada planta apa- nhada ou preá capturado voltava, na rodada seguinte, como Procedimentos preá ou jaguatirica, respectivamente. c) Explique, em termos ecológicos, por que cada jaguatirica 1. A classe deverá ser dividida em três grupos (plantas, pre- ou preá que não conseguia alimento voltava na rodada se- ás e jaguatiricas), deixando-se, porém, o grupo das plan- guinte como planta. tas com um número ligeiramente maior que os demais. d) Explique, em termos ecológicos, por que os preás e as ja- Da mesma forma, o grupo dos preás deve ser maior que guatiricas que conseguiam alimentos permaneciam como das jaguatiricas. tais na rodada seguinte. 2. As fitas devem ser amarradas na cabeça ou no pulso de e) Após dez rodadas, qual foi a população mais numerosa? cada um dos integrantes. Cada representa um elo da E a menos numerosa? Formule hipóteses para explicar os cadeia. resultados. 24</p><p>Atividades Escreva no caderno 1. Um biólogo analisou duas espécies (A e B) quanto aos limites 5. Observe a seguinte teia alimentar: de tolerância a dois fatores ambientais pluviosidade e tem- Raposa Águia peratura. Com os dados obtidos, construiu o seguinte gráfico: de Pluviosidade Serpente Coruja Espécie Coelho Camundongo Inseto Plantas Espécie A a) Na teia alimentar apresentada, destaque uma cadeia ali- Temperatura mentar com cinco níveis tróficos e classifique os elemen- Quais afirmativas seguintes podem ser admitidas como ver- tos destacados de acordo com seu papel na cadeia. dadeiras? Justifique as respostas. b) Dos componentes da teia, quais ocupam, simultanea- V Os membros da espécie A são mais tolerantes a variações mente, três níveis tróficos? Explique. de pluviosidade que os membros da espécie B. 6. (UERJ) Em um lago, três populações formam um sistema F II. Em nenhum hábitat, podem ser encontrados, simulta- estável: microcrustáceos que comem fitoplâncton e são neamente, membros das espécies A e B. alimento para pequenos peixes. o número de indivíduos F III. Deve haver intensa competição entre os membros das es- desse sistema não varia significativamente ao longo dos pécies A e B, uma vez que existe sobreposição de nichos anos, mas, em um determinado momento, foi introduzido ecológicos entre elas. no lago um grande número de predadores dos peixes pe- quenos. Identifique os níveis tróficos de cada população do 2. (FMTM-MG) Pesquisadores brasileiros que estudam a nas- sistema estável inicial e apresente as consequências da in- cente de águas cristalinas de baía Bonita, na região de Bo- trodução do predador para a população de fitoplâncton. nito (MS), registraram uma curiosa rede alimentar: peixes conhecidos como piraputangas concentram-se em regiões 7. A figura seguinte mostra uma pirâmide de energia. dessa nascente, onde grupos de macacos-prego se alimen- tam de frutos das árvores existentes ao redor da água. Os macacos deixam alguns frutos cair na água, atraindo as pi- Herbívoros raputangas, que se alimentam dos frutos. Concentradas na obtenção de alimento, as piraputangas tornam-se presas fá- Plantas ceis de outros peixes, como os dourados. Em dada ocasião, um dos pesquisadores observou que uma piraputanga que a) Nessa figura, o que representa a largura de cada nível? havia sido mordida por um dourado, mas conseguira esca- b) Por que a largura de um nível não pode ser maior que a par, acabou capturada por uma sucuri. do nível imediatamente inferior? a) Entre os organismos citados no texto, qual ou quais são pro- c) Caso a pirâmide inclua todos os seres vivos de um ecos- dutores? Qual ou quais são consumidores secundários? sistema, que organismos estarão presentes na base dessa b) Que organismos não citados no texto ocupam último pirâmide? nível de transferência de energia entre os organismos do ecossistema? 8. (Unirio-RJ) Homem já "come" quase metade da Terra 3. Abundantes na natureza, as bactérias e os fungos são agen- tes etiológicos de numerosas doenças em plantas e animais Há pouco para comemorar no Dia Mundial do Meio Am- (inclusive em seres humanos). biente, apesar dos esforços de pesquisa e conscientização que marcaram as últimas décadas. As mais de 6 bilhões de pessoas Considere a hipótese de que pesquisadores sintetizassem monopolizam hoje 45% de toda a matéria viva produzida em uma substância que, sem exercer efeito tóxico sobre os de- terra firme e nada indica que essa taxa esteja parando de mais componentes bióticos dos ecossistemas, fosse capaz de crescer. o cálculo, feito por pesquisadores como o americano erradicar bactérias e fungos. Se essa substância fosse espa- Paul da Universidade Stanford, e Stuart Pimm, da lhada por toda a superfície da Terra, o que deveria ocorrer Universidade Duke (ambas nos Estados Unidos), é o mais com a produtividade primária bruta dos ecossistemas? Jus- abrangente possível. Os estudos se baseiam numa medição tifique a resposta. de produtividade primária a massa viva produzida pelas plantas a cada ano. 4. Geralmente, associa-se a necessidade de se preservar a bio- Fonte: diversidade a aves ou mamíferos ameaçados de extinção. En- tretanto, outros organismos, raramente lembrados, desempe- As diferentes medidas de produtividade primária têm sido nham papéis fundamentais na manutenção dos ecossistemas. frequentemente utilizadas nos estudos de ecossistemas. As- a) Aponte os principais papéis ecológicos desempenhados sim sendo, responda: por microrganismos, como bactérias e fungos. a) Qual a diferença entre produtividade primária bruta e b) Minhocas e urubus têm hábitos alimentares semelhantes produtividade primária líquida? em alguns aspectos. Que papel esses organismos desem- b) A qual das duas taxas o percentual de 45% mencionado penham nas cadeias alimentares das quais participam? se refere? 25</p>