DBI05631 Aulas 7 e 8 Fluxos de Materia e Energia & Teias Troficas ok

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Aula 7: Fluxos de Matéria e Energia 
nos Ecossistemas e Teias Tróficas 
Profa. Dra. Ronara Ferreira 
ronara.ferreira@gmail.com 
DBI 05631 – Ecologia Básica 
Objetivos 
•Dinâmica ecossistemas 
•Fluxo de energia 
•Fluxo de matéria/nutrientes 
•Ciclagem de nutrientes 
•Transferência de energia 
•Teias tróficas e pirâmides 
•Efeitos indiretos na teia trófica 
•Cascata trófica 
•Por que o mundo é verde? 
•Estabilidade das comunidades 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ecossistema 
• A unidade da ecologia em que ocorre associação entre os seres e a 
relação destes com o meio, e a ocorrência do fluxo de energia e 
absorção de nutrientes orgânicos e inorgânicos. 
 
 
 
Ecossistema 
Incluem os chamados produtores primários, decompositores e detritívoros, 
herbívoros, carnívoros e parasitas, além do ambiente físico-químico que 
fornece as condições necessárias à sobrevivência e manutenção destes, agindo 
tanto como fonte quanto como escoadouro de energia e matéria. 
Dinâmica de ecossistemas 
 
•Dimâmica de ecossistemas: estudo das forças e dos fluxos que 
produzem alterações nos ecossistemas, das interações entre 
fatores bióticos e abióticos. 
 
 
Termos importantes 
Produtividade Primária: taxa na qual a energia radiante é convertida 
em substâncias orgânicas (biomassa é produzida). 
 
Produtividade Primária Bruta (PPB): toda a energia fixada pela 
fotossíntese. 
 
 Produtividade Primária Líquida (PPL): a biomassa disponível 
para consumo pelos organismos heterotróficos (PPB-R). 
 
Produtividade Secundária: taxas de armazenamento energético nos 
consumidores (= biomassa dos organismos heterotróficos) . 
 
Produtividade Líquida da Comunidade: taxa de armazenamento da 
matéria orgânica não utilizada por heterótrofos. 
Produtividade 
• Produtividade designa a quantidade de matéria 
orgânica que é produzida por unidade de tempo e área 
 
Produtividade 
Aumento da umidade = aumento da produtividade 
Produtividade 
Aumento da temperatura = aumento produtividade 
Produtividade 
Relação causal entre produtividade e riqueza: 
Fluxo de energia 
• Fotossíntese: energia luminosa em açúcar/ carboidratos 
 
•Gás inerte na atmosfera produzindo substância estrutural! 
 
 
Fluxo de energia 
• A fotossíntese transforma o carbono oxidado (de baixa energia) para 
um reduzido (alta energia) nos carboidratos. 
 
• Combinados com nitrogênio, o fósforo, o enxofre e o magnésio 
(matéria), os carboidratos simples derivados da glicose produzem um 
conjunto de proteínas, ácidos nucleicos e pigmentos. 
Fluxo de energia 
• Eficiência fotossintética: percentagem de energia na luz do Sol que é 
convertida para produção primária durante a estação de crescimento. 
 
• Fatores que influenciam na eficiência fotossintética: 
• Luz 
• Temperatura 
• Disponibilidade de água 
• Nutrientes (nitrogênio e fósforo), principalmente em ambientes 
aquáticos. 
Fluxo de energia 
• Eficiência fotossintética: percentagem de energia na luz do Sol que é 
convertida para produção primária durante a estação de crescimento. 
• Se a eficiência fotossintética 
fosse 100% = 10-100 x mais 
matéria vegetal. 
• Apenas 44% da radiação 
apropriados para a 
fotossíntese. 
 
• Coniferas (1-3%), 
• Florestas deciduas (0,5-1%), 
• Desertos (0,01-0,2%), 
• Lavouras (3-10%). 
 
Fluxo de energia 
• Redes/Teias tróficas 
 
 
Fluxo de energia 
• Apenas 10% da 
energia é passada 
adiante (em média) 
 
•Perda por: 
•Esforço 
•Respiração 
•Fezes 
 
 
Fluxo de energia 
• Biomassa: massa de organismos por unidade de área (de 
solo ou volume de água) 
 
•Grande maioria da biomassa é formada por plantas 
 
•Produtores primários de biomassa (fotossíntese) 
 
•Inclui corpos de organismo (mesmo partes mortas como 
casca morta de árvores). 
 
 
Fluxo de energia 
Basset et al. 2003 
Recifes de corais 
Brejos 
Florestas tropicais 
Ecossistemas mais produtivos 
Fluxo de energia 
Ecossistemas menos produtivos 
Desertos Oceano aberto 
Recursos e condições limitantes... 
• Ciclagem de nutrientes e fluxo de energia em ecossistemas são 
fundamentalmente diferentes: 
 
• Elementos químicos são reutilizados indefinidamente 
• A energia flui pelos sistemas apenas uma vez. 
 
• Muitos aspectos da ciclagem de nutrientes e do fluxo de energia 
apenas fazem sentido quando entendemos que ambos acontecem 
concomitantemente. 
Importante! 
Fluxo de Energia x Matéria 
 
Ciclagem de Nutrientes 
O ciclo ou rota dos nutrientes no ecossistema está diretamente 
relacionado ao processo de reciclagem ou reaproveitamento da 
matéria orgânica após um processo de decomposição. 
 
Nutrientes, presentes na matéria orgânica produzida pelos organismos 
(carcaça, excretas, serapilheira...) 
 
• Ciclagem de nutrientes/ ciclos biogeoquímicos: reutilizados pois são 
cíclicos. 
 
• Destaque para os decompositores: 
• Processamento de mais energia e matéria orgânica em uma comunidade 
do que o sistema consumidor. 
 
• Promovem maior rapidez na degradação da matéria orgânica, sua ação 
favorece a fixação de compostos químicos, principalmente no solo. 
Fluxo de matéria 
Fluxo de matéria 
• Um ecossistema pode ser visto como uma série de compartimentos 
entre os quais os elementos circulam em diferentes taxas: 
 
• Fotossíntese movimenta carbono do compartimento inorgânico 
(ar ou água) ao compartimento orgânico (plantas) 
Fluxo de matéria 
• Respiração movimenta carbono do compartimento orgânico 
(organismo) ao compartimento inorgânico (ar ou água). 
Assim... 
Os ecossistemas são gigantes máquinas transformadoras de energia: 
 
• Energia entra nos ecossistemas pela produção das plantas e é transferida aos 
animais e microrganismos heterotróficos ao longo das cadeias alimentares 
e de detritos. 
 
• O ciclos biogeoquímicos globais regem a distribuição das substâncias 
principais que permitem a existência de alta biodiversidade de organismos 
na Terra. 
 
Fluxo de energia 
•Cadeia alimentar: grupo de organismos presentes em um 
ecossistema, e que são regulados pela relação predador-presa. 
 
• Transferência de energia entre os seres vivos. 
 
 
Fluxo de energia 
O padrão de fluxo de energia através 
de um nível trófico (quadro roxo): 
 
• Pn = produtividade 
• Rn = Perda de calor respiratório 
•Fn = Perda de energia fecal 
•In = Entrada de energia 
•An = energia assimilada 
•Pn-1 = Produtividade disponível para 
consumo oriunda do nível trófico n-1. 
 
 
 
Fluxo de energia 
•Eficiência de transferência de energia ( prevê padrões do fluxo): 
 
EC x EA x EP 
 
 
 
•1) Eficiência de consumo (EC) 
 
•2) Eficiência de assimilação (EA) 
 
•3) Eficiência de produção (EP) 
 
 
 
 
Fluxo de energia 
•Eficiência de consumo (EC): Porcentagem da produtividade total 
disponível em um nível trófico que é realmente “ingerida” por um 
compartimento trófico “um nível acima”. 
 
•Para consumidores primários, a EC é porcentagem de joules 
produzida por unidade de tempo (PPL= biomassa disponível para 
consumo) que penetra no intestino dos herbívoros. 
 
 
 
 
 
 
 
Fluxo de energia 
•Para consumidores secundários: porcentagem da produtividade de 
herbívoros consumidos por carnívoros. O restante morre sem ser 
consumido e entra no sistema decompositor. 
 
 
 
 
 
 
 
Fluxo de energia 
•Eficiência de consumo de herbívoros: baixa, refletindo alta 
proporção de tecido de sustentação estrutural. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para uma vaca conseguir pastar cerca de 11 kg Matéria Seca (MS), a oferta de pasto 
deve ser, no mínimo, três vezes maior,ou seja de uns 33 kg de MS ou 150 kg de pasto 
verde. 
Fluxo de energia 
•Eficiência de assimilação (EA): 
 
•Porcentagem de energia (de fato) nos intestinos de consumidores em 
um compartimento trófico, que é assimilada através da parede 
intestinal e se torna disponível para incorporação no crescimento e/ou 
esforço. 
 
•Restante perdido como fezes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fluxo de energia 
•Bactérias e fungos (decompositores) assimilam cerca de 100% do 
que consomem. 
 
•Assimilação alta para carnívoros (cerca de 80%) 
 
•Assimilação baixa para herbívoros (cerca de 20 a 50%) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
> > 
Fluxo de energia 
•Eficiência de produção (EP): porcentagem de energia assimilada 
incorporada à nova biomassa (do consumidor). O restante é perdido 
pela respiração (calor). 
 
 
•A eficiência de produção varia, principalmente com a categoria 
taxonômica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fluxo de energia 
•Invertebrados= alta eficiência (30-40%), perdem pouca energia 
como calor (respiração). 
 
•Protozoários= alta eficiência, vida curta, tamanho pequeno e 
renovação populacional alta. 
 
•Vertebrados ectotérmicos (varia com ambiente) valores 
intermediários (10%). 
 
•Vertebrados endotérmicos valores de produção baixos (1-2%), alto 
gasto com manutenção de temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fluxo de energia 
> > 
Teia trófica (alimentar) 
•Cadeia alimentar para TEIAS com pelo menos três níveis tróficos e 
muitas (pelo menos 3) espécies envolvidadas. 
 
 
•Interface entre ecologia de comunidades (interações) e ecossistemas 
(fluxo de energia). 
 
 
• Níveis agrupados em GUILDAS tróficas, ou seja, grupo de espécies 
que se utilizam do mesmo tipo de recurso alimentar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Teia trófica (alimentar) 
Teia trófica (alimentar) 
Mais próximo da realidade, porque: 
• Carnívoros com amplo espectro de presas 
• Herbívoro que alimentam-se de muitas plantas 
Propriedades das 
Teias tróficas 
a) Número de espécies na rede (S): Número total de espécies presente numa dada rede. 
 
b) Densidade de ligações (D): Número de ligações tróficas associado a cada espécie presente 
na rede. 
 
c) Espécie trófica: Conjunto de espécies que compartilham o mesmo conjunto de presas ou são 
atacadas pelo mesmo predador. 
 
d) Predador de topo: Espécie que não é predada por nenhum predador na rede onde se 
alimenta. 
 
e) Espécies basais: Organismos que não se alimentam de nenhuma outra espécie. Usualmente 
eles são produtores primários. 
 
f) Conectância: Número de interações tróficas realizadas dividido pelo número de interações 
tróficas possíveis. Várias formulas... 
 
g) Onívoro: Organismo que se alimenta em dois ou mais níveis tróficos diferentes. 
 
• Representação de todas as 
características se torna muito 
complexa em uma teia. 
 
 
• As pirâmides ecológicas podem em 
certos casos ser de grande utilidade 
para sintetizar estas interações 
tróficas. 
Pirâmides ecológicas 
a) Pirâmide de números: considera-se apenas a densidade (nº ind/área ou 
volume) em diferentes níveis tróficos. Este tipo de representação não 
distingue a diferença de biomassa entre as diferentes espécies que 
compõem o ecossitema. 
 
Pirâmide de 
números 
a) Pirâmide de números: considera-se apenas a densidade (nº ind/área ou 
volume) em diferentes níveis tróficos. Este tipo de representação não 
distingue a diferença de biomassa entre as diferentes espécies que 
compõem o ecossitema. 
 
b) Pirâmide de biomassa: considera-se a biomassa (unidade de massa/área 
ou volume). Não leva em conta entretanto a taxa de renovação/acúmulo 
desta biomassa ao longo do tempo. 
 
Pirâmide de 
biomassa 
Paradoxo do plâncton! 
a) Pirâmide de números: considera-se apenas a densidade (nº ind/área ou 
volume) em diferentes níveis tróficos. Este tipo de representação não 
distingue a diferença de biomassa entre as diferentes espécies que 
compõem o ecossitema. 
 
b) Pirâmide de biomassa: considera-se a biomassa (unidade de massa/área 
ou volume). Não leva em conta entretanto a taxa de renovação/acúmulo 
desta biomassa ao longo do tempo. 
 
c) Pirâmide de energia: supera as limitações citadas nos ítens a e b uma vez 
que elas indicam a magnitude energética das interações tróficas dentro 
dentro de uma comunidade bem como as razões de acúmulo de biomassa 
dentro do ecossistema. 
 Demanda entretanto grande quantidade de informações (produçao 
primária e secundária). 
 Revela também a importância da energia como um conceito unificador 
que permite comparar ecossistemas completamente diferentes entre si. 
 
Efeitos indiretos na teia trófica 
• Repercussão ao longo da teia, uma espécie afeta a abundância de 
outra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Se uma espécies predadora é removida, aumento da 
densidade da presa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Efeitos indiretos na teia trófica 
 
•MAS a remoção de uma 
espécie pode provocar um 
decréscimo em abundância de 
um competidor ou mesmo da 
presa! 
 
•Em uma ilha (sp exóticas) 
 
•Ex. Gato, rato e pássaro 
•Gato preda (taxa M) ratos 
(preferência) mas também 
pássaros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Efeitos indiretos na teia trófica 
•Com a presença das três espécies o superpredador (gato) mantém o 
mesopredador (rato) sob controle e as três espécies coexistem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Efeitos indiretos na teia trófica 
•Sem o superpredador, o mesopredador leva a presa à extinção! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Espécie-chave 
•Espécies fortemente entrelaçadas na 
teia alimentar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Espécie cuja remoção produz efeito 
significativo em, ao menos, uma outra 
espécie 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Na maioria das vezes, chamadas de predador de 
topo. 
 
•Efeito benéfico indireto sobre uma série de 
competidores inferiores, pela redução na 
abundância de competidor superior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cascata trófica 
•É justamente esse efeito indireto que um predador, de topo, por 
exemplo, exerce na teia. 
 
• Modificando a abundância de diversos organismos e alterando as 
relações entre eles. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ex: Estrela-do-mar Pisaster 
Com Pisaster: comunidade com 10 espécies 
Sem Pisaster: comunidade com cinco espécies 
Coexistência mediada pelo predador (espécie-chave) 
Controle das teias alimentares 
 
•Efeitos descendentes (“top-down”) 
 
•Consideramos predadores de topo controlando a comunidade de cima para baixo 
(top-down). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Controle das teias tróficas 
 
•Efeitos ascendentes (“bottom-up”) 
 
•Predadores são sujeitos ao controle de baixo para cima (“bottom-up”): tamanho 
populacional das presas limitando o tamanho populacional dos predadores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Controle das teias tróficas 
Em uma cascata trófica, os controles 
de cima para baixo e de baixo para 
cima se alternam no tempo 
Por que o mundo é verde? 
Por que o mundo é verde? 
 
•Importância do controle de cima para baixo: predadores controlando número 
de herbívoros no mundo (Hairston et al. 1960). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por que o mundo é verde? 
 
•Importância do controle de baixo para cima: mundo é espinhento e de sabor 
desagradável (Murdoch 1966). 
 
•Mesmo que o mundo seja verde, isto não é resultado da incapacidade dos 
herbívoros de tiraremproveito dele, porque são limitados (predadores), e sim 
porque as plantas se defendem! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por que o mundo é verde? 
 
•Defesas químicas e físicas das plantas 
•Herbívoros competindo por quantidade limitada de plantas palatáveis e não 
protegidas. 
•Os seus predadores podem competir por herbívoros escassos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O mundo controlado de baixo para 
cima, pode ainda assim, ser verde. 
Estabilidade da teia trófica 
 
•COMUNIDADE ECOLÓGICA CARACTERIZADA: 
 
•1) Estrutura (riqueza, intensidade de interações na teia…) 
 
•2) Produtividade (quantidade e produção de biomassa) 
 
•3) Estabilidade temporal (espécies/interações se mantém no tempo) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estabilidade da teia trófica 
ESTABILIDADE 
RESISTÊNCIA RESILIÊNCIA 
Estabilidade da teia trófica 
 
•Resiliência: velocidade com que uma comunidade retorna ao seu estado 
anterior após ter sido pertubada e deslocada desse estado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALTA RESILIÊNCIA AO FOGO 
Estabilidade da teia trófica 
•Resistência: capacidade inicial da comunidade de evitar o deslocamento. 
ALTA RESISTÊNCIA AO FOGO 
Estabilidade da teia trófica 
 
•Resiliência: velocidade com que uma comunidade retorna ao seu estado 
anterior após ter sido pertubada e deslocada desse estado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALTA RESILIÊNCIA AO FOGO 
BAIXA RESISTÊNCIA AO FOGO 
Estabilidade da teia trófica 
•Resistência: capacidade inicial da comunidade de evitar o deslocamento. 
ALTA RESISTÊNCIA AO FOGO 
BAIXA RESILIÊNCIA AO FOGO 
Complexidade x Estabilidade 
 
•No geral: 
 
•A relação complexidade/estabilidade está muito relacionada à 
previsibilidade ambiental. 
 
•Ambiente muito previsíveis e pouco variáveis, comunidade mais 
complexas, mais resistentes e menos resilientes (Floresta Amazônica) 
 
•Ambientes com grandes variações ambientais, comunidades geralmente 
menos complexas, menos resistentes e mais resilientes (Cerrado) . 
Complexidade x Estabilidade 
 
•Complexidade maior da comunidade possui maior estabilidade: 
 
•“Quanto maior o número de rotas de energia passando através da 
comunidade, menos provavelmente as densidades das espécies 
constituintes mudariam em resposta a um aumento ou diminuições 
anormais de espécies em cada nível trófico.” 
 
 
•Maior número de rotas, menos perda de interações/ espécies. 
Complexidade x Estabilidade 
Menos complexo= Menos estável 
Mais complexo= Mais estável 
Bibliografia 
Begon M, Townsend CR, Harper JL. (2007). Ecologia: de indivíduos a 
ecossistemas. (4ed). Artmed. 752p. 
 
Ricklefs RE. 2010. A economia da natureza. (6ed). Guanabara 
Koogan. 572p. 
 
Towsend CR, Begon M, Harper JL. (2010). Fundamentos em 
Ecologia. (3ed.) Artmed. 576p. 
Obrigada pela atenção! 
	Aula 7: Fluxos de Matéria e Energia nos Ecossistemas e Teias Tróficas
	Objetivos
	Ecossistema
	Ecossistema
	Dinâmica de ecossistemas
	Slide Number 6
	Produtividade
	Produtividade
	Produtividade
	Produtividade
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Importante!
	Fluxo de Energia x Matéria
	Ciclagem de Nutrientes
	Fluxo de matéria
	Fluxo de matéria
	Fluxo de matéria
	Slide Number 26
	Assim...
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Fluxo de energia
	Teia trófica (alimentar)
	Teia trófica (alimentar)
	Teia trófica (alimentar)
	Propriedades das �Teias tróficas
	Slide Number 43
	Slide Number 44
	Slide Number 45
	Slide Number 46
	Slide Number 47
	Slide Number 48
	Slide Number 49
	Slide Number 50
	Slide Number 51
	Efeitos indiretos na teia trófica
	Efeitos indiretos na teia trófica
	Efeitos indiretos na teia trófica
	Efeitos indiretos na teia trófica
	Espécie-chave
	Cascata trófica
	Ex: Estrela-do-mar Pisaster
	Controle das teias alimentares
	Controle das teias tróficas
	Controle das teias tróficas
	Por que o mundo é verde?
	Por que o mundo é verde?
	Por que o mundo é verde?
	Por que o mundo é verde?
	Estabilidade da teia trófica
	Estabilidade da teia trófica
	Estabilidade da teia trófica
	Estabilidade da teia trófica
	Estabilidade da teia trófica
	Estabilidade da teia trófica
	Complexidade x Estabilidade
	Complexidade x Estabilidade
	Complexidade x Estabilidade
	Bibliografia
	Slide Number 76