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Introdução à Ecologia O que é Ecologia? “O estudo científico da distribuição e abundância de organismos e das interações que determinam essa distribuição e abundância” É uma ciência integrativa/ multidisciplinar Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Ecologia Animal (1927) A Ecologia das Invasões por Animais e Plantas (1958) Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Histórico da ecologia Níveis de organização e a Ecologia Sistemas Ecológicos As sub-disciplinas da Ecologia Ecologia fisiológica: estuda a influência do ambiente e da biota sobre a fisiologia do indivíduo, bem como as adaptações deste para o seu ambiente. Ecologia comportamental: estuda as bases ecológicas e evolutivas do comportamento animal e as regras do comportamento que capacitam os animais a se adaptarem aos seus nichos ecológicos. Ecologia de população: estuda a dinâmica populacional da espécie e a interação desta população com os fatores ambientais. Ecologia de comunidade: estuda as interações entre as populações de diferentes espécies. Ecologia da paisagem: estuda as interações entre elementos da paisagem. Ecologia de ecossistemas: estuda o fluxo de energia e matéria nos ecossistemas. Ecologia global: aborda questões ecológicas globais, frequentemente questões macroecológicas. Questões ecológicas Ecologia do Organismo: Como a estrutura, a fisiologia e o comportamento refletem na sobrevivência e reprodução do indivíduo? Ecologia da População: O que determina o número de indivíduos e sua variação no espaço e no tempo? Quais fatores regulam o crescimento das populações? Ecologia de Comunidade: O que determina a diversidade e a abundância relativa das espécies? Existem padrões na distribuição da diversidade? Ecologia do Ecossistema: Como a energia e a matéria se movem entre a biota e o ambiente? Ecologia Global: Como o ar, a água, a energia e as substâncias químicas circulam globalmente? E as sobreposições… 1) As adaptações são ajustes dos organismo para viverem em seu ambiente... resultantes de mudanças evolutivas (por seleção natural)... O que implica em substituição de um tipo de organismo por outro dentro de uma população. 2) Variações em número podem ser influenciadas por interações entre diferentes organismos... que é um ponto em comum entre as abordagens de populações e comunidades. 3) Muitas das interações entre espécies incluem relações alimentares... que são responsáveis pelo movimento de energia e matéria dentro do ecossistema. ... Questões de escala... O espaço... Questões de escala... O tempo... Anos Ao longo do ano… Primavera Verão Outono Inverno Espaço X Tempo São dimensões correlacionadas… Tempo Es p aç o Princípios básicos que governam os sistemas ecológicos 1) Sistemas ecológicos são entidades físicas. A vida se constrói sobre as propriedades físicas e as reações químicas da matéria. E por conta disso, todos os processos obedecem a essas leis. Exs: difusão de O2; transmissão de impulsos nervosos. Mesmo assim, dentro de amplos limites, os organismos apresentam muitas opções... Princípios básicos que governam os sistemas ecológicos 2) Sistemas ecológicos existem em estados estacionários dinâmicos. As unidades trocam matéria e energia com seus arredores, mas mantém suas características constantes. Isso porque... Ganhos e perdas são + ou – equilibrados em todos os níveis de organização: Indivíduo: alimento e energia assimilados /decomposição metabólica; População: nascimentos/mortes; Comunidade: diversidade se mantém extinção/colonização; Ecossistemas e Biosfera: energia do Sol/perda de energia térmica por irradiação. Princípios básicos que governam os sistemas ecológicos 3) A manutenção dos sistemas vivos demanda energia. O organismo existe em equilíbrio com o meio externo... Para se manter vivo, há perda de energia... E energia ou matéria devem ser assimilados para substituir essas perdas. Princípios básicos que governam os sistemas ecológicos 4) Os sistemas ecológicos sofrem mudanças evolutivas através do tempo. As estruturas e funções dos organismos são produtos da mudança evolutiva numa população em resposta às características do ambiente com as quais cada organismo deve se defrontar. Ex. Animais que têm predadores visuais; plantas de ambiente seco → adaptações. SELEÇÃO NATURAL Métodos de estudo em ecologia Como os ecólogos trabalham???? Métodos de estudo em ecologia • Observação e descrição do fenômeno – Constata-se um PADRÃO. Ex. Alterações na abundância de uma ou mais espécies no tempo, ou no espaço, ou em ambos. – Como explicar???? • Desenvolvimento de hipóteses – Idéias sobre o funcionamento do sistema… • Teste de hipóteses – Experimentação – Monitoramento – Modelos matemáticos Exemplo… • Observação e descrição do fenômeno • Sapos machos cantam em noites quentes após chuvas. • Diversas observações = constatou-se um padrão. • Desenvolvimento de hipóteses Os machos cantam após as chuvas porque é quando as fêmeas procuram por acasalamentos. (i) O canto do macho atrai as fêmeas e conduz ao acasalamento. (ii) As fêmeas somente buscam os machos após as chuvas. (iii) O canto impõe um custo, de modo que os machos só cantem no período chuvoso. • Teste de hipóteses Estatística e rigor científico “Você pode provar qualquer coisa com estatística” A estatística não se propõe a isso… ela simplesmente agrega um nível de confiança às conclusões . Ao final de um teste estatístico, obtém-se um valor de P ou nível de probabilidade. Estatística e rigor científico Alta abundância de insetos-praga no verão está associada a temperaturas altas na primavera anterior? Dados: abundância de insetos de verão temperaturas médias de primavera Uma análise estatística permite concluir se há uma associação ou se não existem motivos para se acreditar em um associação. Hipótese Nula: não existe associação entre abundância de insetos e temperatura. Hipótese alternativa: existe associação entre abundância de insetos e temperatura Estatística e rigor científico 1o Passo: Teste de Hipótese O teste estatístico gera uma probabilidade (valor de P) que permite saber, a partir de um conjunto de dados, se a hipótese nula está correta. Por convenção: P < 0.05 = são significativos → rejeita-se a Ho P > 0.05 = não há base estatística para evidenciar que o efeito exista → aceita-se Ho. Temperatura média da primavera (°C) A b u n d ân ci a (n ú m e ro p o r m 2 ) P = 0.50 P = 0.001 P = 0.10 P = 0.04 Não há associação Há associação Resultados insignificantes??? Alguns efeitos são NATURALMENTE fortes e outros fracos… • Forte: massa corporal X altura • Fraco: massa corporal X risco de doença cardíaca Para dar suporte a um efeito fraco é necessário maior quantidade de dados do que a um efeito forte… Conclusão ÓBVIA mas muito importante resulta disso: um valor de P > 0.05 pode significar: • Não existe efeito de importância ecológica • Os dados não são suficientes para sustentar tal efeito. Erros-padrão e Intervalos de confiança Erro-padrão: estabelece uma faixa ao redor da média estimada, dentro da qual pode ser esperada a ocorrência da verdadeira média, com uma probabilidade determinada. Há uma probabilidade de 95% de que a verdadeira média situe-se dentro de ~ dois erros-padrão = I.C. Local A Local B Local A Local B N o . m éd io d e se m en te s p o r p la n ta P < 0.05 P > 0.05 Dados mais variáveis Pequena quantidade de dados Dados menos variáveis Grande quantidadede dados Planejamento da coleta de dados 1) As estimativas devem ser acuradas (não tendenciosas) 2) As estimativas devem ser precisas (com limites de confiança bem estreitos) 3) Tempo, $$$, esforço. Densidade de uma certa erva daninha em uma lavoura de trigo… Para evitar tendenciosidade… Amostra ao acaso Para evitar tendenciosidade… Amostra estratificada ao acaso Para evitar tendenciosidade… Grupo 1 Grupo 2 Separar em subgrupos e direcionar o esforço Homem: parte importante da biosfera População humana: crescente aumento. Consome energia e recursos, e produz rejeitos, muito além das necessidades… Impactos: (i) alterações nos sistemas naturais, incluindo a interrupção dos processos biológicos e a extinção de espécies; (ii) deterioração do ambiente. A truta marrom na Nova Zelândia Salmo trutta: Peixe exótico, introduzido em riachos da Nova Zelândia a partir de 1867. Desde então, a truta tem colonizado alguns riachos, mas outros não. Estudo abrangendo vários níveis da hierarquia biológica (indivíduos, populações, comunidades e ecossistemas). Nível individual • Consequências do comportamento alimentar de invertebrados Dia Noite Galaxias Truta Atividade alimentar Truta: visão Galaxias: estruturas mecânicas E fe m e ro p te ra Nível de comunidade • A truta marrom causa uma cascata de efeitos N G T N G T B io m as sa d e in ve rt eb ra d o s (g /c m 2 ) B io m as sa d e al ga s (µ g /c m 2 ) P = 0.026 P = 0.02 Nível de ecossistema • A truta marrom altera o fluxo energético G T P ro d u çã o Referências RICKLEFS, R. E. 2009. A economia da natureza. 5ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 504p. TOWNSEND, C. R.; BEGON, M. & HARPER, J. L. 2010. Fundamentos em ecologia. 3ª ed. Porto Alegre: Artmed Editora S.A. 576p.
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