apostila ecologia

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Bases Ecológicas para Biotecnologia 
2015 
Prof: Fabio A. Chinalia 
 
 
 
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Ecologia e Biotecnologia 
 
 
Biotecnologia não é uma prática nova. A pratica 
da agricultura que estuda a qualidade dos grãos e 
parentesco entre as plantas pode ser considerada 
como uma forma de biotecnologia. Existem relatos 
que catalogam esse tipo de informação já com os 
sumérios há aproximadamente 10.000 anos com a 
revolução Neolítica. 
 
As técnicas de reprodução animal e vegetal foram utilizadas para melhorar a 
agropecuária mesmo antes de se entender os mecanismos de hereditariedade 
primeiramente descritos por Gregor Mendel e Charles Darwing no final do século XIX. 
A posterior descoberta da natureza dos genes permitiu o desenvolvimento da 
biotecnologia moderna que se baseia em técnicas de transferência de características 
fenotípicas entre as espécies animais e vegetais. Com a adição dessa nova técnica de 
manipulação aumentou-se os mecanismos de controle para: 
 Melhorar o rendimento agropecuário 
 Controlar pestes e doenças 
 Desenvolver novos produtos 
 
No entanto, o aumento na capacidade de manipulação das características individuais e 
populacionais dos seres vivos aumenta a preocupação com questões ecológicas. A 
manipulação ambiental descontrolada pode resultar em sérios a diversos “serviços 
ecológicos”. 
O que são serviços ecológicos? 
 
Serviço Ecológico 
 
O papel e o modo de ação que as espécies desempenham em um ecossistema ou 
comunidade pode ser chamado de “serviço ecológico” quando este tem um valor 
econômico definido. 
Portanto, as características estruturais como diversidade de espécies são menos 
importantes que as medidas de interação entre os organismos e o ecossistema. 
Um exemplo didático é a polinização. Sem a polinização muitas plantas não produzem 
frutos. Para que essa função ecológica possa acontecer depende de vários fatores como: 
(i) a presença de polinizadores sadios, 
(ii) planta sadia ou em florada a ser polinizada e 
(iii) condições ambientais favoráveis. 
 
O sucesso da polinização depende que pelo menos esses 3 fatores ecológicos 
funcionem em conjunto. Como o sucesso da polinização pode ser medido através do 
número de frutos gerados, é possível, portanto, saber como esse “serviço ecológico” está 
produzindo resultados naquele ambiente especifico. 
Na verdade é possível ainda calcular um “valor” econômico para tal serviço ecologico 
baseado na rapidez e produtividade de polinização daquele ambiente. Portanto, esse tipo 
 
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de estudo tem sido muito utilizado para medir o valor da contribuição do ambiente para a 
atividade econômica humana. 
As pessoas podem não dar valor ao ecossistema, mas, com certeza entendem o valor 
dos serviços prestados pelo ecossistema na produção de alimento e na manutenção da 
qualidade da agua, ar e solos. 
O estudo dos “serviços ecológicos” objetiva informar economistas e gerenciadores com 
fatos científicos que sintetizam a importância do equilíbrio ambiental para a economia a 
nível local, nacional e internacional. Portanto, ao invés de listar o descrever a fauna e a 
flora, os trabalhos que focam nos “serviços ecológicos” tendem a discutir: 
i. o valor econômico dos recursos naturais 
ii. gerenciamento ambiental 
iii. potenciais riscos ao equilíbrio ambiental em relação aos serviços prestados. 
 
 
Kinzig A., C. Perrings and R.J. Scholes (2009) Ecosystem Services and the Economics of Biodiversity Conservation, ecoSERVICES 
Group Working Paper, Phoenix. 
 
Vale a pena salientar que os valores humanos e sociais são o centro dos estudos sobre 
“serviços ecológicos” por isso podem ser divididos em áreas como (Figure 1, acima): 
i. Provisão: agua potável, comida, fibras, etc. 
ii. Serviços reguladores: controle de pestes, enchenes, secas, etc. 
iii. Cultural: informação, bem estar espiritual, etc. 
 
Assim, todas essas atividades são passiveis de serem medidas e comparadas para 
gerar um Sistema que sintetize ou organize a informação na forma de um valor econômico 
definido. 
 
 
 
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Função ecológica 
 
 E.P. Odum é comumente o pesquisador creditado pelo uso do termo “função 
ecológica” dentro de uma visão holista e integradora dos fatores ambientais. Desde 1940 
ele trabalhou em definir vários conceitos ecologicos utilizados até hoje. Um desses 
conceitos é a definição de "Função Ecológica”. 
 O que é função? 
 Esse termo tem sido usado para definir “trabalho”. 
Todo trabalho tem uma característica especifica. Um carpinteiro transforma um 
pedaço de madeira em uma estante que serve para acomodar livros. Da mesma forma o 
ambiente consegue transformar o CO2 presente na atmosfera em matéria orgânica 
acumulada no solo das florestas que serve de reserva de nutrientes para o crescimento das 
arvores. 
Quem são os agentes que transformam o CO2 em matéria orgânica? 
Todos os organismos autotróficos conseguem, geralmente com a ajuda da luz, 
transformar o CO2 em matéria orgânica. Essa matéria eventualmente pode ser depositada 
no solo e assim acaba se transformando em um “banco” ou “deposito” de nutrientes no 
solo. Portanto, de uma maneira simplificada, a função (ou trabalho) de acumular nutriente 
no solo é resultado das atividades dos “autotróficos”. 
Não existe a necessidade de descrever os tipos de espécies ou diversidade de 
autotróficos para “medir” o trabalho dos autotróficos. Essa caracterização quantitativa pode 
ser feita medindo a quantidade de matéria orgânica acumulada em um período 
determinado de tempo (kg/dia). 
Existem dois tipos básicos de “funções ecológicas”: 
 
 
Fluxo de Energia 
A energia do sol é transformada em energia 
química pelos fotoautotróficos e essa 
energia é transferida para os outros 
organismos vivos via cadeia alimentar. O 
fluxo de energia é uma função unidirecional 
do ecossistema. 
 
Ciclagem de Matéria 
Acompanhe o átomo de carbono do CO2 
presente na atmosfera. Esse átomo é 
transformado em matéria orgânica da 
planta, passa para o gafanhoto e sapo no 
ato de alimentação, é transformado 
novamente em CO2 pelos decompositores 
e volta a se transformar em planta. 
Portanto, uma outra função do ecossistema 
é reciclar a matéria para sustentar as 
transformações biológicas. 
 
 
 
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O efeito das leis da termodinâmica nas Funções Ecológicas 
 
Primeira lei: No sistema termodinâmico nada se cria ou desaparece, tudo se transforma. 
Segunda lei: Todo sistema termodinâmico tende ao equilíbrio energético com seu entorno 
(entropia). 
 
Para entendermos melhor a respeito da termodinâmica se faz necessário definirmos 
alguns conceitos importantes: 
 
i. Sistema termodinâmico. No caso do estudo ecológico pode ser o “Ecossistema”, ou seja, 
esse sistema pode ser um espaço ou região definido por limites reais ou imaginários. 
Um refrigerador é um exemplo de um sistema não imaginário. 
ii. Estado de um sistema. É a quantidade de energia dentro desse sistema. Este será 
descrito pelo conjunto de propriedades físicas do sistema, como a temperatura, pressão, 
volume, massa, entropia, etc. O estado é uma condição momentânea do sistema. 
iii. O processo. Um processo é o caminho que um sistema usa para percorrer sucessivos 
estados termodinâmicos. 
 
A energia presente nas ligações químicas da matéria orgânica de um ser fotoautotrófico 
originou-se na energia contidana luz solar. A energia contida na biomassa dos herbívoros 
e carnívoros também se originou na luz solar, mas, essa teve antes que ser transformada 
pelos fotoautotroficos. Dessa forma, a energia no ecossistema não se criou, ela veio de 
uma fonte conhecida, o sol. 
Toda a energia presente dentro de um ecossistema veio do sol e se dissipa pelo espaço 
infinito vazio e frio. Portanto, toda a transmissão de energia dentro de um ecossistema 
acontece por causa do processo de “transformação” da energia já existente. 
Dessa forma toda a transformação energética acontece com perdas, esse é o resultado 
da segunda lei da termodinâmica. No exemplo abaixo a quantidade de energia que foi 
transformada em biomassa de pássaro será sempre menor que a quantidade de energia 
dentro da biomassa de inseto. 
As perdas acontecem porque o sistema termodinâmico (inseto + pássaro) é aberto, ou 
exposto ao ambiente infinito. Portanto, muita energia “vaza” ou “escapa” na forma de calor 
durante a transformação de biomassa de inseto em pássaro. 
As implicações desse fenômeno para o ecossistema são grandes. A população de 
pássaros depende da quantidade de energia transformada pelas plantas e pelos insetos. 
 
 
 
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Sustentabilidade 
 
De acordo com o “World Commission on Environment and Development”, o termo 
“sustentabilidade” deve ser utilizado para definir as ações que permitam o sustento dessa e 
de outras gerações futuras. Portanto, esse termo se refere a um mecanismo de avaliação 
que possui os seguintes componentes de analises: 
 Fatores ambientais e ecológicos 
 Fatores sociais 
 Fatores econômicos 
Nesse contexto, a palavra sustentabilidade só pode ser utilizada quando existem 
medidas dos 3 fatores acima citados, ou seja, quando estes aparecem definidos e 
quantificados. 
 
 
Definição de ecossistema 
 
Ecossistema designa o conjunto formado por todas as comunidades bióticas que vivem 
e interagem em determinada região e pelos fatores abióticos que atuam sobre essas 
comunidades. 
A noção de ecossistema surgiu na década de 1930 para explicar a complexa interação 
entre os organismos e o seu ambiente que resulta em dois processos distintos mais 
interdependentes: (i) fluxos de energia e (ii) ciclagem de matéria. 
 
 A base de um ecossistema são os produtores que são 
os organismos capazes de fazer fotossíntese ou 
quimiossíntese. Produzem e acumulam energia através 
de processos bioquímicos utilizando como matéria prima 
a água, gás carbônico e luz. Em ambientes afóticos (sem 
luz) também existem produtores que fazem a 
quimiossíntese, metabolismo realizado por muitas 
bactérias terrestres e aquáticas. Dentro de um 
ecossistema existem vários tipos de consumidores 
(primários e secundários), que juntos formam uma cadeia 
alimentar. Os limites de um escossistema é geralmente 
definido pela sua estrutura ou aparência (bioma) ou 
função (fluxo de energia ou ciclagem de matéria). 
 
As funções de um ecossistema dependem da “Estrutura do Ecossistema”. Essa 
estrutura está diretamente ligada aos tipos de espécies vivas do ecossistema. Portanto, 
registrar a diversidade de espécies autotróficas, consumidoras primarias e secundarias é 
uma forma de se medir a estrutura de um ecossistema. 
 
 
Rede ou cadeia alimentar e redundância 
 
A cadeia alimentar é uma sequência de organismos interligados por relações de 
alimentação. Ao longo da cadeia alimentar há uma transferência de energia e de nutrientes, 
 
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sempre no sentido dos produtores para os consumidores. A posição que cada um ocupa na 
cadeia alimentar é um nível hierárquico que os classifica entre produtores (como as plantas 
e algas), consumidores (como os animais) e decompositores (fungos e bactérias). Porque 
frequentemente cada organismo se alimenta de mais de um tipo de animais ou plantas, as 
relações alimentares (também conhecidas por relações tróficas) tornam-se mais 
complexas, dando origem a redes ou teias alimentares, em que as diferentes cadeias 
alimentares se inter-relacionam. 
 Nas redes alimentares é comum observar que distintas espécies podem ocupar a 
mesma função trófica, ou seja, redundância trófica. Esse tipo de “redundância” permite uma 
certa estabilidade aos processos ecológicos como (i) fluxo de energia e (ii) ciclagem de 
matéria. No entanto, a perda ou entrada de espécies em uma rede trófica possui 
significativo impacto na “diversidade” seja esta medida em termos de riqueza ou 
uniformidade (dominância). 
Cadeia alimentar
 
Rede alimentar
“redundancia”
 
Figura: Representação da diferença entre cadeia alimentar e rede alimentar. 
 
 
Diversidade 
 
 A diversidade de um ecossistema só pode ser medida em termos de: 
 riqueza de espécies 
 uniformidade (dominância) 
 
A riqueza de espécies refere-se ao calculo que se faz levando em conta o numero 
de diferentes espécies em uma determinada área. O calculo de “uniformidade” leva em 
conta o numero de diferentes populações de espécies em uma área comparando a 
proporção de indivíduos que existem dentro de cada população (dominância). 
 
 
Variação da Diversidade em escala espacial e temporal 
 
 A diversidade de espécies seja em termos de riqueza ou uniformidade pode variar 
no espaço de acordo com diferenças ambientais causadas pela curvatura da terra, clima e 
 
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dos tipos de solo. Eh por isso que notamos a existência de diferentes “biomas” ou 
ecossistemas regionais. São exemplos (i) mata atlântica, (ii) floresta amazônica, (iii) 
cerrado, (iv) tundra, etc. 
 A diversidade de espécies pode também mudar ao longo do tempo por causa de um 
fenômeno chamado “sucessão ecológica”. Por exemplo, se uma pequena área de floresta 
for devastada, eh possível observar uma sucessão de espécies vegetais desde gramíneas 
ate as arvores do bioma principal. Durante as fases de restauração natural existem vários 
valores, por assim dizer, de diversidades quando estes são medidos em termos de riqueza 
ou uniformidade. 
 
 
 
Figura: Representação da diferença entre diversidade geográfica e sucessão de espécies 
ao longo do tempo. 
 
Habitat 
 
O conceito de habitat tende a ser associado ao de ecossistema. O habitat é o 
espaço físico do ecossistema, uma região que oferece as condições naturais necessárias 
para a subsistência e a reprodução das espécies. 
 
Nicho ecológico 
 
O nicho ecológico, por sua vez, é o modo de vida em que um organismo se vincula 
aos fatores bióticos e abióticos do meio através de diversas condições físicas, químicas e 
outras. 
Relações ecológicas entre espécies (interespécies) 
 
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Dentro de um ecossistema encontram-se várias formas de interações entre os seres 
vivos que as formam, denominadas relações ecológicas ou interações biológicas. Essas 
relações se diferenciam pelos tipos de dependência que os organismos mantêm entre si. 
Algumas dessas interações se caracterizam pelo benefício mútuo de ambos os seres vivos 
ou de apenas um deles. Exemplos: 
 predação 
 competição 
 simbiose 
 mutualismo 
 
 
Relações ecológicas entre indivíduos da mesma espécie 
 
 Quando os indivíduos passam a viver juntos e formam uma população, as interações 
entre eles originam características distintas que são muito importantes para o 
gerenciamento de ecossistemas,por exemplo: 
 taxa de natalidade 
 taxa de mortalidade 
 fatores reguladores do crescimento 
 
 
Pirâmides Ecológicas 
 
Pirâmide ecológica, também denominada pirâmide trófica, é uma representação gráfica que 
mostra, mediante retângulos horizontais sobrepostos, a biomassa em cada nível trófico de 
um determinado ecossistema. Esse é em exemplo que, dependendo da unidade utilizada 
para descreve-la, pode exemplificar a estrutura ou a função de um ecossistema. Se a 
unidade for biomassa esta irá representar a estrutura, se for energia por tempo, esta 
representará a função do ecossistema. 
Na base encontram-se os produtores (tais como as plantas) e seguem em uma sequência 
de vários níveis tróficos (tais como os herbívoros que comem as plantas, sucedido pelos 
carnívoros que comem herbívoros, seguidos pelos carnívoros que comem carnívoros, e 
assim por diante). Existem pirâmide de números, pirâmide de biomassa e pirâmide de 
energia. 
 
Figura: exemplo de pirâmides ecológica de energia.