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Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 1 1- Isso se explica pelo fato de que tanto organismos quanto ecossistemas possuem características em seu meio interno, que se adaptam às demandas ambientais (e evoluem) e realizam trocas com o ambiente externo, sendo, portanto, ambos classificados como sistemas ecológicos. 2- Na abordagem de organismo, o estudo é focado nas adaptações dos organismos ao meio ambiente com o qual interagem, assim como os processos fisiológicos e morfológicos que permitem sua sobrevivência. Na abordagem de população, a abordagem de população concentra-se nos estudos da Dinâmica de Populações, que analisa a variação no número de indivíduos em uma população, a razão sexual, os tamanhos relativos das classes etárias e a estrutura genética de uma população através do tempo. A abordagem de comunidade concentra-se nos estudos de interação entre as populações de espécies, assim como nos padrões globais de biodiversidade. A abordagem de ecossistema lida com o movimento de energia e matéria, e como estes movimentos são influenciados pelo clima e outros fatores físicos. A abordagem de biosfera estuda os padrões climáticos, como o movimento das correntes de ar e água, e a energia e os elementos químicos que eles contêm, em toda a superfícies da Terra. 3- As plantas obtêm sua energia através do processo de fotossíntese, no qual, com a ajuda da luz solar, elas sintetizam glicose e oxigênio através de dióxido de carbono e água. Já os animais, incapazes de realizar tal processo, precisam obter sua energia de fontes externas, como as próprias plantas ou outros animais. Os fungos podem decompor a matéria orgânica, sendo, por isso, considerados saprófitos e colaborando para a reciclagem de nutrientes no meio ambiente. 4- O habitat é o local ou região onde o indivíduo habita, devendo este se adaptar às modificações sofridas por este ambiente. O nicho ecológico é definido pelas condições que o organismo pode suportar em um determinado ambiente, incluindo estratégias de predação e escape de predadores, ou seja, o seu papel funcional no ecossistema. 5- Mudanças mais drásticas no ambiente ocorrem em uma curta escala de tempo e com menor frequência. Fenômenos que duram mais tempo, podem causar maior impacto no ambiente onde ocorrem. Os fenômenos atmosféricos acontecem de forma mais drástica que os fenômenos marítimos ou terrestres, de forma que ocorrem em uma curta escala de tempo. Os fenômenos terrestres são os de maior escala temporal dos três. Os processos de formação e extinção de espécies necessitam de um período evolutivo (grande escala de tempo) e espaços continentais. 6- Em relação à física, podemos citar a pressão sanguínea no interior de nossos vasos sanguíneos, a difusão de oxigênio através dos tecidos, a velocidade das reações químicas, dentre outros. Em relação aos princípios da biologia, os indivíduos, um mamífero, por exemplo, tende a manter sua temperatura constante, repondo o calor perdido do corpo com a quebra das moléculas dos alimentos. Em populações, o equilíbrio se dá com a manutenção de mortes e nascimentos relativamente constante. Em comunidades, com a entrada e saída de novas espécies na comunidade e em ecossistemas e biosfera com a manutenção de fatores abióticos, como a luz do sol, que, em parte, é refletida de volta ao espaço. 7- Como causa próxima (ou seja, como fazem isso), podemos elaborar a hipótese de que a forma como os pássaros migram para o sul nos meses de outono poderia ser por um sistema que percebe alterações climáticas, principalmente relacionadas à temperatura, além de alterações na umidade e na vegetação, fazendo com que elas realizem a migração. Como causa última (ou seja, o porquê de fazerem isso) podemos elaborar a hipótese de que as aves migram para o sul nos meses de outono porque não poderiam suportar o frio do inverno no hemisfério norte, já que não estão adaptadas a este clima severo, necessitando, portanto, realizar a migração para fugir dos meses mais frios. 8- O controle em um experimento é importante para que haja dados padrões (sem alteração ou interferência), que podem indicar como o experimento se comporta em condições normais no meio ambiente, de forma que se possa fazer comparações dos modelos modificados com o modelo controle. 9- As manipulações experimentais são alterações em experimentos que serão comparados com o experimento controle, já experimentos naturais não há modificações e nem um controle, de forma que as comparações são realizadas com base nas diferenças existentes no próprio ambiente natural. Os experimentos de microcosmo são realizados com pequenos ambientes artificiais que tentam reproduzir um ambiente maior, de forma a identificar comportamentos que se repetem neste ambiente, indicando que também podem ocorrer no ambiente maior. 10- Com o conhecimento dos sistemas ecológicos, os humanos podem prever o impacto de certas alterações ambientais, além de elaborar soluções eficazes para o reparo do ambiente natural. Esse conhecimento também permite fazer o controle e manejo em certos ambientes com o mínimo impacto possível. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 2 1- Pode bloquear porque cria uma resistência no movimento dos organismos, por ser mais densa que o ar (viscosa). Ao mesmo tempo, essa resistência da água ao movimento (viscosidade) permite uma melhor flutuabilidade e nado em relação ao ar, o que permite aos animais aquáticos se moverem facilmente pelos seus diferentes estratos. 2- A água da chuva dilui certos componentes do ar (como poluição, poeira, gases, dentre outros). Em seguida, antes de atingir o leito dos rios, capta alguns minerais do solo e das rochas por onde passa. Finalmente, antes de atingir o mar, adquire mais minerais pelo caminho, e pelo desgaste de costas rochosas. 3- Porque corpos de água com baixo pH possuem uma alta concentração de íons hidrogênio, que, em excesso, podem danificar as moléculas e inclusive dissolver metais pesados na água, o que pode ser bastante prejudicial para muitos organismos. 4- Os solos consistem em partículas de silte, argila e areia, sendo que solos com silte e argila retêm mais água, por possuir partículas menores, em relação aos solos de areia, em que as partículas maiores não retém tanta água, que é drenada com mais facilidade. 5- Os solos de partículas menores (como silte e argila) retêm água mais fortemente, tornando-a menos disponível para as plantas, e os solos de partículas maiores (como areia) não retêm tanta água, que é drenada com mais facilidade. Dessa forma, os melhores solos são os que possuem uma mistura de partículas de diferentes tamanhos, chamados de franco. 6- Porque a pressão criada pela raiz apenas conseguiria fazer a água subir a uma distância de no máximo 20 metros, insuficiente para atingir as folhas das árvores mais altas. Dessa forma, a planta possui outros meios de fazer com que a água suba a uma distância maior, como a baixa pressão criada nas folhas pela transpiração, que faz com que a água suba pelo tecido do xilema. 7- Para os peixes de água doce, a maior concentração interna de solutos faria com que a água entrasse constantemente, de forma que eles poderiam morrer pelo excesso de água no interior do corpo. Já os peixes de água salgada, perderiam água constantemente para o meio externo de alta concentração de solutos, de forma que não teriam água suficiente para realizar as funções básicas do organismo. 8- Indivíduos que excretam amônia precisam de constante suprimento de água, paraevitar danos pela alta concentração de amônia no corpo. Porém, gastam menos energia para excretá-la. Já os indivíduos que excretam ureia, precisam de menos água, pois a ureia é menos tóxica em altas concentrações, mas precisam gastar mais energia para sintetizá-la. Por fim, os indivíduos que excretam ácido úrico são os que precisam de menos água, pois ele é menos tóxico, mas o custo energético para sintetizá-lo é bem maior. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 3 1- A luz do sol é captada pelas plantas, para a realização da fotossíntese, que produz moléculas de glicose altamente energéticas. Essa energia é então adquirida pelos animais herbívoros que se alimentam dessa planta e então transmitida aos animais carnívoros que se alimentam desses animais herbívoros. 2- A água absorve os comprimentos de onda mais longos (vermelho) mais fortemente do que os mais curtos; a maior parte da radiação infravermelha desaparece nos primeiros metros da parte de cima das camadas de água. Os comprimentos de onda visíveis mais curtos (violeta e azul) tendem a ser refletidos quando atingem as moléculas de água, e assim falham em penetrar mais profundamente. Devido à absorção e ao espalhamento desse comprimento de onda pela água, a luz verde predomina com o aumento da profundidade. 3- Quando a Rubisco (a RuBP carboxilase-oxigenase, que é a enzima responsável pela assimilação de carbono) se liga ao O2 em vez do CO2, inicia uma série de reações que revertem às reações de luz. O processo global se assemelha à respiração no sentido em que usa O2 e produz CO2. Como também demanda ATP e NADPH das reações de luz, é denominado fotorrespiração. A tendência da Rubisco em executar esta reação, que parcialmente desfaz o que a enzima executa quando assimila o carbono, torna a fotossíntese ineficiente e autolimitante. 4- Como benefícios, a abertura dos estômatos permite a entrada do CO2, amentando sua concentração no interior do mesofilo da planta. Isso aumenta a taxa fotossintética, elevando a sua produção de glicose e energia. O principal custo é a perda de água em ambientes mais secos, razão pela qual algumas plantas desenvolveram mecanismos para aumentar a concentração de CO2, evitando a abertura dos estômatos. 5- Para resolver o problema da fotorrespiração, muitas plantas herbáceas, particularmente gramíneas que crescem em climas quentes, modificaram o processo fotossintético C3 comum adicionando um passo à assimilação inicial do CO2. Esta reação é catalisada pela enzima PEPcase, a qual, diferentemente da Rubisco, tem uma alta afinidade com o CO2. Para levar carbono do mesofilo para as células da bainha do feixe, a planta converte o oxaloacetato em malato, que então se difunde para dentro do feixe de células, onde uma outra enzima a decompõe para produzir o CO2 e o piruvato, um composto de três carbonos. O CO2 é então usado nas reações de luz para fazer G3P, que entra no ciclo de Calvin-Benson, exatamente como o faz nas plantas C3. O piruvato é convertido de volta a PEP, e o PEP se move de volta às células do mesofilo para completar o ciclo de assimilação de carbono C4. 6- Certas plantas suculentas que habitam ambientes escassos de água, como os cactos e as plantas do abacaxi, usam as mesmas vias bioquímicas que as plantas C4, mas segregam a assimilação de CO2 e o ciclo de Calvin-Benson entre a noite e o dia, via esta denominada metabolismo ácido das crassuláceas, ou CAM. As plantas CAM abrem seus estômatos para troca gasosa durante a noite fria do deserto quando a transpiração é mínima. Elas inicialmente assimilam CO2 no OAA de quatro carbonos, que é convertido em malato e armazenado em altas concentrações nos vacúolos dentro das células do mesofilo da folha. Durante o dia, os estômatos se fecham e os ácidos orgânicos armazenados são gradualmente decompostos para liberar CO2 para o ciclo de Calvin-Benson. 7- As plantas adaptadas ao calor e à seca têm modificações anatômicas e fisiológicas que reduzem a transpiração e as cargas térmicas através de suas superfícies e as capacitam a tolerar altas temperaturas. As plantas podem minimizar o sobreaquecimento protegendo suas superfícies da luz direta do Sol com cílios densos e espinhos. Os espinhos e os cílios também produzem uma camada-limite estacionária de ar que aprisiona a umidade e reduz a evaporação. Algumas plantas do deserto não têm sequer folhas. Muitos cactos se baseiam inteiramente em seus caules para a fotossíntese; estas folhas são transformadas em espinhos para proteção. As plantas podem reduzir ainda mais a transpiração cobrindo suas superfícies com uma cutícula espessa e cerosa que é resistente à água, ou alocando os estômatos em covas profundas, frequentemente elas próprias cheias de cílios. 8- Os espinhos e os cílios também produzem uma camada-limite estacionária de ar que aprisiona a umidade e reduz a evaporação. Contudo, como estas camadas limites espessas retardam também a perda de calor, as superfícies cobertas por cílios prevalecem em ambientes áridos que são frios, mas não tanto em desertos quentes. O isolamento de camadas-limite de ar parado também se forma sobre superfícies planas de folhas, mas aquelas camadas são quebradas pela turbulência do ar nas bordas da folha. 9- O oxigênio é abundante na atmosfera, mas muito menos na água. A baixa solubilidade do oxigênio na água frequentemente limita o metabolismo dos animais em habitats aquáticos. Comparado com sua concentração atual de 0,21 litro por litro de ar (21 % em volume) na atmosfera, a solubilidade do oxigênio na água atinge um máximo (a 0°C de água doce) de 0,01 litro por litro (l %). Esta limitação é composta pela taxa de difusão de oxigênio muito mais baixa na água do que no ar. Além disso, abaixo da zona fótica em corpos profundos de água, e em sedimentos e solos alagados, nenhum oxigênio é produzido pela fotossíntese. 10- Muitos organismos lidam com sucesso com temperaturas congelantes, ou mantendo suas temperaturas corporais acima do ponto de congelamento da água ou ativando mecanismos químicos que os capacitam a resistir ao congelamento e tolerar seus efeitos. Alguns peixes antárticos contornaram sua suscetibilidade ao congelamento elevando as concentrações no sangue e nos tecidos de compostos tais como o glicerol - o álcool de três carbonos, uma droga comum chamada glicerina. Uma solução de 10% de glicerol reduz o ponto de congelamento da água por cerca de 2,3°C sem interromper severamente os processos bioquímicos. As glicoproteínas no sangue de vários répteis e invertebrados animais adaptados ao frio impedem a formação de gelo ao coibir o desenvolvimento de cristais. 11- A maioria dessas reações procede mais rapidamente em temperaturas altas do que em baixas, organismos adaptados ao frio devem ter mais de substrato para reações bioquímicas, mais de enzimas que catalisam a reação, ou uma diferença qualitativa na enzima propriamente dita. Uma enzima específica obtida de uma variedade de organismos que vivem sob diferentes condições pode apresentar diferentes propriedades catalíticas quando testadas sobre intervalos de temperatura, pH, concentração salina e abundância de substrato. Os organismos algumas vezes acomodam mudanças previsíveis nas condições ambientais por ter mais de uma forma de uma enzima ou molécula estrutural, cada uma das quais funciona melhor dentro de um intervalo diferente de condições. 12- A radiação é refletida do solo e da rocha para a cobra; a condução é transmitida para a cobra pelo contato da mesma com a rocha; a convecção transmite calor à cobra pelo aumento da temperatura do arque circunda o corpo da cobra; e a evaporação transmite calor à cobra pela umidade do ar que se vaporizou pelo calor. 13- Em animais pequenos, como os beija-flores, que têm uma grande razão superfície-volume, e consequentemente perdem calor rapidamente em relação à quantidade de tecido que está disponível para produzir calor, seus organismos desenvolveram uma adaptação importante que evitasse a perda de calor e energia durante os períodos mais frios da noite, o torpor, que é uma condição voluntária e reversível de temperatura corporal baixa e inatividade. As espécies que vivem em climas frios morreriam de fome à noite se não entrassem em torpor. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 4 1- Porque nessa região os raios solares incidem em um ângulo quase perpendicular (reto), de forma que a intensidade dos raios solares é maior. Quanto mais longe da linha do equador, menor é o ângulo de inclinação dos raios solares e maior é área atingida por eles, havendo, portanto, menos aquecimento nessas regiões. 2- Devido à maior incidência dos raios solares na região equatorial, essa região está sempre bem aquecida. O ar quente e úmido dessa região sobe em direção à parte superior da atmosfera, a cerca de 15 Km acima da superfície da Terra. Em seguida, essa massa de ar migra em direção aos polos, perdendo calor e se condensando (criando padrões de chuva). Quando chega próximo à região de 30 graus ao norte e ao sul, essa massa de ar já está fria e seca, descendo para perto do solo. Em seguida, migra novamente em direção ao equador, absorvendo umidade e calor pelo caminho, criando regiões desérticas, próximas a essas latitudes. Em seguida, a massa de ar retorna à região equatorial e reinicia o ciclo. Esse padrão atmosférico é conhecido como circulação de Hadley e cada ciclo é conhecido como célula de Hadley. A partir disso, a massa de ar continua migrando em direção aos polos e formam as células de Ferrel (na região temperada) e as células polares (na região polar). 3- Nos trópicos, o movimento sazonal para norte e sul do equador solar determina quando a estação chuvosa começa. A Convergência Intertropical segue o equador solar, produzindo um cinturão móvel de precipitação. Portanto, as estações secas e úmidas são mais pronunciadas nos grandes cinturões latitudinais que jazem a cerca de 20° norte e sul do equador. Assim, à medida que as estações mudam, as regiões tropicais alternadamente ficam sob a influência da Convergência Intertropical, o que traz chuvas pesadas, e dos cinturões subtropicais de alta pressão, que trazem céus claros. 4- Uma das preocupações dos cientistas que estudam a mudança do clima e seu atual aquecimento, em particular, é que a aceleração do derretimento da placa de gelo da Groenlândia e do gelo do mar do Oceano Ártico inundará o Atlântico Norte com águas superficiais de baixa salinidade e impedirá a formação da Água Profunda do Atlântico Norte. O desaparecimento desta corrente eficientemente desligará a Corrente do Golfo como um cinturão de transporte de calor vindo dos trópicos. O efeito no clima da Europa seria devastador. 5- No início da primavera, o sol aquece a superfície do lago gradualmente. Mas até que a temperatura da superfície exceda 4°C, a água superficial, aquecida pelo sol, tende a afundar para dentro das camadas mais frias imediatamente abaixo. Esta mistura vertical distribui calor através da coluna de água da superfície para o fundo, resultando num perfil de temperatura uniforme. Ao mesmo tempo, os ventos criam correntes de superfície que podem fazer as águas do fundo subirem, num modo semelhante ao das correntes de ressurgência nos oceanos. Esta troca da primavera traz nutrientes dos sedimentos do fundo para a superfície e oxigênio da superfície para as profundezas. Durante o outono, as camadas superficiais do lago se esfriam mais rapidamente que as profundas, tomando-se mais densas do que a água subjacente, e começam a afundar. Esta mistura vertical, chamada de troca de outono, persiste até o fim do outono, até que a temperatura da superfície do lago caia abaixo de 4°C e a estratificação de inverno se estabeleça. A troca de outono acelera o movimento de oxigênio para as águas profundas e de nutrientes para a superfície. 6- Com o evento do El Niño, o aquecimento das águas superficiais perto do oceano Índico nas regiões costeiras da América do Norte impede a ressurgência da água do mar (pois não há diferença de temperatura entre a superfície mais fria e o fundo mais quente), fazendo com que os compostos orgânicos do fundo do oceano não subam para a superfície, o que prejudica a manutenção de uma rica vida marinha. 7- Os padrões de vento globais interagem com outras características da paisagem para criar precipitação. As montanhas forçam o ar para cima, fazendo-o se resfriar e perder sua umidade em forma de precipitação no lado de barlavento. À medida que o ar desce a encosta de sotavento e viaja por sobre as terras baixas além, captura umidade e cria ambientes áridos chamados de sombras de chuva. 8- A temperatura do ar diminui cerca de 6º - 10 º C para cada 1.000 m de aumento na elevação, dependendo da região. Esta redução na temperatura, causada pela expansão do ar nas pressões atmosféricas mais baixas e altitudes mais altas, é denominada resfriamento adiabático. Em muitos aspectos, o clima e a vegetação dos locais de alta elevação se assemelham àqueles das localidades no nível do mar em latitudes mais altas. Mas, a despeito destas semelhanças, os ambientes de montanha usualmente variam menos de estação para estação do que em suas contrapartes mais baixas nas latitudes mais altas. Desse modo, ao subir 2.600 m, experimentamos mudanças no clima e vegetação que ocorreriam no curso de uma jornada de 2.000 km ou mais para o norte ao nível do mar. 9- Em solos ácidos, em regiões frias e úmidas da zona temperada, as partículas de argila se decompõem do horizonte E, e seus íons solúveis são transportados para baixo e depositados no horizonte B mais abaixo. Este processo, conhecido como podzolização, reduz a fertilidade das camadas superiores do solo. Os solos ácidos ocorrem principalmente nas regiões frias, onde árvores e folhas aciculadas dominam as florestas. A lenta decomposição da serapilheira de folhas depositadas por árvores de espruce e abeto produz ácidos orgânicos, que promovem altas concentrações de íons de hidrogênio. Os solos se intemperizam a grandes profundidades nos climas quentes e úmidos de muitas regiões tropicais e subtropicais. Umas das mais notáveis características do intemperismo sob essas condições é a decomposição das partículas de argila, que resulta na lixiviação do silício do solo, deixando os óxidos de ferro e alumínio predominando no perfil do solo. Este processo é chamado de laterização. Uma das consequências da laterização é que muitos solos tropicais têm uma baixa capacidade de troca catiônica. Na ausência de argila e matéria orgânica, os nutrientes minerais são rapidamente lixiviados do solo. Onde os solos são profundamente intemperizados, logo os materiais formados pela decomposição do material parental estão simplesmente muito longe da superfície para contribuir com a fertilidade do solo. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 5 1- Porque elas crescem sob condições climáticas (temperatura e precipitação) semelhantes e em solos com uma quantidade próxima de conteúdo nutricional. Devido a isso, plantas não aparentadas podem adotar formas de crescimento parecidas. 2- As condições climáticas, como temperatura e precipitação, que definemo bioma de uma região, com base na vegetação predominante. A qualidade do solo (conteúdo nutricional) também influencia no tipo de vegetação de uma determinada região. 3- Em ambientes terrestres, a temperatura e a umidade (precipitação e evapotranspiração) são as variáveis mais importantes, particularmente para as plantas. Um dos sistemas de classificação climática mais amplamente adotado é o sistema zona climática, desenvolvido pelo ecólogo alemão Heinrich Walter. Este sistema, com nove grandes divisões, é baseado no ciclo anual da temperatura e precipitação. 4- O bioma de Floresta Sazonal Temperada ocorre sob condições moderadas, com um inverno gelado. A precipitação normalmente excede a evaporação e a transpiração; consequentemente, a água tende a se mover para baixo através dos solos e drenar a paisagem na forma de lençóis de água, córregos e rios. Os solos são frequentemente podzolizados, tendem a ser ligeiramente ácidos e moderadamente lixiviados, e têm cor marrom, devido à sua abundante matéria orgânica. As árvores decíduas são a forma de crescimento vegetal dominante. A vegetação frequentemente inclui uma camada de pequenas árvores e arbustos embaixo das árvores dominantes, assim como plantas herbáceas no chão da floresta. O bioma de Floresta Pluvial Temperada se caracteriza por possuir as chuvas pesadas de inverno e o nevoeiro do verão criam condições que sustentam florestas perenes extremamente altas. Na América do Norte, estas florestas são dominadas ao sul pela sequoia-vermelha (Sequoia sempervirensi) e ao norte pelo abeto-douglas (Pseudotsuga spp.). Estas árvores têm tipicamente uma altura de 60-70 m e podem crescer a mais de 100 m. Na América do Norte, os campos se desenvolvem nas zonas climáticas continentais, onde a precipitação varia entre 300 e 850 mm por ano, e os invernos são frios. A vegetação é dominada por gramíneas. O fogo é uma influência dominante nestes campos, particularmente onde o habitat seca durante o fim do verão. Os climas mediterrâneos são caracterizados por temperaturas de inverno amenas, chuva de inverno e secas de verão. Sustentam uma vegetação arbustiva, perene, espessa de 1-3 m de altura, com raízes profundas e folhagem resistente à seca. Os desertos subtropicais têm uma precipitação muito esparsa (menos do que 250 mm), altas temperaturas e geralmente longas estações de crescimento. Os locais mais úmidos deste bioma sustentam uma profusão de suculentos cactos, arbustos e pequenas árvores. 5- Nas altas latitudes, as temperaturas frias predominam. A precipitação é muito esparsa, porque a água se evapora lentamente para a atmosfera em temperaturas baixas, embora os solos sejam frequentemente saturados, e a disponibilidade de água não é uma limitação importante nas zonas de clima de altas latitudes. A produtividade biológica durante as estações de crescimento do curto verão é geralmente baixa, e as baixas temperaturas reduzem a decomposição de matéria orgânica e a liberação de nutrientes no solo. Em consequência, as plantas retêm sua folhagem por muitos anos, e a vegetação tende a ser perene e altamente adaptada às frias temperaturas do inverno. 6- Porque esse tipo de floresta se encontra em regiões que são atingidas duas vezes pela Convergência Intertropical (região equatorial), que traz umidade pelas massas de ar que retornam da região temperada (célula de Hadley). 7- Porque o fogo cria condições que apenas alguns tipos de plantas podem suportar. O fogo destrói a vegetação nativa, que não é adaptada a essa condição, abrindo caminho para a invasão por plantas adaptadas ao fogo (rizomas grossos, caule tortuoso, casca espessa dos troncos, dentre outros). Isso altera o tipo de vegetação, alterando o bioma do local. 8- Os fatores utilizados para classificar os biomas terrestres são principalmente a precipitação e a temperatura (os fatores que mais influenciam o tipo de vegetação existente em uma região). Já os ambientes aquáticos podem ser influenciados por outros fatores, tais como: a profundidade da água, a temperatura, a taxa de fluxo e as concentrações de nutrientes e oxigênio. 9- Muito da teia alimentar dos ecossistemas de cabeceira depende das folhas e outras matérias orgânicas que caem da vegetação circundante ou são arrastadas pelos córregos. Tais matérias orgânicas que entram no sistema aquático vindo de fora são denominadas alóctones. Quanto mais largo um rio, mais de sua matéria orgânica tem origem nele mesmo, ou autóctone. 10- A zona litorânea, por ser a zona rasa em torno da borda de um lago ou poça, possui vegetação enraizada, como os lírios-de-água e as pontederiáceas. As partes de água aberta, além da zona litorânea, formam a zona limnética (ou pelágica), onde os produtores são algas unicelulares flutuantes ou fitoplâncton. 11- Os recifes de coral frequentemente circundam ilhas vulcânicas, onde são alimentados por nutrientes que sofrem erosão do solo vulcânico rico e pelas correntes de fundo forçadas para cima pelo perfil da ilha. Os corais são duplamente produtivos porque as algas fotossintéticas dentro de seu tecido geram energia de carboidrato que alimenta as fenomenais taxas de crescimento dos corais. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 6 1- Porque somente pela herança genética, uma determinada característica poderá ser transmitida para os descendentes, e, assim, alterar o genótipo da espécie. Sem a herança, uma mutação genética benéfica não poderia ser transmitida aos descendentes e prevalecer nas futuras gerações. 2- No início, havia indivíduos resistentes e não resistentes ao DDT. Com o uso descontrolado do inseticida, os indivíduos que não apresentavam resistência foram eliminados da população, de forma que apenas os indivíduos resistentes sobreviveram e deixaram descendentes, que herdavam a resistência. Com o tempo, os indivíduos resistentes passaram a predominar na população. 3- São as mudanças no DNA, que podem causar mudanças tanto na estrutura do produto da proteína propriamente dita quanto na quantidade de proteína produzida. Um modo importante pelo qual tais mudanças nas proteínas ocorrem é através da mutação. As mutações resultam de qualquer mudança na sequência dos nucleotídeos (Adenina, Timina, Citosina, Guanina) que formam um gene, ou nas regiões do DNA, que controlam a expressão de um gene. Tais mudanças incluem a substituição de um nucleotídeo por outro, deleções ou inserções de nucleotídeos, rearranjos das moléculas de DNA envolvendo regiões invertidas, regiões duplicadas ou trocas de sequências de DNA entre os cromossomos. Alguns destes eventos causam mudanças drásticas, frequentemente letais, no fenótipo. Contudo, outros eventos, particularmente substituições de nucleotídeos simples, podem alterar a aparência, a fisiologia ou o comportamento do indivíduo. A variação genética permeia entre os indivíduos de uma população e tem muitas consequências. A mais importante destas para o estudo da ecologia é a evolução pela seleção natural. O termo evolução pertence a qualquer mudança no pool genético de uma população. Os indivíduos cujos atributos os capacitam a atingir taxas mais altas de reprodução deixam mais descendentes, e, portanto, os alelos responsáveis por aqueles atributos aumentam no pool genético da população. 4- A seleção artificial é a seleção de características vantajosas em animais e plantas que podem ser úteis para o ser humano, feitas de maneira artificial. Já a seleção natural, seleciona características vantajosas para a sobrevivência dos indivíduos e, consequentemente, da espécie. 5- A seleção estabilizadora tende a puxar a distribuiçãodos fenótipos numa população em direção a um ponto intermediário ótimo e assim contra-atacando a tendência da variação fenotípica de aumentar por mutação. A seleção estabilizadora ocorre quando os indivíduos com fenótipos intermediários ou médios - geralmente os fenótipos mais comuns numa população - têm sucessos reprodutivos mais altos do que aqueles com fenótipos extremos. Os indivíduos com fenótipos extremos em quaisquer das pontas da distribuição populacional poderiam, sob algumas circunstâncias, ter um ajustamento mais alto do que os indivíduos com fenótipos intermediários. Esta situação leva à seleção disruptiva, que tende a aumentar a variação genética e ser atípica numa população. 6- O tamanho da população provavelmente reduziria e os indivíduos com as características mais vantajosas em relação a este ambiente modificado prevaleceriam na população, ou seja, haveria mudança nas frequências de alelos. 7- Esta observação sugere que a seleção natural age de forma a beneficiar certas características que colaboram para a sobrevivência da espécie. Qualquer característica que aumente as chances de sobrevivência deve prevalecer em uma população. 8- Ambientes variáveis exigem mais adaptações por parte dos organismos que nele vivem. Dessa forma, os indivíduos devem se adaptar melhor às variações desse ambiente, aumentando a probabilidade de desenvolverem atributos fenotipicamente plásticos em relação aos organismos que vivem em ambientes relativamente constantes. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 7 1- Os organismos têm um tempo, energia e nutrientes limitados à sua disposição. As modificações adaptativas na forma e função ou aumentam os recursos disponíveis aos indivíduos, ou permitem a eles usar aqueles recursos para seu melhor benefício. Muitas destas modificações envolvem compromissos, significando que o tempo, a energia ou os materiais destinados à estrutura do corpo, às funções fisiológicas ou ao comportamento não podem ser alocados para outra coisa. Portanto, as adaptações de um organismo devem resolver os problemas da alocação. 2- As tolerantes vivem sob condições ambientais extremas. Elas crescem lentamente e conservam recursos. Como o estabelecimento de plântulas é difícil em ambientes estressantes, estas plantas se fiam fortemente em dispersão vegetativa. Onde as condições para o crescimento das plantas são mais favoráveis, as ruderais e as competidoras ocupam os extremos opostos de um espectro de perturbação de habitat. As ruderais, que colonizam fragmentos perturbados e habitats, apresentam um crescimento rápido, uma maturidade precoce, altas taxas de reprodução e sementes facilmente dispersadas. Estes atributos as capacitam a se reproduzirem rapidamente e dispersarem seus filhotes para outros sítios perturbados - "crescendo como ervas" - antes de serem bloqueados por competidores superiores. 3- Porque a reprodução gasta energia que poderia ser alocada para a própria proteção, aumentando as chances de sobrevivência e, consequentemente, permitindo uma reprodução tardia e maior investimento posterior na mesma, inclusive aumentando as chances de sobrevivência dos filhotes. 4- Porque eles devem escolher entre investir recursos em uma reprodução precoce (reduzindo os recursos alocados para a própria sobrevivência) ou investir na sobrevivência e reproduzir-se em uma idade mais avançada. Também devem decidir quanto de energia alocar para a reprodução (muitos ou poucos filhotes e muitos ou poucos eventos reprodutivos) e quanto de energia alocar para a própria sobrevivência (fuga de predadores, estratégias de defesa, forrageio, dentre outros). 5- A semelparidade parece surgir tanto quando a preparação para a reprodução é extremamente custosa, como é para espécies que executam longas migrações para áreas de reprodução, como quando o preço da reprodução é altamente variável, mas condições favoráveis são previsíveis a partir de sinais ambientais. A iteroparidade é preferível quando o custo da reprodução não é tão alto e quando o ambiente não é tão variável. 6- Porque, devido à senescência, no fim da vida, as funções fisiológicas podem estar um tanto degradadas, além do que muitos indivíduos não sobrevivem em idades muito avançadas, o que seria custoso para a sobrevivência da espécie, já que poucos indivíduos conseguiriam se reproduzir eficientemente. 7- Indivíduos próximos ao mercado não precisam investir muita energia e tempo para buscar seus alimentos, de forma a trazerem poucas mercadorias. Já indivíduos que moram mais distante do mercado, investem mais tempo e energia na busca de alimentos, de maneira que trariam uma quantidade maior de mercadorias. 8- Em condições de clima instável (frio ou calor intenso e seca severa), que podem causar sérios problemas à sobrevivência de vários indivíduos, de forma que aqueles que entram em dormência conseguem sobreviver no ambiente instável até que as condições se normalizem (ou, pelo menos, se amenizem). 9- Como fator de aproximação, podemos citar a percepção do comprimento do dia, sendo este menor nos meses de inverno. Como fator último, podemos citar a neve branca acumulada no chão, na qual a pelagem branca se camufla melhor. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 8 1- Alguns animais se reproduzem assexuadamente pela formação de óvulos diploides. Este tipo de reprodução, denominado de partenogênese, floresceu em populações inteiramente femininas de peixes, lagartos e alguns insetos, para citar alguns exemplos. Em alguns destes animais, as células de germinação se desenvolvem diretamente em células de óvulo sem passar pela meiose, e todos os óvulos de um indivíduo são, portanto, geneticamente idênticos. Em outras espécies partenogenéticas, a meiose prossegue através da primeira divisão meiótica, mas a supressão da segunda divisão meiótica resulta em células de óvulos diploides. Embora uma união sexual não esteja envolvida, estes óvulos diferem uns dos outros geneticamente por causa da recombinação (a troca de genes entre cromossomos homólogos) e da seleção independente de cromossomos da primeira divisão meiótica. Numa outra variação da partenogênese, a meiose procede por completo, mas as células que formam os gametas femininos então se fundem para formar óvulos diploides. 2- Como principal custo da reprodução assexuada, podemos citar a pouca variabilidade genética (garantida apenas pela recombinação e pela seleção independente de cromossomos da primeira divisão meiótica), que não proporciona boa adaptação a mudanças no ambiente, de forma que se houver uma alteração nas condições ambientais, todos os descendentes podem sucumbir. Outra desvantagem da pouca variabilidade genética da reprodução assexuada está no fato de que genes defeituosos que carregam características prejudiciais (doenças) passarão a todos os descendentes e se espalharão mais rapidamente pela população. Porém, apesar dos custos, a reprodução assexuada permite que todos os genes do genitor passem aos descendentes, além de não exigir a procura pelo parceiro e nem comportamentos complexos de corte. Já a reprodução sexuada possui como principal custo a quantidade de energia gasta para que ela ocorra, principalmente os custos de acasalamento, comportamento de corte e busca pelo parceiro. Além disso, há também o custo dobrado da meiose, em que apenas metade dos genes de cada genitor são transmitidos aos descendentes. Porém, apesar dos custos, a reprodução sexuada garante uma boa variabilidade genética, o que aumenta as chances de os descendentes estarem adaptados a mudançasno ambiente, além de dificultar a propagação de genes defeituosos, de forma que muitas doenças não chegam a se manifestar na população. 3- A capacidade do patógenos em desenvolver respostas às defesas de seus hospedeiros colocam um prêmio nas respostas evolutivas rápidas pelas populações dos hospedeiros, que poderiam de certa forma serem levadas a uma redução de número, e talvez à extinção, pelo aumento dos patógenos virulentos. Qualquer genitor deveria se beneficiar da produção de filhotes geneticamente diferentes dele próprio, com combinações únicas de genes para defesas às quais os patógenos dos pais não estão bem adaptados. Desta forma, o sexo e a combinação genética poderiam proporcionar um alvo móvel para os patógenos evoluindo e impedi-los de tomar a dianteira. Esta ideia é chamada de hipótese da Rainha Vermelha. 4- Os sexos separados são favorecidos pela seleção quando ganhos no ajustamento de adicionar uma função sexual trazem perdas maiores na outra função sexual. Este pode ser o caso quando o estabelecimento de uma nova função sexual embute um custo fixo substancial antes que quaisquer gametas possam ser produzidos. A função sexual em animais complexos exige gônadas, duetos e outras estruturas para transmitir os gametas. Mais ainda, em muitos animais, a masculinidade demanda especializações para atração ao acasalamento e combate com outros machos, e feminilidade requer especialização para produção de óvulos ou cuidados com a prole. Tais custos fixos podem colocar o hermafroditismo em desvantagem comparado com a especialização sexuada. De fato, o hermafroditismo ocorre raramente entre espécies de animais que ativamente buscam parceiros e se engajam em cuidados com a prole. Ele é muito mais comum entre animais aquáticos sedentários que simplesmente descartam seus gametas na água. 5- Se uma razão sexual de uma população não for 1:1, indivíduos do sexo mais raro gozarão de sucesso reprodutivo maior porque competirão por acasalamentos com menos competidores do mesmo sexo. Os indivíduos do sexo mais raro contribuiriam com mais conjuntos de seus genes para as gerações subsequentes do que o sexo mais comum o faria. 6- Num extremo, o acasalamento pode ocorrer entre a progênie de um determinado genitor. Nesta situação, conhecida como competição por acasalamento local, a competição entre machos por acasalamento ocorre entre irmãos. Do ponto de vista do genitor destes filhotes, um filho serviria tão bem quanto muitos para fertilizar suas irmãs e propagar os genes do genitor. Nesta situação, o número de cópias de seus genes que uma mãe passa para a sua neta depende somente do número de filhas que produz, porque cada contribuição genética do filho para os filhotes daquelas filhas também virá da mãe. Assim, as fêmeas que produzem filhas à custa de filhos terão mais netos e maior ajustamento evolutivo. 7- O sistema de acasalamento no qual um único indivíduo de um sexo forma ligações duradouras com mais de um indivíduo do sexo oposto é chamado poligamia. Mais frequentemente, um macho se acasala com mais de uma fêmea, em cujo caso o sistema é denominado de poliginia (literalmente, "muitas fêmeas"). Os casos raros de uma única fêmea ter mais do que um acasalamento com um macho são denominados de poliandria. A poliginia pode exigir que o macho defenda diversas fêmeas contra tentativas de acasalamento de outros machos, ou defenda territórios ou sítios de ninhos aos quais as fêmeas são atraídas para criar seus filhotes. A monogamia é a formação de uma união entre um macho e uma fêmea que persiste pelo período que é exigido para criar seus filhotes, e o qual pode durar até que um deles morra. A monogamia é favorecida primordialmente quando os machos podem contribuir substancialmente para o número e a sobrevivência de seus filhotes proporcionando cuidado parental. 8- A poliginia surge quando uma fêmea pode obter um sucesso reprodutivo maior compartilhando um macho com uma ou mais fêmeas do que ela poderia formando uma relação monogâmica com outro macho. De acordo com o modelo de limite de poliginia, ela poderia ocorrer somente quando a qualidade dos territórios dos machos varia tanto que algumas fêmeas teriam sucesso reprodutivo maior quando acasaladas com um macho poligínico num território de alta qualidade do que se acasaladas com um macho monogâmico num território de baixa qualidade. 9- As características sexuais secundárias elaboradas dos machos agem como handicaps. O fato de o macho poder sobreviver carregando um handicap desse tipo indica a uma fêmea que ele tem um genótipo superior. Quanto maior o handicap que o indivíduo carrega, maior sua capacidade de compensar o handicap com outras virtudes - e passar os genes daquelas virtudes para seus filhotes. Uma virtude que os machos poderiam possuir, e o que poderia ser demonstrado pela produção de uma plumagem vistosa, é a resistência aos parasitas e patógenos. Somente indivíduos com fatores genéticos que os permitissem resistir a infecções de parasitas poderiam produzir ou manter uma plumagem brilhante e vistosa. Assim, uma apresentação de corte bem mantida de plumagem elaborada pode proporcionar uma demonstração convincente do alto ajustamento do macho, mesmo quando a apresentação por si própria é um estorvo. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 9 1- Enquanto um recurso se mantiver defensável e recompensar os custos de sua defesa, os animais provavelmente manterão territórios exclusivos. Em algumas situações, a territorialidade é impraticável por causa das pressões da alta densidade populacional, a efemeridade de recursos críticos, ou os benefícios ganhos da convivência em grupo. Nestas circunstâncias, quando os conflitos ocorrem, a classificação social, mais do que o espaço, pode ser o prêmio do vencedor. 2- Em bandos pequenos, há um menor número de aves para vigiar e encontrar predadores, porém também há menos bocas para alimentar, de maneira que os recursos do ambiente duram mais tempo. Em bandos grandes, há mais indivíduos para vigiar e forragear, de forma a aumentar a segurança e acelerar a busca de alimentos, porém com o custo de que os recursos acabam mais rapidamente. 3- Porque o comportamento maligno prejudica tanto o doador quanto o receptor do comportamento, de forma a diminuir o ajustamento evolutivo de ambos, característica que não deve ser mantida pela seleção natural. 4- Os parentes próximos carregam genes parecidos com os do doador, de forma que ajudando um parente próximo, o doador aumentará o seu próprio ajustamento evolutivo. Irmãos, por exemplo, possuem, aproximadamente, metade de seus genes semelhantes, de maneira que um irmão que ajuda o outro beneficiará os seus próprios genes. 5- Porque parentes próximos são geneticamente semelhantes, de maneira que um benefício para o receptor aumenta o ajustamento do próprio doador em relação direta ao grau de parentesco, ou seja, quanto maior o coeficiente de parentesco, maior será o ajustamento do doador. 6- Porque indivíduos aparentados são geneticamente semelhantes, sendo que se o indivíduo aparentado for beneficiado, o ajustamento evolutivo do doador aumenta. Sendo assim, ele estará beneficiando seus próprios genes. Além disso, um grupo tem mais chances de sobrevivência do que indivíduos solitários, de forma que quanto mais cooperação entre indivíduos aparentados, maior as chances de sobrevivência e, consequentemente, maior as chances que os genes desse grupo sejam transmitidos para os descendentes. 7- Porque a estratégia do pombo (cooperação) é frágil quando aparecem indivíduos oportunistas, que podemse aproveitar da cooperação (recebendo ajuda de outros indivíduos) sem retribuir, de forma a ser mais beneficiado que os outros indivíduos. 8- Na maioria das vezes, os interesses evolutivos de um genitor e de seu filhote são compatíveis: quando a progênie prospera, assim também ocorre com os genes de seus pais. Mas quando a acumulação egoísta de recursos por um dos filhotes deprime seus irmãos e reduz a fecundidade global dos pais, os interesses do genitor e do filhote podem entrar em conflito. Podemos definir o conflito pai-filho como uma situação que surge quando pai e filho diferem sobre o nível ótimo de investimento parental. À medida que os jovens amadurecem e se tornam mais capazes de cuidar de si mesmos, os benefícios do cuidado parental diminuem. Quando a razão custo-benefício do cuidado parental cai abaixo de 1, o genitor deve deixar de prover cuidado para aqueles filhotes em favor de produzir novos filhotes. Suponha, contudo, que um filhote tem um gene que prolonga a solicitação de cuidado parental. Como o ajustamento inclusivo do filhote inclui somente metade do custo de não cuidar de seus futuros irmãos, o filhote "prefere" que o cuidado parental continue até que a razão custo-benefício seja 0,5 quando os filhotes futuros dos pais são irmãos completos, e mesmo quando não o são. 9- Em organismos diploides, o coeficiente de relacionamento entre irmãos e irmãs é de 0,5. Em organismos haplodiploides, o coeficiente de relacionamento de uma fêmea trabalhadora para uma fêmea irmã é de 0,75, enquanto para um irmão macho é de 0,25. A rainha, ela própria, tem o mesmo relacionamento genético com irmãos e irmãs (0,50), tal que ela pode ser ambivalente sobre o sexo de seus filhotes reprodutivos. 10- No sistema haplodiploide, as fêmeas não reprodutoras têm a função de cuidar da rainha e do ninho como um todo, enquanto os machos reprodutores têm a função de fecundar a rainha. Além disso, o grau de parentesco entre as irmãs é ainda mais alto (0,75), de forma que a vida em sociedade favorece o gene de todos nesse sistema. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 10 1- A distribuição de uma população no espaço é a sua abrangência geográfica, que geralmente está limitada pela extensão de habitat adequado e por barreiras à dispersão. Já a estrutura populacional, engloba os fatores que influem na distribuição espacial e temporal de uma população, como disponibilidade de recursos, predação, parasitismo, dentre outros. 2- O intervalo de condições físicas dentro do qual as espécies podem persistir é denominado de nicho fundamental das espécies. Neste intervalo de condições, os predadores, patógenos e competidores podem limitar a distribuição de uma espécie para um nicho percebido menor. O conceito de nicho une as distribuições de populações com o seu ambiente. As condições ambientais influenciam a abundância e a distribuição da população interferindo nos nascimentos, nas mortes e na dispersão. Na abrangência geográfica de uma população, o clima, a topografia, o solo, a estrutura vegetacional e outros fatores influenciam a distribuição e a abundância dos indivíduos. 3- A presença ou ausência de habitat adequado frequentemente determina a distribuição de uma população, mas outros fatores, incluindo barreiras à dispersão, também têm influência. A ausência de uma população num habitat adequado devido às barreiras à dispersão é chamada de limitação de dispersão. A questão de que as barreiras à dispersão de longa distância frequentemente limitam as abrangências geográficas é demonstrada quando vemos o que acontece quando essas barreiras são retiradas por intervenção humana. 4- Se assumirmos que os locais registrados para os espécimes nos museus ou herbários representam a abrangência de condições sobre as quais uma população pode existir, então seria possível extrapolar o restante da distribuição a partir daquela informação. Podemos fazer isso por um procedimento chamado de modelagem de nicho ecológico. O modelista começa mapeando as ocorrências conhecidas de uma espécie no espaço geográfico, e então cataloga a combinação de condições ecológicas - geralmente temperatura e precipitação - e os locais onde as espécies foram registradas. O catálogo das condições ecológicas é o envelope ecológico de uma espécie. Então, como os padrões geográficos de temperatura e precipitação são bem conhecidos, o modelista pode mapear a área geográfica que tenha a mesma combinação de condições para prever a ocorrência mais ampla da espécie numa região. 5- Um espaçamento uniforme surge mais comumente de interações diretas entre indivíduos. Por exemplo, plantas posicionadas muito próximas a vizinhos maiores frequentemente sofrem do sombreamento e competição de raízes; à medida que esses indivíduos morrem, tornam-se mais uniformemente espaçados. As distribuições agrupadas podem resultar de predisposição social para formar grupos, recursos agregados, ou tendência da progênie para permanecer próximo a seus genitores. 6- Haveria também três vezes mais vacas no lado A do que no lado B, ou seja, 75 vacas no lado A e 25 vacas no lado B. Isso poderia ser impedido por uma barreira, como uma cerca. Porém, mesmo sem uma barreira, com o tempo, a tendência é que os lados se estabilizem, pois a maior quantidade de vacas no lado A fará com que os recursos acabem mais rapidamente, de forma que a diferença na qualidade dos lados diminuiria com o tempo. 7- O modelo de paisagem dá um passo além do modelo de metapopulação ao considerar os efeitos das diferenças da qualidade do habitat dentro da matriz de habitat. Analogamente, a qualidade de um fragmento de habitat pode ser alterada pela natureza dos habitats do entorno. Ela poderia ser aprimorada, por exemplo, se os outros fragmentos do entorno na paisagem proporcionassem recursos tais como locais de pernoite, materiais para aninhamento, polinizadores ou água. Outros tipos de fragmentos de habitat vizinhos poderiam ser muito ruins se abrigassem predadores e vetores de patógenos. 8- Para a planta com sementes dispersadas pelo vento, a distância de dispersão e o tamanho da vizinhança serão maiores em relação à dispersão de sementes depositadas próximas à planta-mãe, já que a dispersão por vento é um transporte mais efetivo. As sementes dispersadas pelo vento provavelmente terão uma distribuição mais uniforme ou aleatória e as sementes dispersadas próximas à planta-mãe terão uma distribuição mais agrupada. 9- Dentro da distribuição geográfica de uma população, o número de indivíduos por unidade por área, ou densidade populacional, pode variar muito. Cada espécie está bem adaptada a um intervalo estreito de condições. As áreas com aquelas condições tendem a sustentar as densidades mais altas de população e são normalmente encontradas próximas ao centro da distribuição da espécie. À medida que nos afastamos deste ponto, as condições se tornam menos favoráveis, e menos indivíduos podem ser sustentados por unidade de área. 10- O consumo de alimento total de uma população por unidade de área é igual ao consumo médio por indivíduo multiplicado pela densidade de população local. Vamos usar o símbolo M para representar a massa do corpo. A potência de 3/4 da massa corporal é assim M3/4. Se a demanda por alimento de indivíduo aumentar desta quantidade e a densidade de população diminuir pela mesma quantidade, então o consumo de alimento local pelas populações de organismos de diferentes tamanhos pode ser comparado pelo produto M3/4 X M-3/4 = 1. Este resultado significa que as populações tendem a consumir a mesma quantidadede alimento por unidade de área, a despeito do tamanho dos indivíduos. Em outras palavras, os elefantes e os ratos teriam cerca da mesma demanda de alimento por hectare e, em consequência, teriam efeitos semelhantes na população e nos processos ecossistêmicos. Este princípio é denominado de regra de equivalência energética. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 11 1- A cada ano, a taxa de crescimento populacional segue mudanças sazonais num equilíbrio entre nascimentos e mortes. Se quisermos medir a taxa de crescimento populacional de longo prazo, não faria sentido comparar os números das codornas em agosto, recentemente aumentados pelos filhotes nascidos naquele ano, com os números de maio, após o inverno ter cobrado a sua cota. Deve-se contar os indivíduos na mesma época a cada ano, tal que todas as contagens estejam separadas pelo mesmo ciclo de nascimentos e mortes. Tal aumento (ou decréscimo) em intervalos discretos é denominado de crescimento geométrico. A taxa de crescimento geométrico é mais convenientemente expressada como a razão do tamanho de uma população em um ano em relação ao tamanho do ano anterior (ou outro intervalo de tempo). A mesma relação expressada em tempo contínuo é chamada de crescimento exponencial. 2- Uma população que cresce continuamente (crescimento exponencial) aumenta de acordo com a equação: N(t) = N(0)ert. Como N(t) = N(0)λt, então λ = er. Se r = 0, e todo valor elevado a zero resulta em 1, então λ = 1. 3- A taxa intrínseca de aumento de uma população é a taxa de crescimento exponencial ou geométrica assumida por uma população com uma distribuição etária estável. Na prática, as populações raramente atingem distribuições etárias estáveis, e, portanto, raramente crescem em suas taxas intrínsecas de crescimento. Em vez disso, a estrutura etária de uma população continuamente se reajusta às mudanças nas condições ambientais que alteram o cronograma das taxas de natalidade e mortalidade na tábua de vida. Assim, a taxa de crescimento real de uma população depende tanto das condições passadas, que determinam sua estrutura etária, como dos valores correntes da tábua de vida. 4- As proporções de indivíduos em cada classe etária constituem a estrutura etária da população. Se duas populações têm idênticas taxas de natalidade e mortalidade, mas diferentes estruturas etárias, elas crescerão a taxas diferentes, pelo menos por um certo tempo. Caso as taxas de idade específica de sobrevivência e fecundidade permanecerem constantes, a população assume uma distribuição etária estável. O efeito da taxa de crescimento populacional sobre a estrutura etária aparece nas comparações entre populações estáveis e populações que crescem. Já uma população estável é a população em que as taxas de natalidade e mortalidade são as mesmas e se equilibram (além das taxas de imigração e emigração, também equilibradas), de maneira que o número de indivíduos na população permanece constante. 5- Se existem 100 fêmeas e a razão sexual é 1:1 (mesmo número de machos e fêmeas, ou seja, se existem 100 fêmeas, existem também 100 machos), então o tamanho total da população é de 200 indivíduos. 6- A fecundidade das fêmeas é também expressada em termos de filhotes de fêmeas produzidos por estação reprodutiva ou intervalo de idade. As tábuas de vida retratam a mortalidade de diversas formas. A medida fundamental da mortalidade é a probabilidade de sobrevivência (Sx) entre as idades x e x + 1. As probabilidades de sobrevivência em muitos intervalos de idade estão resumidas pela sobrevivência total até a idade x, que é a probabilidade de que um indivíduo recém-nascido estará vivo na idade x. 7- As tábuas de vida podem ser construídas de dois modos. O primeiro é construir uma tábua de vida de coorte (ou dinâmica), que segue o destino de um grupo de indivíduos nascidos num mesmo momento desde o nascimento até a morte do último deles. Este método é prontamente aplicado às populações de plantas e animais sésseis, nos quais os indivíduos marcados podem ser continuamente rastreados ao longo de suas vidas. Ele funciona bem enquanto os indivíduos não viverem tempo demais ou não forem muito móveis, de forma a poderem ser rastreados facilmente. Uma outra desvantagem do método de coorte é que o tempo e a idade são confundidos, tal que é difícil desacoplar os efeitos da idade dos efeitos das condições em determinados anos. Uma tábua de vida estática (ou específica de tempo) contorna este problema ao considerar a sobrevivência e a fecundidade dos indivíduos de idade conhecida durante um único intervalo de tempo, e assim sob as mesmas condições. Naturalmente, para aplicar essa técnica, é necessário conhecer as idades dos indivíduos (o que pode ser estimado por anéis de crescimento, desgaste dos dentes, ou algum outro índice confiável). Contudo, as previsões feitas de uma tábua de vida estática são precisas somente sob as condições experimentadas por uma população num certo tempo. Num ambiente variável, uma única tábua de vida estática poderia nos confundir acerca do crescimento de longo prazo de uma população. Assim, a melhor abordagem, sempre que possível, é construir tábuas de vida estáticas para diversos períodos de tempo, de forma a separar as contribuições da idade e as das condições ambientais para a sobrevivência e taxas de reprodução. 8- A idade média na qual um indivíduo dá à luz os seus filhotes é denominada de tempo de geração, que é o período médio entre o nascimento de um indivíduo e o nascimento de seu filhote. Quanto menor o tempo de geração de uma população, maior será seu crescimento populacional. 9- O crescimento populacional lento em pequenas populações é devido a fatores como a taxa de predação (maior em populações pequenas, devido à falta de vigia adequada), deficiência no forrageamento (poucos indivíduos para forragear), dentre outros. Já em populações grandes, o crescimento populacional lento é devido a fatores de regulação de densidade populacional, tais como a competição cada vez maior, a maior probabilidade de contaminação por parasitas, lutas pelas fêmeas reprodutoras, dentre outros. 10- Uma densidade de população crescente normalmente depleciona as taxas de sobrevivência e natalidade; portanto, este tipo de resposta populacional é denominado de dependência negativa de densidade. Em alguns casos, contudo, as taxas de crescimento populacional realmente aumentam com o aumento da população, especialmente nas baixas densidades de população. Devido à relação positiva entre a taxa de crescimento e a densidade, este padrão é denominado de positivo ou dependência inversa de densidade. Diversos processos poderiam causar uma dependência de densidade positiva. Um deles é o assim chamado efeito Allee (em homenagem ao biólogo de população pioneiro W. C. Allee, da Universidade de Chicago), na qual os indivíduos são mais capazes de encontrar parceiros com o aumento da densidade da população. Os indivíduos poderiam também sofrer menos predação numa população maior, na qual mais indivíduos podem detectar a presença de predadores e dar sinais de alerta. Populações maiores também abrigam uma diversidade genética maior, e mutações danosas são menos frequentemente expressadas, porque o endocruzamento é menos comum. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 12 1- Algumas populações tendem a permanecer relativamente estáveis durante longos períodos. As populações de organismos pequenos de vida curta podem flutuar violentamente por várias ordens de grandeza em curtos períodos de tempo. Os carneiros e as algasdiferem em sua sensibilidade às mudanças ambientais e nos tempos de respostas de suas populações. Como os carneiros são maiores, eles têm um poder maior de homeostase e podem resistir melhor aos efeitos fisiológicos das mudanças ambientais. Além disso, como os carneiros vivem por vários anos, a população em qualquer tempo inclui indivíduos nascidos durante um longo período, o que tende a suavizar os efeitos das flutuações de curto prazo na taxa de natalidade. Assim, as populações de carneiros possuem uma alta estabilidade intrínseca. As vidas dos fitoplânctons unicelulares duram somente uns poucos dias, tal que suas populações são substituídas rapidamente; em outras palavras, os indivíduos têm altas taxas de mortalidade e são rapidamente substituídos na população por indivíduos jovens. Em consequência desta rápida substituição, o tamanho da população depende da reprodução continuada, que é sensível à disponibilidade de alimentos, predação e condições físicas. Consequentemente, as populações de fitoplâncton são intrinsecamente instáveis e demonstram completamente o efeito de um ambiente caprichoso. Algumas populações apresentam ciclos periódicos - isto é, os intervalos entre altos e baixos sucessivos são marcantemente regulares. 2- O valor de R pode ser usado para prever se a população oscilará. Quando R é menor do que 1, cada incremento de crescimento traz a população para mais próximo de K, mas não excede a capacidade de suporte. Analogamente, a população se aproximará da capacidade de suporte diretamente, sem oscilação. Quando R excede 1, mas é menor do que 2, uma população tenderá a ultrapassar seu ponto de equilíbrio, no entanto, ela terminará mais próxima do ponto de equilíbrio do que estava antes. Assim, a população oscilará para a frente e para trás em torno de seu valor de equilíbrio, porém se aproximando dele a cada ciclo, até que, por fim, se estabilizará em K. Este comportamento é chamado de oscilação amortecida. Quando R excede 2, a população pode terminar mais longe do seu ponto de equilíbrio a cada geração, e a oscilação tende a aumentar. A população pode, contudo, se estabelecer num novo padrão de equilíbrio de oscilações chamado ciclo limite, do qual seu tamanho salta para a frente e para trás entre valores altos e baixos. Com R aumentando acima de 2, estas oscilações podem se transformar em formas complexas e eventualmente imprevisíveis, denominadas de caos. 3- Altas taxas intrínsecas de crescimento e retardos de tempo longos aumentam a amplitude dos ciclos populacionais. Os modelos de população de tempo contínuo não têm retardos internos na resposta de uma população ao seu ambiente. Em vez disso, os retardos de tempo resultam de períodos de desenvolvimento que separam episódios reprodutivos entre as gerações. Estes retardos de tempo podem criar ciclos populacionais quando as taxas de natalidade e mortalidade são uma resposta à densidade da população em algum tempo no passado, em vez de sua densidade no presente. Altas taxas de crescimento intrínsecas fazem com que a população seja mais estável, enquanto as baixas taxas de crescimento intrínsecas fazem com que a população seja menos estável. Um alto tempo de retardo é mais instável, enquanto um baixo tempo de retardo é mais estável. Dessa forma, a estabilidade de populações com uma taxa de crescimento intrínseca baixa e um retardo de tempo curto será pior pela taxa de crescimento intrínseca baixa, mas suavizada pelo retardo de tempo curto e vice-versa. 4- Dois conjuntos de processos contribuem para a dinâmica das metapopulações. O primeiro é o crescimento e a regulação das subpopulações nos fragmentos. O segundo é a colonização de fragmentos vazios por indivíduos migrando para formar novas subpopulações e a extinção de subpopulações estabelecidas. Como as subpopulações são tipicamente muito menores do que a metapopulação como um todo, as catástrofes locais e flutuações ao acaso nos números dos indivíduos têm efeitos maiores na sua dinâmica populacional. De fato, quanto menor uma subpopulação, maior sua probabilidade de extinção durante um determinado tempo. Quando os indivíduos se movem frequentemente entre as subpopulações, contudo, tais flutuações são amortecidas, e as mudanças no tamanho da subpopulação espelham aquelas da metapopulação. 5- A melhor solução, neste caso, seria criar corredores de migração, para aumentar a taxa de migração entre os fragmentos, de maneira a aumentar o número de fragmentos ocupados, consequentemente aumentando estabilidade da população neste ambiente. 6- Do ponto de vista de uma metapopulação, um fragmento está ocupado ou vazio. Contudo, a probabilidade de que uma população se tornará extinta depende em alguma extensão do seu tamanho. A imigração de subpopulações grandes e produtivas pode evitar que subpopulações declinantes mínguem para números pequenos, e, por fim, se tornem extintas. Este fenômeno é conhecido como efeito de resgate. 7- Populações grandes são mais resistentes à extinção (melhor defesa contra predadores, maior variação genética para defesa contra patógenos, dentre outros). Dessa forma, os processos estocásticos (devido ao acaso) são menos efetivos na população como um todo. Quanto maior o número de uma amostra, menor a probabilidade de que toda a amostra sofra o mesmo efeito (neste caso, a morte). As taxas de natalidade e mortalidade são variantes que afetam efeitos ao acaso, porque altas taxas de natalidade e baixas taxas de mortalidade fazem com que o número de indivíduos na população cresça, de forma a torná-la mais resistente aos efeitos estocásticos. O contrário também é válido. 8- Em modelos que incluem dependência de densidade, o efeito de populações maiores (menos predação, mais variação genética contra patógenos, dentre outros) afeta a probabilidade extinção. Portanto, nesses modelos a extinção estocástica (ao acaso) é menos provável do que em modelos independentes da densidade. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 13 1- O processo que serve como fonte de variação genética é a mutação, podendo haver deleções, substituições ou adições de nucleotídeos no genoma do indivíduo, sendo que isso pode ou não causar alterações no fenótipo. Toda população é suprida com novas variações genéticas por meio de mutação e imigração. Além do mais, a seleção natural pode, ela própria, manter variação genética quando as condições ambientais são variáveis, ou quando os indivíduos que são heterozigotos para certos genes têm um ajustamento superior. A migração de indivíduos numa população ou entre populações pode afetar a variação genética de duas formas. Por um lado, altas taxas de migração integram as populações em unidades maiores, que tendem a reter variação genética apenas por causa do seu tamanho. Por outro, o movimento de indivíduos entre habitats com diferentes condições ambientais pode misturar os genes que eles selecionaram sobre aquelas condições diferentes e aumentar a variação genética na população, tanto localmente quanto como um todo. 2- A seleção natural tende a reduzir mutações deletérias (prejudiciais), e, consequentemente, reduz a variação genética em uma população. Populações em ambientes diferentes estão sujeitas a diversas seleções e são beneficiadas por mutações diferentes. Portanto, a seleção natural selecionará genes com diferentes características, mantendo, portanto, a variação genética. 3- A lei de Hardy-Weinberg estabelece que as frequências dos alelos e genótipos permanecerão constantes de geração para geração numa população se aquela população tem (1) um número grande (infinito) deindivíduos, (2) acasalamento randômico, (3) nenhuma seleção natural, (4) nenhuma mutação e (5) nenhuma migração entre as populações. Em outras palavras, o processo da reprodução sexual, por si só, não produz mudança evolutiva: as frequências dos alelos e as frequências dos genótipos permanecem as mesmas de geração para geração. 4- Três genótipos possíveis: A1A1, A1A2, A2A2. Para A1A1, frequência = p2 = 0,62 = 0,36. Para A1A2, frequência = 2pq = 2 x 0,6 x 0,4 = 0,48. Para A2A2, frequência = q2 = 0,42 = 0,16. 5- O acasalamento seletivo não muda diretamente as frequências dos alelos nas populações, somente as frequências dos genótipos. O acasalamento seletivo negativo – por exemplo, um acasalamento preferencial de homozigotos A1A1 com homozigotos A2A2 produz filhotes A1A2 - aumenta a proporção de heterozigotos numa população à custa dos homozigotos, mas as proporções dos alelos A1A2 não mudam. 6- O processo pelo qual as frequências dos alelos mudam e a variação genética é perdida devido às variações randômicas na fecundidade, mortalidade e herança de cópias de genes através dos gametas masculino e feminino é chamado de deriva genética. Um único episódio de população pequena, como poderia ocorrer durante a colonização de uma ilha ou de um novo habitat por uns poucos indivíduos originários de uma população maior, pode reduzir a variação genética na população colonizadora. Tais episódios são conhecidos como eventos fundadores. Quando as populações fundadoras consistem em 10 ou menos indivíduos, elas tipicamente contêm somente uma pequena amostra aleatória da variação genética total da população de origem. Uma população que se mantém pequena por longo tempo sofre de perda adicional de variação genética devido à deriva genética. Esta situação é normalmente denominada de gargalo populacional. 7- F = (He - Ho)/He, portanto, F = 0,4 – 0,2/0,4 = 0,2/0,4 = 0,5. 8- Porque no endocruzamento há menos variação genética, devido ao fato de que todos os genes vêm de indivíduos aparentados ou até do mesmo indivíduo, de forma que há menos chances de mistura gênica e variação genética. Portanto, os filhotes estarão menos adaptados caso haja uma mudança no ambiente. 9- É possível concluir que a população já foi maior, porque populações pequenas geralmente possuem pouca variação genética. Se uma população é grande, a tendência é que haja mais variação entre os genes. Caso um pequeno grupo saia da população e funde uma nova (efeito fundador), esta poderá ter herdado a variação genética da população maior. 10- Os botânicos reconhecem há muito tempo que os indivíduos de uma espécie crescendo em diferentes habitats podem apresentar formas variantes correspondentes às condições locais. Em muitos casos, estas diferenças resultam de respostas de desenvolvimento. Em ambientes heterogênicos, sejam naturais ou artificiais, a adaptação a fragmentos de habitat específicos aumenta o ajustamento. Assim, se acasalar com indivíduos distantes que estão adaptados a diferentes condições de habitat pode reduzir o ajustamento da progênie. Diversos estudos têm relatado uma distância de exocruzamento ótima em populações de plantas. Indivíduos próximos são provavelmente parentes próximos. Indivíduos distantes são provavelmente adaptados a condições diferentes. A distância de exocruzamento ótima deve estar em algum lugar no meio do caminho. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 14 1- Os predadores capturam os indivíduos e os consomem, desta forma os retirando da população de presa e ganhando nutrição para sustentar sua própria reprodução. Por outro lado, um parasita consome partes do organismo de uma presa viva, ou hospedeiro. Os parasitas se anexam ou invadem os corpos de seus hospedeiros e se alimentam de seus tecidos, sangue ou alimento parcialmente digerido em seus intestinos. Parasitoide é o termo aplicado às espécies de vespas e moscas cujas larvas consomem os tecidos de hospedeiros vivos - normalmente os ovos, as larvas ou as pupas de outros insetos. Esta estratégia inevitavelmente leva à morte do hospedeiro, mas não até que as larvas parasitoides tenham completado seu desenvolvimento e pupado. 2- Porque precisam obter o seu alimento de outros animais ou plantas, de forma que precisam sair do esconderijo sempre que não houver perigo, para forragear em busca de recursos alimentares. Além disso, os machos precisam procurar fêmeas para acasalar, momento pelo qual estão mais vulneráveis. 3- O equilíbrio entre as populações de parasitas e hospedeiros é influenciado pela virulência do parasita e pela resposta imunológica e outras defesas do hospedeiro. A virulência é uma medida da capacidade de um parasita em invadir os tecidos do hospedeiro e proliferar neles. A virulência de um parasita invasor pode ser reduzida por ações do sistema imunológico do hospedeiro, incluindo respostas inflamatórias e a produção de anticorpos. 4- Fazendo isso, eles estão assumindo que conseguirão sobreviver até uma idade avançada para se reproduzir, porque, até que cresçam, não o farão. Se outros indivíduos da espécie não adotarem esta estratégia, terão menor competição por fêmeas. Além disso, se houver uma alteração repentina no ambiente ou uma catástrofe e os machos morrerem, a espécie correrá riscos de se extinguir. 5- Os herbívoros podem adotar estratégias que superam as defesas das plantas, alguns podendo até se alimentar de plantas venenosas sem sofrer danos, graças a compostos em seus estômagos e intestinos que neutralizam os efeitos de várias toxinas. Os insetos que se alimentam de plantas ricas em tanino podem reduzir os efeitos dos taninos produzindo surfactantes, como os detergentes, em seus fluidos do intestino, que tendem a diluir os complexos tanino- proteína. 6- As defesas induzidas são ativadas pelos danos dos herbívoros de um modo análogo à forma como as proteínas estranhas induzem uma resposta imunológica nos animais vertebrados. A induzibilidade sugere que algumas defesas químicas têm um preço muito alto para serem mantidas quando a herbivoria é pouca ou está ausente. 7- Porque não há o encontro direto entre estes indivíduos. Ao invés disso, os recursos alimentares que um deles consome afetará a sobrevivência do outro que consome esses mesmos recursos, de forma que as ações de um indivíduo indiretamente afetam a sobrevivência do outro. 8- Os benefícios destes tipos de mutualismos atingem os dois indivíduos envolvidos, de maneira que a ação de um beneficia o outro. Um indivíduo proporciona algum recurso que o outro não tem, de maneira que eles colaboram um com o outro, para aumentar a sobrevivência de ambos. Respostas das Questões Economia da Natureza Capítulo 15 1- Isso é possível graças a adaptações evolutivas acumuladas pela seleção natural que aumenta as chances de sucesso na captura de presas, seja um tamanho corporal maior, capacidade de correr mais que a presa (ou por mais tempo), dentes e garras afiados, além de várias outras estratégias eficientes de caça (como camuflagem, por exemplo). Devido a essas características, os predadores estão aptos a encontrar e capturar suas presas, de modo a controlar suas populações, que, por sua vez, controlam as populações de predadores (devido à redução no seu número). 2- Um experimento que medisse as variações nos ciclos populacionais nas duas espécies. O uso de um cercado que impedisse o acesso dos antílopes a certas áreas, por exemplo, poderia demonstrar os efeitos da pastagem sobre essa população de plantas. Além disso, poder-se-ia introduzir antílopes em áreas nas quais eles não existem, de maneira a verificar
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