Aula 01- Noções de ecologia (Prof. Gilson Ataíde)

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Noções de ecologia 
Prof. Gilson B Athayde Jr
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental
Universidade Federal da Paraíba
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ECOLOGIA
No século XIX, o biólogo e naturalista alemão Ernest Haeckel , partindo da observação de que “o conhecimento biológico nunca é completo quando o organismo é estudado isoladamente”, deu um novo rumo à História Natural (hoje Biologia), criando uma nova ciência – a Ecologia.
O termo eco deriva do grego oikos que significa lugar onde se vive, casa, ambiente, e logos é estudo, ciência, tratado. No sentido literal, Ecologia seria o estudo dos seres vivos em sua casa, no seu ambiente; ou ainda, a ciência que estuda as relações dos seres vivos com o meio ambiente.
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Meio ambiente
 
O meio ambiente é o conjunto de condições físicas (luz, temperatura, pressão, ...), químicas (salinidade, oxigênio dissolvido, ...) e biológicas (relações com outros seres vivos) que cercam o ser vivo, resultando num conjunto de limitações e de possibilidades para uma dada espécie: o meio ambiente é tudo que nos cerca.
Características do Meio Ambiente:
Mutante
Heterogêneo
Seletivo
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Habitat e nicho ecológico
 
 
O habitat de um organismo:
 
• é o local onde ele vive; 
 • é o ambiente que oferece um conjunto de condições favoráveis ao desenvolvimento de suas necessidades básicas (nutrição, proteção e reprodução). 
 
 
O nicho ecológico é:
 
• o papel de uma espécie numa comunidade (como ela faz para satisfazer suas necessidades). 
Ex: As algas têm seu habitat nas águas superficiais (zona iluminada) e parte de seu nicho ecológico é a produção de matéria orgânica e oxigênio que servem de alimento e ao metabolismo de outras espécies
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Estrutura e definições
Célula
Tecido
Órgão
Sistema
Organismo
População
Comunidade
Ecossistema
Biosfera
conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que ocupa uma mesma área
Espécie - conjunto de indivíduos semelhantes e capazes de se intercruzar (reproduzir), em condições naturais, produzindo descendentes férteis. 
conjunto de populações que interagem de forma organizada, vivendo numa mesma área
conjunto resultante da interação entre a comunidade e o ambiente inerte
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Noções de biosfera
 
A biosfera é definida como sendo a região do planeta que contém todo o conjunto dos seres vivos e na qual a vida é permanentemente possível. 
Neste contexto, a biosfera não passa de uma delgada casquinha em torno do planeta, uma vez que as condições de vida vão diminuindo à medida que nos afastamos da superfície, até que cessam a, aproximadamente 7 km acima do nível do mar e abaixo deste não ultrapassa a 6 km.
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Para satisfazer as necessidades dos seres vivos são necessários, por um lado, a presença de água, luz, calor e matéria para síntese dos tecidos vivos, e, por outro, ausência de condições prejudiciais à vida como substâncias tóxicas, radiações ionizantes e variações extremas de temperatura. 
 
A biosfera apresenta todas essas condições: 
 
uma fonte externa de luz e calor (o sol); 
 
água, que chega a cobrir ¾ da superfície do planeta e substâncias minerais em contínua reciclagem nos seus vários ambientes;
 
apresenta ainda um escudo contra radiações ionizantes provenientes do sol (a camada de ozônio);
 
e grandes massas de água, que se encarregam de manter a temperatura média em torno dos 15 ºC, sem grandes variações.
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A biosfera pode ser dividida em três regiões físicas distintas:
 
Litosfera: camada superficial sólida da Terra, constituída de rochas e solos, acima do nível das águas. Compreende ¼ da biosfera, apresenta variações de temperatura, umidade, luz, etc. e possui enorme variedade de flora e fauna;
 
Hidrosfera: representa o ambiente líquido (rios, lagos e oceanos). Recobre ¾ da superfície total do planeta, apresenta condições climáticas bem mais constantes do que na litosfera, salinidade variável (nos oceanos chega a 35 g/L) e possui menor variedade de plantas (20:1) e de animais (9:1) que a litosfera;
 
Atmosfera: camada gasosa que circunda toda a superfície da Terra, envolvendo portanto os dois ambientes acima citados.
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Os recursos naturais na biosfera
 
Recursos naturais são os recursos que a natureza coloca à disposição dos seres vivos para que estes possam satisfazer às suas necessidades. A existência da biosfera está condicionada à disponibilidade desses recursos, que podem ser divididos em: 
Renováveis: são aqueles recursos que naturalmente podem ser regenerados após o uso, como: a água, o ar, a energia solar, a energia eólica, a madeira, as plantas produtoras de fibra, os vegetais e animais usados na alimentação e os nutrientes;
Não-renováveis: são aqueles que não podem ser naturalmente regenerados após o uso, ou são regenerados em tempos geológicos muito extensos. O calcário, a argila, a areia, o petróleo e o carvão mineral são exemplos de recursos minerais não-renováveis.
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Necessidades básicas dos seres vivos
 
A existência da biosfera ou de vida de forma permanente em um ambiente qualquer, só é possível se este oferecer condições para que os seres vivos satisfaçam suas necessidades básicas: nutrição, proteção e reprodução. 
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Necessidades básicas dos seres vivos
 
A existência da biosfera ou de vida de forma permanente em um ambiente qualquer, só é possível se este oferecer condições para que os seres vivos satisfaçam suas necessidades básicas: nutrição, proteção e reprodução. 
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Necessidades básicas dos seres vivos
 
A existência da biosfera ou de vida de forma permanente em um ambiente qualquer, só é possível se este oferecer condições para que os seres vivos satisfaçam suas necessidades básicas: nutrição, proteção e reprodução. 
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Estrutura e funcionamento dos ecossistemas
Ecossistema
Componentes bióticos (seres vivos e suas inter-relações
Componentes abióticos (água, luz, ar, etc.)
Componentes bióticos:
Produtores
Consumidores
Decompositores
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Estrutura e funcionamento dos ecossistemas
Produtores: são todos os organismos autótrofos, principalmente plantas verdes que realizam fotossíntese, e outros em menor quantidade, que realizam quimiossíntese. 
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Estrutura e funcionamento dos ecossistemas
Consumidores: dos ecossistemas são os heterótrofos, principalmente animais que se alimentam de outros seres vivos. Podem ser subdivididos em: 
Consumidor primário (herbívoro), que utiliza diretamente o vegetal (boi, gafanhoto, coelho, e muitos peixes)
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Estrutura e funcionamento dos ecossistemas
Consumidores: dos ecossistemas são os heterótrofos, principalmente animais que se alimentam de outros seres vivos. Podem ser subdivididos em: 
Consumidor secundário (carnívoro), que obtém seu alimento de consumidores primários (leão, cachorro, cobra, e espécies carnívora de peixes)
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Estrutura e funcionamento dos ecossistemas
Consumidores: dos ecossistemas são os heterótrofos, principalmente animais que se alimentam de outros seres vivos. Podem ser subdivididos em: 
Consumidor misto (onívoro), que não faz distinção pronunciada em sua preferência alimentar entre vegetais e animais (ex: ser humano, urso,etc)
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Estrutura e funcionamento dos ecossistemas
Decompositores: também são heterótrofos (bactérias e fungos saprovoros), porém se alimentam de materiais residuais (excreções, cadáveres, etc.) transformando-os em substâncias inorgânicas simples utilizáveis pelos produtores. 
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Cadeia alimentar
É definida como sendo uma seqüência de seres vivos unidos pelo alimento. 
Exemplos de cadeias alimentares:
 
capim  gafanhotos  pássaros  raposas (cadeia de predadores)
trigo  pulgão  protozoário (cadeia de parasitas)
folhas  fungos  vermes (cadeia de decompositores)
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Cadeia alimentar
Uma forma de representá-la é ligando o nome dos organismos com setas, as quais indicam o caminho percorrido pela matéria nos ecossistemas. Esta representação classifica os organismos de acordo com o nível trófico que ocupam.
Por definição, o primeiro nível trófico (NT) pertence ao produtor, com uma única exceção para as cadeias do solo, que se iniciam com restos de vegetais e animais mortos. 
O último nível trófico, por sua vez, é ocupado pelos decompositores. Estes compreendem miríades de organismos saprovoros, que estabelecem cadeias de decomposição sobre a matéria morta. 
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Teia alimentar
Num ecossistema, as relações de transferência de matéria e energia não são tão simples como nas cadeias alimentares. Na realidade, estas se entrelaçam num delicado equilíbrio, constituindo verdadeira teias que unem entre si predadores e presas, parasitas e hospedeiros, formando estruturas mais complexas, denominadas teias ou redes alimentares.
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Teia alimentar
Numa teia alimentar, um organismo pode ocupar diferentes níveis tróficos. Isso se torna vantajoso para a comunidade, uma vez que um organismo passa a ter várias opções de alimento, fato que confere maior estabilidade à estrutura do ecossistema.
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Equilíbrio nos ecossistemas
 
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
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Desequilíbrio nos ecossistemas
a) Bloqueio na cadeia alimentar
b) Biomagnificação (magnificação biológica)
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a) Bloqueio na cadeia alimentar
Uma forma comum de desequilíbrio dá-se pela destruição de um dos elos da cadeia alimentar. 
 
Conseqüências:
1) Desaparecimento total do elo seguinte, dependente do primeiro;
 
2) Superpopulação do ambiente pelo elo anterior.
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a) Bloqueio na cadeia alimentar
Exemplos: 
 
A eliminação de cobras que atacam lavradores no campo causa aumento da população de ratos e redução do número de animais comedores de cobras como a seriema.
Na década de 70, a caça predatória ao sapo-boi na zona rural de Pernambuco, incentivada pelo valor da pele para exportação, resultou na invasão da zona rural por gafanhotos, forçando a migração das pessoas para as cidades. 
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a) Bloqueio na cadeia alimentar
A introdução de organismo estranho à cadeia alimentar pode também resultar em desequilíbrios ecológicos, decorrentes da inexistência do elo superior ou predador natural que controle a sua proliferação. 
 
Exemplos:
Na Austrália, na década de 30, a importação do coelho gerou sérios problemas, pois o mesmo não encontrou na fauna local, nenhum animal capaz de predá-lo e passou então a destruir as plantações. Atualmente, os australianos procuram reduzir a população de coelhos através de viroses específicas desses animais. 
 
Ainda na Austrália, em 1935, foi introduzido o sapo-boi para controle biológico de um besouro que atacava os canaviais. A baixa resistência ambiental ao anfíbio, devido ao clima favorável e ausência de predador, resultou numa praga, agravado pelo fato do sapo ser venenoso. Atualmente, pesquisa-se o controle biológico da espécie.
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b) Biomagnificação
É o acúmulo de substâncias tóxicas não-biodegradáveis ao longo das cadeias alimentares e conseqüentemente os últimos níveis tróficos tornam-se os mais prejudicados
Um dos primeiros estudos sobre este fenômeno foi o do lago Clear, na Califórnia, quando o uso de TDE (inseticida tetraclorodifeniletano) levou ao desaparecimento de aves como o mergulhão na região. Neste caso, a taxa de amplificação do tóxico da água para a ave chegou a 180.000 vezes. 
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b) Biomagnificação
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Tundra
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Floresta de coníferas (Taiga)
Vegetação pouco diversificada
predominância de pinheiros e outras espécies de coníferas em forma de agulha
solos ácidos e pobres
pequeno número de
espécies arbustivas
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Floresta Tropical
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Estepes
Savanas
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Desertos
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Rios
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Lagos
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Estuários
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Oceanos
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Ciclos biogeoquímicos
Todos os 30 - 40 elementos necessários ao desenvolvimento dos seres vivos circulam na biosfera. 
Elementos químicos mais presentes nos seres vivos (% em peso)
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Ciclos biogeoquímicos
São os movimentos cíclicos de elementos químicos entre o meio biológico (seres vivos) e o ambiente geológico.
São características de um ciclo biogeoquímico:
Um depósito (atmosfera ou litosfera)
Participação dos seres vivos
Transformações químicas
Caminho percorrido pelo elemento químico
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Ciclos biogeoquímicos
Ciclos gasosos (são ciclos rápidos): do carbono, do oxigênio, do nitrogênio.
Ciclos sedimentares (são ciclos lentos): do fósforo, do enxofre.
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Ciclos biogeoquímicos
Ciclo do carbono
O carbono é o principal constituinte de qualquer matéria orgânica, sendo portanto essencial à vida na Terra. 
Encontra-se disponível no ar atmosférico ou dissolvido nas águas, na forma de gás carbônico. 
O CO2 entra na composição do ar atmosférico com apenas 0,03%. Entretanto, esta quantidade é suficiente para manter toda a vida na Terra, uma vez que se mantém em contínua reciclagem, através do seu ciclo.
Ciclo:
a) Inicialmente, o CO2 é fixado por vegetais, algas e bactéria na fotossíntese, formando carboidratos e liberando O2. 
b) Os carboidratos são degradados pela respiração e o carbono é devolvido ao meio na forma de CO2.
c) Uma fração do CO2 do ar combina-se com a chuva, formando ácido carbônico (H2CO3­). 
d) No solo, este passa a bicarbonato (HCO3-) e, posteriormente, a carbonato (CO3=). 
d) Este reage com os ácidos existentes no solo, liberando CO2 para a atmosfera.
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Ciclos biogeoquímicos
Ciclo do oxigênio
O maior reservatório de oxigênio é o ar atmosférico, do qual constitui cerca de 20%. 
Está presente tanto no mundo orgânico como no inorgânico. 
No mundo inorgânico entra na constituição dos minerais e das rochas. 
No mundo orgânico é essencial à vida, uma vez que entra na composição dos tecidos vivos e é imprescindível para a respiração. 
Ciclo:
a) É através da respiração de vegetais, animais e microorganismos que o oxigênio é retirado da atmosfera e devolvido na forma de gás carbônico (CO2) e água. Mesmo os organismos anaeróbios participam do ciclo, uma vez que retiram o oxigênio da matéria orgânica, devolvendo-o ao meio na forma de CO2. 
b) Água e gás carbônico, pela ação dos autótrofos, são retirados do ambiente e devolvidos na forma de carboidratos (alimento) e oxigênio, através da fotossíntese.
c) No ar, tanto a H2O como o CO2 entram nos seus respectivos ciclos e ambos contém oxigênio, que faz parte do ciclo total. 
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Ciclos biogeoquímicos
Ciclo do nitrogênio
O nitrogênio é importante pela sua participação fundamental na composição das proteínas. 
O N2 encontra-se disponível no ar atmosférico numa proporção de 79%, mas apesar dessa abundancia, são poucos os organismos que conseguem fixa-lo.
Ciclo:
a) Nos solos, é fixado pelas bactérias do gênero Rhizobium e Nitrobacter que vivem em mutualismo com plantas leguminosas, e nas águas pelas algas azuis do gênero Nostoc. Além da fixação biológica, pode ocorrer fixação atmosférica e industrial, quando o nitrogênio é transformado em nitrato ou ácido nítrico, que fica no ambiente à disposição dos vegetais. 
b) Estes absorvem o nitrogênio fixado, transformando-o em proteínas; a passagem para os animais inicia-se com os herbívoros.
c) Plantas e animais mortos, juntamente com as excreções, são transformados pelos organismos da putrefação (bactérias e fungos) em amônia (NH3) num processo denominado amonificação.
d) A amônia é utilizada pelas bactérias Nitrosomonas que a oxidam, produzindo nitrito (NO2-) e este é transformado em nitrato (NO3-) pelas bactérias Nitrobacter. 
d) Após a nitrificação, dissolve-se nas águas ou permanece no solo, de onde é absorvido pelas plantas ou sofre desnitrificação por ação de bactérias, voltando ao ar atmosférico.
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Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo hidrológico