2014 2o sem Ecologia I - aula 2 conceitos

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Ecologia I Aula 2
Profa. Maíra Figueiredo Goulart
Conceitos relevantes
Na aula passada...
Ecologia é o estudo da distribuição e abundância de organismos e das 
interações que determinam a distribuição e abundância.
INTERAÇÕES = termo chave na conceituação da Ecologia.
O principal enfoque da ecologia é entender as interações entre 
organismos, populações, comunidades entre si e entre eles e seu meio 
físico (ecossistema), com o objetivo de responder perguntas sobre a 
estrutura e o funcionamento da natureza.
Diversas áreas da ciência são aplicadas no estudo da ecologia:
A Ecologia é uma ciência multidisciplinar
Mas, afinal, que tipo de perguntas faz a ecologia?
A Ecologia é uma ciência multidisciplinar
Abordagem descritiva
Qual é o padrão?
Abordagem funcional
Por que o padrão existe?
Abordagem Evolutiva
Como e por que surgiu o padrão? 
Abordagens da Ecologia 
Padrão: árvores em ambientes secos perdem as 
folhas durante a estação seca.
Obs. ... é claro que existem exceções ao padrão!
Abordagem descritiva
Qual é o padrão?
Abordagem funcional
Por que o padrão existe?
Abordagem Evolutiva
Como e por que surgiu o padrão? 
Abordagens da Ecologia 
Por que?
Ao perder as folhas, as plantas deixam de 
transpirar e assim economizam água.
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Abordagem descritiva
Qual é o padrão?
Abordagem funcional
Por que o padrão existe?
Abordagem Evolutiva
Como e por que surgiu o padrão? 
Abordagens da Ecologia 
Como surgiu?
... no passado existiam diferentes padrões, 
o padrão em questão se mostrou mais 
adaptado e foi selecionado...
Métodos de estudo de Ecologia:
- Ecologia na teoria...
- Ecologia no campo...
- Ecologia no laboratório...
Métodos de se estudar Ecologia
a formulação de modelos matemáticos é uma 
poderosa ferramenta para o teste de hipóteses.
Modelo matemático sobre competição, criado por Lokta e Volterra em 1920.
Métodos de estudo de Ecologia:
- Ecologia na teoria...
- Ecologia no campo...
- Ecologia no laboratório...
a formulação de modelos matemáticos é uma 
poderosa ferramenta para o teste de hipóteses.
especialmente útil na etapa de descrição dos 
fenômenos naturais.
Métodos de se estudar Ecologia
Métodos de estudo de Ecologia:
- Ecologia na teoria...
- Ecologia no campo...
- Ecologia no laboratório...
a formulação de modelos matemáticos é uma 
poderosa ferramenta para o teste de hipóteses.
especialmente útil na etapa de descrição dos 
fenômenos naturais.
a criação de modelos e microcosmos facilita o 
isolamento de fatores abióticos e bióticos e o 
teste das hipótese por experimentação. 
Métodos de se estudar Ecologia
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% da luz solar plena% da luz solar plena 100100 5353 3636 2222
DFF diDFF diáária (mol.mria (mol.m--22.dia.dia--11)) 50.350.3 26.526.5 18.218.2 11.011.0
Temperatura mTemperatura méédia (dia (ooC)C) 31.531.5 31.331.3 31.331.3 30.330.3
Umidade relativa mUmidade relativa méédia (%)dia (%) 50.250.2 51.951.9 52.352.3 54.154.1
Viveiro de mudas: controle das condições bióticas e abióticas
O método científico
Hipótese é a forma que você propõe de 
solucionar sua pergunta; como ou por que 
ocorre o fenômeno observado.
Predição é o que você espera que vá 
ocorrer caso sua hipótese seja verdadeira.
O método científico:
- Observação e descrição de um fenômeno natural, aliado ao 
conhecimento teórico prévio;
- Desenvolvimento de hipóteses...
e de predições...
- Teste.
Um exemplo
- Conhecimento teórico prévio: herbivoria é um tipo de interação muito comum 
na natureza.
- Observação do fenômeno natural: 
plantas cujas folhas contém tricomas 
são menos danificadas por herbivoria.
O método científico
- Hipótese: os tricomas são um tipo de defesa contra os herbívoros.
- Predição: os herbívoros preferem folhas sem tricomas. 
- Teste: remoção de tricomas de algumas folhas e observação da taxa de 
herbivoria.
O método científico
Outro exemplo:
- Conhecimento teórico prévio: herbivoria é um tipo de interação muito comum 
na natureza.
- Observação do fenômeno natural: 
... a proporção de área foliar consumida por insetos herbívoros 
em uma floresta tropical é relativamente pequena;
... pássaros predam insetos. 
O método científico
- Hipótese: a predação dos insetos pelos pássaros reduz a herbivoria nas 
plantas.
- Predição: na ausência de pássaros a herbivoria é maior. 
- Teste: exclusão dos pássaros e observação da taxa de herbivoria.
O método científico
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Observações importantes:
- Escala de tempo e de espaço:
Os sistemas variam no tempo e no espaço, portanto, é 
importante ajustar a escala de estudo.
O método científico
Amazonia 
Forest
Cerrado
Caatinga
Atlantic 
Forest0 1000 Km
Minas Gerais State
FE
DE
BH
SL
BJ
0 160 Km
Amazonia 
Forest
Cerrado
Caatinga
Atlantic 
Forest0 1000 Km
Minas Gerais State
FE
DE
BH
SL
BJ
FE
DE
BH
SL
BJ
0 160 Km
Observações importantes:
- Muitas hipóteses em Ecologia não podem efetivamente ser testadas, 
pois tratam de uma escala de tempo ou espaço muito grande.
O método científico
Observações importantes:
- Controles experimentais.
O método científico
Uso de diferentes tratamentos e de grupo controle
Replicação
Aleatorização 
Observações importantes:
- Estatística e rigor científico:
compreendendo médias e probabilidades;
correlação entre fatores não prova hipótese.
O método científico
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Observações importantes:
- Ecologia, como qualquer ciência, possui limitações:
* A habilidade de coleta e interpretação de dados dos cientistas é 
limitada;
* Novas tecnologias minimizam os erros, mas... 
incertezas é parte natural de qualquer pesquisa científica.
O método científico Os Sistemas Ecológicos
Divisões convencionais do estudo de ecologia:
- Autoecologia: ecologia de organismos;
- Demecologia: ecologia de populações;
- Sinecologia: ecologia comunidades;
- Ecologia de ecossitemas e da biosfera.
A ecologia é subdividida em áreas Os Sistemas Ecológicos
Ecologia dos organismos: 
Como a morfologia, a fisiologia e o comportamentos levam a sobrevivência? 
Enfoque no processo adaptativo. 
O organismo é a unidade elementar da Ecologia; ele é limitado por uma 
membrana que separa os processos internos dos processos ecológicos. 
Os Sistemas Ecológicos Os Sistemas Ecológicos
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Ecologia das populações: 
O que faz com que o número de indivíduos em uma população variar no tempo e no espaço? 
Enfoque em processos como nascimento, morte, imigração e emigração, e na 
influência de fatores ambientais, ecológicos e evolutivos nestes processos.
População é um grupo de organismos que vivem em uma área geográfica e espaço de 
tempo definidos, que reproduzem entre si, compartilhando o mesmo conjunto de genes.
Os Sistemas Ecológicos Os Sistemas Ecológicos
Ecologia das comunidades:
Como as comunidades se estruturam? 
Enfoque em diversidade, abundância e composição, processos afetados por interação 
entre espécies e o ambiente. 
Comunidade é o conjunto de 
diferentes populações que estão 
em uma área geográfica e espaço 
de tempo definidos, e interagem 
entre si. 
Os Sistemas Ecológicos Os Sistemas Ecológicos
Ecologia dos ecossistemas: 
Como ocorre o fluxo de energia e de matérias nos ecossistemas? 
Enfoque nos ciclos biogeoquímicos, que são influenciados por 
organismos e pelo meio físico. 
Ecossistema é o conjunto de 
organismos e o ambiente de 
uma determinada área.
Os Sistemas Ecológicos Os Sistemas Ecológicos
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Ecologia da biosfera: 
Como ocorre o fluxoglobal de água e ar? 
Enfoque no processo global de circulação da 
energia e da matéria, afetando os organismos, 
populações, comunidades e ecossistemas. 
É o conjunto de todos os ecossistemas, 
que estão interligados por correntes 
marinhas, por correntes de ar, pela 
migração os organismos. 
Os Sistemas Ecológicos O que é espécie?
Conceito morfológico de espécie:
Grupo de organismos que podem ser distinguidos de todas as outras espécies.
Sturnella neglecta e Sturnella maga
são quase idênticos morfologicamente 
e sua distribuição se sobrepõe, porém, 
diferenças no canto dos machos 
causam barreira reprodutiva.
Em outros casos, indivíduos muito 
distintos morfologicamente podem 
ser da mesma espécie.
Conceito morfológico de espécie:
Grupo de organismos que podem ser distinguidos de todas as outras espécies.
Conceito biológico de espécie:
Grupo de populações dentro do qual os indivíduos podem se reproduzir e produzir 
descendência fértil, e não podem se reproduzir com qualquer outras espécie.
O que é espécie?
Conceito mais difundido e aceito em todo mundo, 
mas com limitações... 
- reprodução entre linhagens dificilmente pode ser testada. 
Conceito filogenético de espécie:
Grupo de organismos com um padrão de ancestralidade e descendência,
que em conjunto passam a constituir unidades diagnósticas basais.
O que é espécie?
limitações... 
- “excesso” de espécies. 
Pelo menos 26 diferentes conceitos de espécies podem ser encontrados na 
literatura.
“... Tudo isso resulta na dificuldade de definir o indefinível, já que
espécies não são entidades fixas” (C. Darwin, 1865).
O que é espécie?
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Plathymenia reticulata Plathymenia foliolosa Plathymenia reticulata 
Cerrado Mata
Plantas menores, de 
crescimento mais 
lento, com menor 
investimento em folhas 
e maior em raiz.
Plantas maiores, mais 
delgadas, de crescimento 
mais rápido, com maior 
investimento em folhas e 
menor em raiz.
Ecótipo com 
características de 
resistência ao estresse 
(Chapin et al. 1993, 
Grime 2000).
Ecótipo com 
características de “fuga 
da sombra” e maior 
habilidade competitiva 
(Kurepin et al. 2006, 
Poorter e Garnier 2007).
Implicações do conceito de espécies na biologia da conservação: 
- Dificuldade na atribuição de categorias de ameaças de extinção.
- Diferença de conhecimento taxonômico entre grupos biológicos.
O que é espécie?
Uso do conceito de Unidades Evolutivas Significativas
(ver Aleixo 2009).
Biodiversidade ou diversidade biológica é a diversidade da vida na 
terra em todos os seus níveis, desde os genes aos ecossistemas, 
bem como os processos ecológicos e evolutivos que a suportam. 
(Gaston 1996)
O que é biodiversidade?
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- Diversidade de genes;
- Diversidade de espécies;
- Diversidade de ecossistemas;
Importante para conservação de longo 
prazo, para garantir a viabilidade das 
espécies e dos ecossistemas, inclusive 
de seu potencial evolutivo.
Diversidade expressa em morfotipos ou 
comparações de DNA.
O que é biodiversidade?
- Diversidade de genes;
- Diversidade de espécies;
- Diversidade de ecossistemas;
Elemento chave da biodiversidade, 
expresso pelo número absoluto de 
espécies, pela abundância relativa 
ou por índices comparativos. 
O que é biodiversidade?
- Diversidade de genes;
- Diversidade de espécies;
- Diversidade de ecossistemas;
Essencial para a manutenção dos 
genes e das espécies. Diversidade 
expressa pela composição de 
comunidades e/ou características 
ambientais.
O que é biodiversidade? O que é biodiversidade?
Algumas características da biodiversidade:
1) é enorme e imensurável;
2) é dinâmica ao longo do tempo;
3) não é distribuída de forma homogênea na superfície do planeta. 
A biodiversidade é enorme e imensurável
Estimativas pouco precisas indicam que existem 
entre 5 e 100 milhões de espécies no planeta.
Quantas espécies existem no nosso planeta?
Quantas estrelas existem na Via Láctea?
Estimativas indicam que entre 200 e 400 bilhões.
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Quantas espécies conhecemos?
Quantas espécies nos falta conhecer? A biodiversidade é enorme e imensurável
Como é estimada a biodiversidade do planeta?
Um trabalho pioneiro: 
Erwin (1982) Canopy dwelling beetles collected from Luehea seemannii trees.
50 mil espécies de árvores x 162,9 besouros especialistas = 8,15 milhões de besouros
40% das espécies de artrópodes são besouros, logo: são 20 milhões de espécies de 
artrópodes na copa das arvores
a copa das árvores é cerca de 2 x mais rica em espécies de artrópodes do que o solo, 
logo foi estimado 30 milhões de espécies de artrópodes no planeta.
Alguns poréns...
- Trópicos x zona temperada 
- Endemismos
Estimativa inovadora porém grosseira.
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Algumas características da biodiversidade:
1) é enorme e imensurável;
2) é dinâmica ao longo do tempo;
3) não é distribuída de forma homogênea na superfície do planeta. 
O que é biodiversidade? A biodiversidade é dinâmica
A biodiversidade global é 
um balanço entre taxas de 
especiação e extinção.
Especiação: processo pelo 
qual surgem novas espécies.
Extinção: é o desaparecimento 
de espécies ou populações 
(extinção local).
A biodiversidade global é 
um balanço entre taxas de 
especiação e extinção.
A biodiversidade local é 
também influenciada por 
taxas de imigração e 
emigração.
A biodiversidade é dinâmica
Especiação: processo pelo 
qual surgem novas espécies.
A biodiversidade é dinâmica
Especiação alopátrica
Por que as populações isoladas se diferenciaram?
- adaptação a diferentes condições ambientais: nenhum organismo tem alto valor adaptativo 
em todas as circunstâncias;
A biodiversidade é dinâmica
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Por que as populações isoladas se diferenciaram?
- adaptação a diferentes condições ambientais: nenhum organismo tem alto valor adaptativo 
em todas as circunstâncias;
- eventos aleatórios como deriva genética.
A biodiversidade é dinâmica
Por que as populações isoladas se diferenciaram?
- adaptação a diferentes condições ambientais: nenhum organismo tem alto valor adaptativo 
em todas as circunstâncias;
- eventos aleatórios como deriva genética.
Por que quando novamente reunidas as populações não mais reproduziam 
entre si?
- surgimento de barreiras reprodutivas.
A biodiversidade é dinâmica
Exemplos de barreiras reprodutivas: 
1. Pré-zigóticos: impedem o contato sexual entre as espécies, logo não há união de gametas. 
- Habitacional: espécies localizam-se em hábitats diferentes. 
- Sazonal: espécies possuem períodos reprodutivos em diferentes estações do ano. 
- Etológico: diferenças de comportamento impedem os rituais de acasalamento. 
- Mecânico: diferenças estruturais nos órgãos reprodutores impedem a fecundação. 
2. Pós-zigóticos: o zigoto é formado, mas os híbridos perdem ou reduzem a fertilidade ou 
viabilidade de seus descendentes. 
- Inviabilidade do híbrido: o híbrido é abortado ou nasce com anomalias e morre. 
- Esterilidade do híbrido: o híbrido nasce estéril. 
A biodiversidade é dinâmica
Extinção: é o desaparecimento de espécies (extinção global) ou populações (extinção 
local).
Porque as espécies se extinguem? 
O ambiente não é estável e, portanto, as espécies não estão adaptadas “para sempre”. 
Como as espécies se extinguem? 
algo acontece com as grandes populações que as fazem declinar; 
populações pequenas são mais susceptíveis à extinção.
A biodiversidade é dinâmica
Extinção enquanto um processo natural:
o registro fóssil mostra que as espécies vivem em média 1 a 10 milhões de anos;
digamos que em um ano uma espécie tem 1 chance em 1 a 10 milhões de se extinguir, se 
assumirmos que a biodiversidade global é de 10 milhõesde espécies, uma taxa “normal” 
de extinção seria de 1 espécie por ano;
estimativas indicam que 99% das espécies que um dia existiram na Terra hoje estão 
extintas.
A biodiversidade é dinâmica
Extinção em massa:
a taxa de extinção “normal” aumentou muito durante as levas de extinção em 
massa;
esses são eventos muito raros: ocorreu apenas 6 vezes em 3 bilhões de anos de 
história da vida na Terra;
porque? Mudanças climáticas severas, eventos catastróficos, pandemias...
A biodiversidade é dinâmica
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É bom lembrar: eventos de extinção em massa desocupa 
nichos o que, em seguida, facilita especiação.
Extinção dos dinossauros x especiação nos mamíferos
O atual evento de extinção em massa difere dos anteriores:
- é a primeira vez que uma espécie é a causa principal da extinção das 
demais;
- as taxas de extinção estão ocorrendo em proporções nunca vistas, sendo 
muito mais elevadas do que as taxas de especiação;
- habitats inteiros estão sendo destruídos, os nichos não estão apenas 
sendo desocupados, estão sendo perdidos...
A biodiversidade é dinâmica
Extinção devido à ação antrópica:
estimativas: 
- 1 espécie extinta por hora;
- 1 milhão de espécies extintas até o momento;
- 10% de todas as espécies do planeta extintas até o momento;
- entre 100 e 10.000 vezes a taxa de extinção “normal”.
A biodiversidade é dinâmica
Afinal, quantas espécies que conhecemos já se extinguiram?
- 869 extinções sabidamente documentadas;
- 290 espécies possivelmente extintas;
(IUCN, 2008)
A biodiversidade é dinâmica
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Espécies sabidamente extintas no Brasil:
- 7 sp da fauna terrestre (1 libélula, 1 formiga, 2 minhocuçu, 1 anfíbio, 2 aves)
- 8 sp de plantas, incluindo a sempre-viva Actinocephalus cipoensis
Anodorhynchus glaucus - arara azul pequena
Afinal, quantas espécies que conhecemos já se extinguiram?
Aparentemente, não é muito...
Esses números são subestimados e refletem o tão pouco 
conhecemos sobre a biodiversidade! 
Algumas características da biodiversidade:
1) é enorme e imensurável;
2) é dinâmica ao longo do tempo;
3) não é distribuída de forma homogênea na superfície do planeta. 
O número e a composição de espécies 
no planeta muda com o passar do tempo.
As próprias espécies mudam com o passar do 
tempo, pois estão sujeitas ao processo evolutivo, 
já que os ambientes não são estáveis.
O ambiente não é estável...
(estudaremos isso de forma mais 
aprofundada na aula no. 4)
Algumas características da biodiversidade:
1) é enorme e imensurável;
2) é dinâmica ao longo do tempo;
3) não é distribuída de forma homogênea na superfície do planeta. 
... um assunto para a próxima aula!