02 O Metodo Cientifico em Ecologia

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O método científico em ecologia
• O que é Ciência?
• Como cientistas trabalham?
• Cientistas tentam entender o mundo natural 
explicando sua enorme diversidade e 
complexidade em termos de padrões gerais e leis 
básicas
• ENTRETANTO, o desenvolvimento da ciência está 
muitas vezes mais próximos a como resolver um 
enigma ou tentar achar um caminho dentro de 
uma mata fechada, do que a seguir uma receita 
de bolo ou um mapa em uma estrada 
Ciência é a investigação da relação entre 
padrões (efeitos) e processos (causa)
Padrão observável (efeito) 
• Padrão: organização 
repetitiva e não aleatória
• Naninismo em ilhas
• Movimento de marés
• Diferentes espécies 
filogeneticamente próximas 
em uma dada área 
Processo que causa o efeito
• Processo: explicação para essa 
organização repetitiva e não 
aleatória
• Competição por recursos
• Gravidade
• Especiação
Algumas definições
• Leis
• Princípios
• Teoria
• Hipóteses
– Predições
• Modelos
• Experimentos
Leis
• Afirmações universais que são determinísticas e tão 
bem corroboradas que todos as aceitam como parte 
do conhecimento científico
• Existem leis na Física (p.e. Lei da Gravidade), 
Química (p.e. Lei de Beer‐Lambert ‐ relaciona a 
absorção de luz com as propriedades do material 
atravessado por esta) e Genética (p.e. Primeira Lei 
de Mendel), mas não na Ecologia
Princípios
• Afirmações universais que são bem aceitas por nós 
porque são fortemente relacionadas à leis físico‐
químicas.
– Por exemplo, nenhuma população aumenta 
indefinidamente.  É um importante princípio ecológico que 
deve ser interpretado a luz do tamanho finito do planeta 
Terra.
– Princípio da incerteza de Heisenberg
• Mecanica quantica
• Quanto mais precisamente se medir uma grandeza, forçosamente 
mais imprecisa será a medida da grandeza correspondente
Teoria
• Um conjunto hierárquico e integrado de 
hipóteses empíricas (que se originam de 
observações).  
• Esse conjunto explica explicam uma fração 
significante das observações científicas.
• Teoria da Evolução
• Teoria da Biogeografia de Ilhas
Hipóteses
• Propostas universais que sugerem explicações 
para uma situação observada
• Predições (ou previsões)
– Afirmação (ões) ou negação (ões) mais 
específica(s) relacionada(s) com o hipótese 
proposta
– O que se espera se a hipótese for verdadeira
Modelos
• Representação matemática ou verbal sobre 
hipóteses
Experimentos
• O teste de uma hipótese
• Mensurar
– Observar o sistema
• Manipular
– Perturbar o sistema
• O método experimental é o método científico
1920 ‐ 1960
• Tentativas de elaboração de teorias em Ecologia
– Crescimento logístico de populações
– Monoclimax em sucessões
– Exclusão competitiva
• Muitas exceções
– Existem teorias universais em Ecologia?
• Ecologia teórica nesse sentido é passado
Hipóteses
• Maioria dos estudos em Ecologia são 
realizados no nível de hipóteses
Dedução e Indução
• Dedução
– Geral para o particular
– Certeza sobre a inferência
1. Todas as formigas na Mata  
de Santa Genebra 
pertencem ao gênero 
Camponotus
2. Amostrei algumas 
formigas na Mata de 
Santa Genebra
3. Portanto eu deduzo que 
estas formigas são do 
gênero Camponotus
• Indução
– Particular para o geral
– Inferência pode ser 
verdadeira ou não
1. Coletei 25 formigas do 
gênero Camponotus
2. As 25 formigas foram 
coletadas na Mata de 
Santa Genebra
3. Portanto todas as 
formigas da Mata de 
Santa Genebra são do 
gênero Camponotus
O método hipotético dedutivo
• Amostragem e análise de dados para avaliar a veracidade 
de uma hipótese elaborada a priori (do latim, "de antes" 
ou "do anterior")
1. Conhecimento prévio (teorias existentes), a partir do qual 
pode‐se detectar
2. Uma lacuna, contradição ou problema (normalmente 
expresso através de uma pergunta)
3. Proposição de uma solução para o item 2 criando uma 
hipótese
4. Elaborar uma predição para a hipótese.  O que se espera se 
a hipótese for verdadeira
5. Testar essa predição por meio de experimentos ou coleta 
de dados
6. Se os resultados do experimento ou da coleta de dados for 
consistente com a predição confirma‐se a hipótese.  Senão 
a hipótese é refutada e uma nova hipótese que explique 
satisfatoriamente o problema inicial deve ser formulada.
Observações
Hipóteses
Previsões
Experimentos 
e/ou coleta de 
dados
Se os resultados são inconsistentes 
com as previsões, então uma nova 
hipótese deve ser proposta
Se os resultados são consistentes 
com as previsões, confirma-se a 
hipótese. Existem outras hipóteses e 
previsões para esse conjunto de 
observações? Se sim, outros 
experimentos são necessários para 
comprová-los
O método hipotético dedutivo
• Vantagem do método hipotético‐dedutivo
• Uma vez seguidas de forma criteriosa todas as 
etapas acima descritas, se sua hipótese inicial 
não é corroborada, você têm argumentos 
científicos para criticar os conhecimentos 
prévios existentes (p.e. teorias) e assim 
contribuir, de forma eficaz, para a geração de 
novos conhecimentos (geração de novas 
hipóteses) e para o progresso da ciência.
Karl Popper
• Não se pode provar nada, apenas “desprovar” 
• Cientistas não provam suas conjeturas.  As 
conjeturas persistem até serem refutadas.
A hipótese nula
• Não se pode afirmar que hipóteses sejam 
verdadeiras, somente que elas são falsas
• A ausência de evidência não é evidência de 
ausência
• Por isso tentamos falsear a hipótese nula, que é 
uma assertiva de como o mundo deveria ser, se a 
nossa suposição estivesse errada
Exemplo
• Só aprendemos quando erramos.
• Um recém‐nascido é programado para acreditar 
que o mundo é branco e macio (hipótese nula).
• Não importa quantos objetos brancos e macios o 
recém‐nascido toque.  Basta tocar em um único 
objeto verde e rígido para rejeitar que o mundo é 
macio.
• O recém‐nascido pode criar uma nova suposição: 
somente os objetos verdes são rígidos (nova 
hipótese nula) 
Desenhos Experimentais
Estrutura lógica de um experimento
• Existem 5 componentes em um experimento:
– Hipótese (inclui as previsões a serem testadas)
– Desenho experimental
– Execução experimental
– Análise estatística
– Interpretação
Princípios Gerais
• Experimento: tentativa para testar uma hipótese, onde 
hipóteses ecológicas são explicações sugeridas para 
padrões e processos ecológicos.
– Experimentos envolvendo medidas de alguma unidade 
ecológica.  Não há manipulação, somente uma medida do que 
já existe, comparativa ou não.
• Densidade de roedores em dois ambientes adjacentes (floresta e 
cerrado) para testar a hipótese que roedores preferem pradarias.
– Experimentos manipulativos.
• Em uma área de cerrado hipotetizamos que formigas visitando plantas 
com nectários extraflorais protegem as mesmas contra o ataque de 
insetos herbívoros.  Excluímos formigas de em um grupo de plantas e 
no outro grupo não. A variável a ser medida é percentagem de área 
consumida em folhas.
Experimentos envolvendo medidas de 
alguma unidade ecológica
1. Densidade de lagartos afeta a densidade de 
aranhas, já que lagartos predam aranhas
• Hipótese nula x Hipótese alternativa
• Densidade de lagartos é a variável independente 
e a densidade de aranhas é a variável 
dependente
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Densidade de lagartos (nº/m2)
D
e
n
s
i
d
a
d
e
 
d
e
 
a
r
a
n
h
a
s
 
(
n
º
/
m
2
)
Hipótese nula
Hipótese alterantiva
• Entretanto a densidade de lagartos não foi 
controlada, em uma mesma condição 
ambiental,com diversas repetições
– Não podemos fazer uma afirmação de causa‐
efeito
• Outras hipóteses poderiam explicar a 
associação negativa entre lagartos e aranhas
2. Aranhas podem controlar diretamente ou 
indiretamente a densidade de lagartos
• Aranhas grandes consomem pequenos lagartos
• Aranhas são predadas por pássaros que se alimentam 
também de largartos
3. Aranhas e lagartos são controlados por outras 
variáveis ambientais que não foram medidas
• Aranhas têm altas densidades em fragmentos mais 
úmidos e lagartos em fragmentos mais secos
4. A força da interação entre aranhas e lagartos é 
controlada por outras variáveis ambientais
• Lagartos predam aranhas eficientemente em fragmentos 
secos, mas não em fragmentos úmidos, então a 
densidade de aranhas depende da densidade de lagartos 
e da umidade do fragmento
Densidade de lagartos Densidade de aranhas
Densidade de lagartos Densidade de aranhas
Densidade
de lagartos
Densidade
de aranhas
Umidade
Densidade
de lagartos
Densidade
de aranhas
Umidade
1.
2.
3. 4.
Experimentos manipulativos
• Experimentos implicam em tomarmos 
medidas em uma unidade experimental
• Unidade experimental; a menor divisão do 
material experimental que vai receber 
diferentes tratamentos
– Unidade experimental no exemplo de formigas e 
plantas com NEFs = plantas.  Elas vão receber dois 
tratamentos diferentes.
• 1 Bloco de 10ha é queimado e outro não para 
verificar se fogo reduz a abundancia de 
insetos.  50 amostras de 1m2 foram feitas para 
medir a abundância de insetos.
– Unidade experimental = blocos de 10ha
– 50 amostras de 1m2 são sub amostras de cada 
bloco experimental
• Em um estudo com plantas, 4 tratamentos 
com fertilizantes diferentes foram aplicados 
aleatoriamente em 50 áreas de 1m2
– Unidade experimental = 50 áreas de 1m2.  Cada 
uma delas recebeu um tratamento com um dos 
quatro fertilizantes
• Em um estudo de crescimento de árvores em 
um gradiente altitudinal, desejamos testar se 
as taxas de crescimento decrescem com a 
altitude.  100 árvores são escolhidas 
aleatoriamente ao longo desse gradiente e 
suas taxas de crescimento e a altitude onde 
elas ocorrem são registradas.
– Unidade experimental = cada árvore individual
Coisas importantes!!!
• Uso de controle
• Replicação e Pseudoreplicação
• Intercalação
• Aleatorização
Controle
• Controle (definição convencional) é um 
tratamento contra o qual um ou mais 
tratamentos são comparados.
– Um tratamento “que não sofre tratamento”
– Um tratamento que sofre um tratamento 
processual (ratos são tratados com injeção de uma 
solução salina como controle para tratamentos de 
ratos tratados com solução salina mais drogas
– Um tratamento diferente
• Predadores afetam a sobrevivência de insetos 
herbívoros
– Uso de uma gaiola de exclusão para excluir 
predadores
– Uso de uma gaiola controle para excluir o efeito da 
própria gaiola
– Controle não manipulado
• Não manipulado x Gaiola controle
• Gaiola Controle x Exclusão de Herbívoros
• Não  manipulado x Exclusão de Herbívoros
Fluxo
Área Controle
Área de Impacto no Futuro
ANTES DO ÍNICIO DO EXPERIMENTO
APÓS O ÍNICIO DO EXPERIMENTO
Área Controle
Área de Impactada
• Replicação reduz os efeitos de “ruído” ou 
variações aleatórias ou erros, aumentando a 
precisão de um estimador.
• Aleatorização elimina possíveis vícios por 
parte de quem coleta os dados e portanto 
aumenta a exatidão de um estimador.
– Problemas com aleatorização podem causar uma 
alta precisão e baixa exatidão
Replicação e pseudoreplicação
FAÇA O MAIOR NÚMERO DE 
REPLICAÇÕES QUE VOCÊ 
PUDER!!!!
Exemplo Plantas x N
• Hipótese Nula
– Disponibilidade do nutriente nitrogênio não é um 
fator que limita a produtividade de plantas
• Hipótese Alternativa
– Disponibilidade do nutriente nitrogênio é um fator 
limitando a produtividade de plantas
• Previsão
– Produtividade das plantas irá aumentar com o aumento da 
disponibilidade de N no solo
Examinar a relação entre N disponível 
e produtividade em várias localidades
Correlação não significa causa-efeito
Outros fatores (disponibilidade de água, acidez 
do solo) podem covariar com o quantidade de N, 
e serem responsáveis pela produtividade
Experimentos manipulativos de campo
Parcelas são tratadas com 
diferentes quantidades de N e 
avalia-se a produtividade 
após um dados período de 
tempo
Outros fatores não 
controlados no solo ainda 
podem influenciar o resultado 
do experimento
Uma clara relação causa-
efeito não pode ser 
estabelecida
Experimentos manipulativos de 
laboratório
Plantas são envasadas em casa 
de vegetação
Temperatura, umidade, solo são 
controlados
Só se varia a disponibilidade de 
N no solo
Mede-se a produtividade da 
planta após um dados período de 
tempo
N disponível afeta a 
produtividade das plantas
Modelo Matemático
A equação da reta é um modelo 
quantitativo que prevê a 
produtividade da planta por 
unidade de N no solo
Referências
• N.J. Gotelli & A.M. Ellison (2004) A Primer of 
Ecological Statistics. Sinauer Associates
• C.J. Krebs (1998) Ecological Methods.  2nd Ed. 
Benjamin Cummings
O método hipotético‐dedutivo não é a 
única maneira de se fazer ciência
• Se o estado do conhecimento é insuficiente para que 
se postule hipóteses, então mais dados devem ser 
adquiridos de modo indutivo (do particular para o 
geral), padrões reconhecidos e um mecanismo geral 
proposto para explicar esses padrões.
– Genoma
– Correlação entre características ou análise multivariada 
englobando várias características tentando explicar um 
dado padrão (não há relação de causa‐efeito)
– Biogeografia de ilhas
• A partir da análise desses dados pode se geram 
hipóteses usando o método hipotético‐dedutivo.
Geralmente
• Teorias se originam por métodos indutivos
• Teorias são testadas pelos métodos 
hipotéticos dedutivos
Por exemplo em Biogeografia
• Manipular o sistema através do método 
hipotético‐dedutivo é muitas vezes impossível
• Poucos biogeógrafos fizeram experimentos 
manipulativos
– Simberloff & Wilson em ilhas
Interessante!!!
• Copérnico, Galileu, Kepler e Newton nunca 
moveram um planeta, mas isso não fez com 
que eles não contribuíssem enormemente 
para o conhecimento do movimento dos 
corpos celestes 
Interessante!!!
• Darwin e Wallace nunca fizeram experimentos 
manipulativos, mas usaram o padrão de 
distribuição de animais e plantas para 
desenvolverem ideias sobre evolução e 
biogeografia
Biogeografia
• Ilhas como experimentos naturais para 
biogeógrafos
– Tamanho, distância do continente
Para se pensar!!!
• Ciência e Pseudociência
• Uma teoria científica faz afirmações que são testáveis.
• Essas afirmações são passíveis de serem refutadas pelo 
método científico.
– Disponibilidade do nutriente nitrogênio é o principal fator 
limitando a produtividade de plantas.  Nós podemos elaborar 
um experimento que procura evidências contra essa afirmação.
• Uma teoria pseudocientífica faz afirmações que não são 
testáveis.
• Essas afirmações não são passíveis de serem refutadas pelo 
método científico.
Premissa básica impossível de testar
• Uniformitarianismo ou atualismo
Uniformitarianismo
• Assume‐se que processos físicos e biológicos básicos 
que atuam hoje na Terra, devem ter permanecidos 
sem mudanças através do tempo porque eles são 
manifestações de leis científicas universais.
• O termo uniformitarianismo implica que a 
intensidade média dos processos permaneceram 
constantes ao longo do tempo.
– O que acontece com eventos catastróficos que 
promoveram mudanças?P.e. Asteróides.
Uniformitarianismo
• Geólogos britânicos Hutton (1795) e Lyell (1830)
– Superfície da Terra foi constantemente modificada 
pelos mesmo processo geológicos
• Darwin
–Mudanças em plantas e animais domesticados no 
tempo histórico através de acasalamentos seletivos 
resultam do mesmo processo que promovem 
mudanças naturais em organismos ao longo do tempo 
evolutivo
Atualismo
• A natureza das leis que controlam os 
processos são atemporais e constantes.
• Entretanto a intensidade em que o processo 
ocorre é variável
• Processos de especiação, extinção e dispersão 
que operam hoje pelos mesmos mecanismos 
que operaram no passado, mas eles podem 
ocorrer em escalas diferentes
Questão
• Formule um hipótese nula e sua hipótese 
alternativa sobre qualquer tema relacionado 
com Botânica ou Zoologia.
• Argumente logicamente porque não se pode 
demonstrar que essa hipótese nula é 
verdadeira.