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O conceito de ecossistema Uma viagem pela história da ecologia 1) O âmbito da Ecologia; 2) Os Ecossistemas; 3) A energia nos sistemas ecológicos; 4) Os ciclos biogeoquímicos Traditionally, another category of ecological study has been set apart: The ecosystem (first defined by Tansley, 1935). This comprises the biological community together with its physical environment. However, whilst the distinction between community and ecosystem may be helpful in some ways, the implication that communities and ecosystem can be studied as separate entities is wrong. No ecological system, whether individual, population or community can be studied in isolation from the environment wich it exists. Thus, we wil not distinguish a separate ecosyster level of organization. (Begon, Harper and Townsend, 1996. p.679). Curiosidade. Primeira menção a ecossistema não encontrada na página 71! [...] Community ecology then deals with the composition and organization of ecological communities. Ecologists also focus on the pathways followed by energy and matter as these move among living and nonliving elements of a further category of organization: the ecosystem, comprising the community together with its physical environment. (Begon, Townsend and Harper, 2006. p. xi) Algumas questões importantes Antiguidade clássica No pensamento grego - comunhão entre a natureza (physis) e o homem. O grego percebe o "kosmos" como harmonia, equilíbrio, ordem; Aristótreles - scala naturae – escala da vida (busca da ordem); Teoria da causalidade, para explicar as relações entre os corpos na Natureza: “tudo que se movimenta é movido por outro” A Natureza - princípio de movimento e de crescimento: fusis (natureza) vem do verbo fuo (crescer); Metafísica de Aristóteles: “tudo quanto existe tem uma causa primeira e um fim último” NATUREZA – harmonia, ordem e movimento! Aristóteles nasceu em Estagira (Macedônia) em 384 a.C. e morreu em Cálcis, na Ilha de Eubea, em 324 a.C. Durante 20 anos, entre 367 e 347 a.C. foi discípulo de Platão (427-347 a.C.), na Academia. Idade Média: visão aristotélica da natureza, isto é, a natureza sempre esteve em “equilíbrio perfeito” Metafísica de Aristóteles: “tudo quanto existe tem uma causa primeira e um fim último” Verdades da fé: Não há distinção entre fé e razão: “compreender para crer” São Tomás de Aquino *Darwin (1809 – 1882) Muda a visão aristotélica Revolução na Biologia! (1859) Finalmente... Ernest Haeckel (1834 – 1919) 1866 - termo ecologia “Ecologia é o estudo de todas as inter-relações complexas denominadas por Darwin como as condições da luta pela existência.” “a ciência capaz de compreender a relação do organismo com o seu ambiente.” Ernest Haeckel 1870 – “Über Austern- und Miesmuschelzucht und Hebung derselben an der norddeutschen Küste” (On oyster and blue mussel farming in coastal areas of Northern Germany) “Die Auster und die Austernwirtschaft “(Oyster and oyster farming) Termo biocenose Estudos de uma comunidade de organismos em um banco de ostras. Karl Möbius (1825 – 1908) Stephen Alfred Forbes (1844-1930) 1887 “The lake as a microcosm” “Como plantas, animais e o ambiente interagem?" François-Alphonse Forel (1841 – 1912) 1892 à 1904 “Le Léman” – três volumes Limnologia: A comunidade ganha “corpo” Henry Chandler Cowles (1869 - 1939) 1898 – Phd - Sucessão ecológica nas dunas do lago Michigan O “corpo” se modifica com o tempo “Ordem e movimento!” Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945) 1926 - "The biosphere" Princípios fundamentais dos ciclos biogeoquímicos O “corpo” tem fisiologia! O “corpo” pode ser planetário! “Ordem e movimento!” Clements, F.E. (1874-1945) Comunidade biótica Os trabalhos de Frederic E. Clements (1874-1945) contribuíram para o estabelecimento das principais ideias que compõem a base da ecologia clássica. Essa por sua vez baseia-se em uma visão sistêmica! 1939 “Bio-ecology” Conceito de biomas; Comunidade como um organismo; Holismo; A comunidade é um superorganismo! “Ordem e movimento!” Henry A. Gleason (1882 – 1975) 1926 – “The individualistic concept of the plant association” Desafio ao conceito de comunidade biótica de Clements; Comunidades não se reproduzem e se desenvolvem como organismos; Qual o papel de eventos aleatórios? Não há fronteiras bem delineadas; Populações existem ao longo de um continuum ambiental e respondem individualmente de maneira a determinar a sua distribuição espacial; Visão individualística - Contrário às propriedades emergentes; Reducionismo; Sucessão Ecológica - processo mais dependente dos indivíduos e de fatores de oportunidade, com resultados imprevisíveis. Arthur George Tansley (1871 - 1955) 1935 - o ecossistema como unidade básica de estudo da ecologia O “corpo”, interage com fatores abióticos! Breve biografia Tansley (University College em Londres – década de 1890); Em sua estada nos Estados Unidos da América visitou o Lago Michigan e foi hóspede de Henry Chandler Cowles (1869-1939); Participou da fundação da British Ecological Society (1913) e foi seu primeiro presidente; Tansley lecionou na Universidade de Cambridge de 1907 a 1923. Nesse período fundou o periódico Journal of Ecology e desenvolveu um método de classificação da vegetação; Em 1927 obteve o Professorship de Botânica no Magdalen College em Oxford (leciona nessa universidade de 1927 a 1937); Nessa época, a ecologia estava em voga entre os biólogos de Oxford que a viam como um caminho novo e melhor para ordenar a natureza, a sociedade e o conhecimento em um mundo que estava destroçado pela guerra; Nessa época, os socialistas defendiam que o empreendimento científico não faria sentido se não revertesse em algum benefício para a sociedade. Tansley via com simpatia essas ideias; Durante a Revolução Russa (1917) ele foi acusado de promover o “bolchevismo botânico“. Kato e Martins (2016) Questionava a ortodoxia do conceito de organismo complexo” (complex organism). Mas... (Tansley, 1935, p. 299) “[...] me parece que a concepção fundamental, o sistema inteiro (no sentido da física), inclui não apenas o organismo complexo, mas também o complexo dos fatores físicos como um todo, constituindo o que chamamos de meio ambiente, do bioma – os fatores do habitat no sentido amplo.” THE USE AND ABUSE OF VEGETATIONAL CONCEPTS AND TERMS A. G. TANSLEY Oxford University, England Ecology, Vol. 16, No. 3. (Jul., 1935), pp. 284-307. CONTENTS PAGE Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Succession . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 Development and the Quasi-Organism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Climaxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 " The Complex Organism " . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 The Ecosystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Biotic Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 303 Methodological Value of the Concepts Relating to Succession . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 Literature Cited . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Baseia-se nos conceitos de "superorganismo" de Clements (1916) e ainda a obra pioneira de Steven Forbes "O Lago com um Microcosmo" (1887) – interações entre os organismos e desses com o ambiente formam uma unidade diferenciada (Angelini 1999); Além dessa, outras características fundamentais de um ecossistema são (Angelini 1999): limites (espaço-temporais); fatores e componentes que se influenciam mutuamente; sistemas abertos, com entradas (exemplo: luz solar) e saídas (exemplo: respiração e emigração); capacidade de resistir e/ou adaptar-se a distúrbios. Embora geralmente na época se considerasse principalmente os organismos, para Tansley os “fatores” inorgânicos também teriam extrema importância. Assim, o ecossistema consistiria na combinação e trocas entre o orgânico e o inorgânico e o meio ambiente e organismos constituiriam um único sistema físico – Logo, o termo abrange os organismos e o meio físico e as trocas que ocorriam entre os componentes físicos e biológicos; Foi utilizado pelo ecólogo norte-americano Raymond Lindeman (1915- 1942); Posteriormente ocorreu a introdução de algumas ideias que não faziam parte da proposta original do ecólogo inglês; Ênfase nos ciclos de nutrientes através dos componentes bióticos e abióticos do sistema em um caminho circular; Outra foi na via única do fluxo de energia através do sistema. Esse fluxo não se referia apenas à alimentação dos organismos, mas também em como eles dispendiam energia em suas atividades vitais. O ecossistema pode ser formalmente definido como um sistema composto por processos físico-químico- biológicos que atuam dentro de uma unidade de espaço- tempo de alguma magnitude. (Lindeman, 1942, p. 400) Howard T. Odum (1924-2002) e Eugene P. Odum (1913-2002) Odum (1985) e Jφrgensen (1994) definem três diferentes conceitos para explicar o funcionamento dos ecossistemas: Conceito individualístico (Gleasoniano): as populações respondem independentemente ao ambiente externo (hierarquias são sistemas independentes); Conceito de superorganismo (Clementsiano): o ecossistema é um organismo de alta ordem (superorganismo); Teoria Hierárquica (Allen & Starr, 1982): os sistemas de alto nível tem propriedades emergentes que não ocorrem em componentes de organização hierárquica inferior. (Angelini 1999): Qualquer unidade (biossistema) que abranja todos os organismos que funcionam em conjunto (a comunidade biótica) numa dada área, interagindo com o ambiente físico de tal forma que um fluxo de energia produza estruturas bióticas claramente definidas e uma ciclagem de materiais entre as partes vivas e não vivas; Unidade funcional básica da Ecologia, pois inclui tantos os organismos quanto o ambiente abiótico Sistemas abertos: entradas e saídas de energia – abaixo do nível da biosfera também estão abertos, em vários graus, aos fluxos de materiais e à imigração e emigração de organismos Em 1987, 645 membros da Sociedade Britânica de Ecologia classificaram o conceito de Ecossistema como o mais importante para a Ecologia.; Neste "ranking", figuravam entre as dez primeiras posições: fluxo de energia, conservação de recursos, ciclagem de materiais e fragilidade de ecossistemas. Todos eles de estreito relacionamento com o ecossistema (Angelini 1999). A visão sistêmica Componentes interdependentes que interagem regularmente e formam um todo unificado; Conjunto de elementos materiais ou ideais entre os quais se possa encontrar ou definir alguma relação; Disposição das partes ou dos elementos de um todo, coordenados entre si, e que funcionam como uma estrutura organizada; Conjunto de relações mútuas que constitui uma entidade identificável, seja real ou postulada; Coordenação hierarquizada dos seres vivos em um esquema lógico e metódico, segundo o princípio da subordinação dos caracteres – Produto da inteligência humana derivado da necessidade de compreender a natureza o mais próximo possível da realidade As Hierarquias ecológicas também são vistas como sistemas! Arranjo em uma série graduada ou série contínua de graus ou escalões, em ordem crescente ou decrescente; Fornece um arcabouço para subdividir e tratar de situações complexas ou gradientes extensos; Muitas vezes é arbitrária, mas também podem basear-se em descontinuidades ambientais; Cada nível do espectro biossistêmico está integrado ou interdependente com os outros níveis, assim não pode haver linhas divisórias abruptas. Mas... Essas hierarquias existem de fato ou são fruto da necessidade humana de “organizar” o mundo natural para compreendê-lo? Voltando às cracas... O que apareceu de novo quando analisamos as interações entre os componentes dessa comunidade? Todas as propriedades da comunidade poderia ser explicadas pelas propriedades dos seus componentes? Estrutura Relações alelobióticas! As propriedades emergentes Uma consequência importante da organização hierárquica é que a medida que os componentes ou subconjunto combinam-se para produzir sistemas funcionais maiores, emergem novas propriedades que não estavam presentes no nível inferior Não podem ser previstas a partir do estudo dos componentes da unidade hierárquica Propriedades não reduzíveis – propriedades do todo que não podem ser reduzidas à soma das propriedades das partes Descobertas em um nível ajudam na compreensão do nível seguinte, mas nunca explicam a totalidade dos seus fenômenos Novas propriedades emergem porque os componentes interagem e não porque a natureza básico dos componentes seja alterada As partes não são “homogeneizadas” mas são integradas para produzir propriedades novas e distintas Coral mole (Lobophytum compactum) verde – tecidos do pólipo Vermelho - zooxanthellae Corais verdadeiros ou pétreos (Ordem Scleractinia) Propriedades emergente X coletivas Duas propriedades do todo (sistema) Propriedades coletivas Soma dos comportamentos dos componentes Não abrangem características novas ou distintas que resultam do funcionamento integrado do sistema Ex. taxa de natalidade – soma dos nascimentos durante um período de tempo determinado, expressa como uma fração ou percentagem do número de indivíduos de uma população. Simon (1973) demonstrou matematicamente que as hierarquias integradoras evoluem mais rapidamente a partir dos seus componentes do que sistemas não hierárquicos com o mesmo número de elementos; Mais resilientes na resposta a perturbações. Abordagem modular “Trabalho mais rápido” Sem método hierárquico “dois passos para frente e um para trás” – interrupções (perturbações) Homeostase Homeostase Alguns atributos tornam-se menos variáveis à medida que percorremos o caminho das menores às maiores hierarquias; Mecanismos homeostáticos operam em tudo tendendo a reduzir a amplitude das oscilações quando as unidades menores funcionam dentro das unidades maiores; Considerando as propriedades emergentes e o aumento de homeostase que se desenvolve a cada nível não é necessário que se conheçam todas as partes componentes antes que o todo possa ser compreendido Cada nível de um biossistema possui propriedadesemergentes e variância reduzida, além da soma dos atributos dos seus componentes subsistêmicos Taxa de fotossíntese - ao longo do dia oscila mais na folha Estudo no nível de sistemas Hierarquia tripla (sistema, sub-sistema e supra-sistema) Estatisticamente, a variância do todo é menor do que a soma da variância das partes Diferentes enfoques no estudo ecossistêmico, como a cibernética, a teoria de controle, de informação, a termodinâmica, teoria hierárquica e auto-organização. Para todos, a análise de sistemas Bertalanffy - 1937) é Pilar teórico comum; Contemporânea do próprio desenvolvimento do conceito de ecossistemas e funcionou, num primeiro momento, como forma de estruturação do pensamento; Em seu atual estágio, consiste basicamente na aplicação de métodos quantitativos nestes sistemas. (Angelini 1999) Ludwig von Bertalanffy (Biólogo) A linguagem energética criada por H. Odum, junto com as idéias ecossistêmicas de seu irmão Eugene, são a base da moderna modelagem (Odum, 1960, 1962, 1967, 1969 e 1971). http://slideplayer.com.br/slide/1252180/3/images/3/Fonte+de+energia+externa+ilimitada.jpg E P1 P2 I P3 F1 F 2 F5 F6 E Função motriz (fonte de energia) Pn Variáveis de estado (propriedades) Fn Vias de fluxo Funções interativas I H H H H S Sol ou outra fonte de energia (funções motrizes) Ciclos e depósitos de materiais (nutrientes) Exportação de energia e materiais armazenados (matéria orgânica, organismos) S Entrada de materiais (nutrientes e organismos) Estrutura biótica Sumidouro de calor Fluxo unidirecional de energia Modelagem matemática; Um modelo matemático é qualquer representação de um sistema ou processo, mas é a modelagem matemática que vem se transformando no instrumento mais eficaz da previsão de mudanças em ecossistemas. Os modelos são construídos para: Organizar a compreensão dos sistemas e ideias; Avaliar os dados observados; Fornecer o entendimento das ligações entre os componentes; Definir os problemas; fazer previsões. Pode-se classificar os modelos em: Modelos icônicos (imagens, ícones): reproduzem a aparência do objeto a ser modelado, fornecendo uma descrição apenas qualitativa, porém que sintetiza o todo. Exemplo: maquetes, mapas, diagramas de blocos, entre outros. Modelos analógicos: simulam uma situação real. Possuem grau de abstração média e são usados principalmente em engenharia. Exemplo: pequenos modelos de avião postos à prova em túneis de vento. Modelos matemáticos: o grau de abstração é máximo e representam princípios que (supostamente) regem a realidade. (Angelini 1999): Assim como a teoria de ecossistemas contribui com o desenvolvimento dos modelos matemáticos, parece óbvio que estes também têm enriquecido a teoria. Conseqüentemente tornou-se quase impossível traçar uma linha divisória entre as teoria e modelagem; Apesar dos avanços da visão ecossistêmica, as idéias dela originadas, tem sido questionadas e já foram caracterizadas como "Odumania" (Mansson & McGlade, 1993); Os principais problemas apontados pelos críticos dizem respeito a generalizações dos modelos como: 1) na identificação dos componentes, pois geralmente o número de espécies é grande mesmo em sistemas considerados simples (Um lago não é um microcosmo); 2) na agregação dos componentes funcionalmente similares numa "caixa preta"; 3) na descrição imprecisa e incompleta das interrelações, podendo acarretar noções tendenciosas do sistema (Rigler & Peters, 1991); É interessante notar entretanto a analogia feita por Ulanowicz (in: Christensen & Pauly, 1993). Para ele, o atual estágio do estudo dos ecossistemas guarda semelhança com o estágio da medicina na época de Leonardo da Vinci, faltando maior aprofundamento da "fisiologia" dos ecossistemas. (Angelini 1999) SISTEMA (COMO DELIMITADO) Ambiente de saída organismos energia Outras formas de energia sol I Ambiente de entrada organismos Tamanho do ambiente de entrada e saída Tamanho do sistema – Quanto maior, menos dependente do exterior Intensidade metabólica – Quanto mais alta a taxa, maiores a entrada e saída Rio Novo (MG) São Paulo (SP) Equilíbrio autotrófico/Heterotrófico – quanto maior o desequilíbrio, mais elementos são necessários para reequilibrar Estágio de desenvolvimento Estrutura trófica Estrato autotrófico Faixa verde Predomínio da fixação de energia luminosa Utilização de substâncias inorgânicas simples Construção de substâncias orgânicas complexas Estrato heterotrófico Faixa marrom Utilização, rearranjo e decomposição de materiais complexos Estrutura trófica em ecossistemas aquáticos Componentes não vivos do ecossistema Substâncias inorgânicas – envolvidas nos ciclos dos materiais Fatores Abióticos Ambiente atmosférico, hidrológico e do substrato, incluindo o regime climático e outros fatores físicos e químicos Produtores Organismos autotróficos, predominantemente plantas verdes que manufaturam o alimento à partir de substâncias inorgânicas simples Componentes vivos do ecossistema Foto do satélite MODIS, da Nasa - manchas fosforescentes formadas pela alta concentração de fitoplâncton. O fenômeno é conhecido como ardentia ou fosforescência-do-mar. Nesse caso, a área brilhante tem centenas de quilômetros. À direita, em sentido horário, é possível ver parte dos territórios da Irlanda, Reino Unido e França. (Foto: Nasa/Divulgação) Noctiluca scintillans Foto de satélite mostra a devastação ocorrida na região de Marabá (PA) entre 1984 e 2006. O município, onde ficam as guseiras paraenses, é o segundo mais desmatado da Amazônia. (Foto: Inpe/Divulgação) As algas azuis, algas cianofíceas ou cianobactérias, não podem ser consideradas nem como algas e nem como bactérias comuns. São microorganismos com características celulares procariontes (bactérias sem membrana nuclear), porém com um sistema fotossintetizante semelhante ao das algas (vegetais eucariontes), ou seja, são bactérias fotossintetizantes. A nitrificação é um processo químico-biológico de formação de nitrito no solo pela ação conjunta de bactérias quimiossintetizantes nitrificantes, pela ação de conversão da amônia em nitrato, ocorrendo em duas etapas. Nitrosação → a maior parte da amônia não é absorvida pelas plantas, sendo oxidadas em nitrito pelas bactérias nitrosas, que pertencem aos gêneros: Nitrossomonas, Nitrosococus e Nitrosolobus, utilizando a energia liberada nessa oxidação para produzir compostos orgânicos. A reação pode ser expressa da seguinte forma: (amônia) (nitrito) 2NH3 + 3O2 → 2H+ + 2NO-2 + 2H2O + energia Nitratação → os nitratos formados pelas bactérias nitrosas são liberados no solo e oxidados por outras bactérias quimiossintéticas chamadas nítricas (do gênero Nitrobacter). Nessa reação formam-se os nitratos, absorvidos e utilizados pelas plantas na fabricação de suas proteínas e de seus ácidos nucléicos. (nitrito) (nitrato) 2NO-2 + O2 → 2NO-3 + energia Quimiossíntese também é um metabolismo autotrófico! Nitrosomonas Nitrobacter winogradskyi NIGHT LIFE. These stalked barnacles (Vulcanolepas osheai) thrive at a vent site in the Lau Basin, between Fiji and Samoa, that's so deep that it's always pitch black there. The site is part of what biologist Charles Fisher describes as "the center of diversity for barnacles." FINE CHEMICAL DINING. Nestled in a bed of mussels are big, hairy,light- colored snails (Alviniconcha hessleri) and their darker cousins (Ifremeri nautilei). All these western Pacific–vent animals host bacteria that nurture the shellfish by filtering compounds from hydrothermal plumes and passing the chemicals on to the mollusks. Europa Washington, D.C.--Curved features on Jupiter's moon Europa may indicate that its poles have wandered by almost 90°, report scientists from the Carnegie Institution, Lunar and Planetary Institute, and University of California, Santa Cruz in the 15 May issue of Nature. Such an extreme shift suggests the existence of an internal liquid ocean beneath the icy crust, which could help build the case for Europa as possible habitat for extraterrestrial life. Macroconsumidores ou fagótrofos – organismos heterotróficos, principalmente animais, que ingerem outros organismos ou matéria orgânica particulada Microconsumidores, saprótrofos, ou osmótrofos – organismos heterotróficos, principalmente bactérias e fungos que obtêm sua energia ou degradando tecidos mortos ou absorvendo matéria orgânica dissolvida segregada por, ou extraída de plantas ou outros organismos Decompositores? Decomposição da matéria orgânica Atividades metabólicas importantes Decomposição e decompositores Carboidrato mais abundante no planeta! Diversidade de moléculas orgânicas Diversidade microbiana Decompositores! Processos Ecológicos básicos Produção Decomposição Produção – o papel da construção de moléculas orgânicas nos ecossistemas 1017 gramas (100 bilhões de toneladas) anuais de matéria orgânica Decomposição – o papel da degradação de moléculas orgânicas nos ecossistemas A degradação da matéria orgânica é um processo longo e complexo, controlando várias funções importantes no ecossistema 64 espécies de fungos bioluminescentes no planeta, mas só uma na Amazônia (Mycena lacrimans) Reciclagem de nutrientes através da mineralização da matéria orgânica morta; Quelação dos nutrientes minerais; Recuperação de nutrientes e energia por ação microbiana; Produção de alimentos para uma sequência de organismos na cadeia alimentar de detritos; Produção de metabólitos secundários que podem ser inibidores ou estimuladores e que são, muitas vezes, reguladores; Modificação dos materiais inertes da superfície terrestre produzindo o complexo característico da terra que é o solo; Manutenção de uma atmosfera que permita a vida de aeróbicos de grande massa, como nós. Hipótese GAIA Lovelock 1979 Lovelock e Margulis 1973 Lovelock e Epton 1975 A Energia nos sistemas ecológicos Os organismos, os ecossistemas e a biosfera possuem a característica termodinâmica essencial: eles conseguem criar e manter um alto grau de ordem interna (pequena quantidade de desordem ou de energia não disponível em um sistema) Alcança-se essa baixa entropia através de uma contínua e eficiente dissipação de energia de alta utilidade (luz, alimento) em energia de baixa utilidade (calor) No ecossistema, a “ordem” de uma estrutura complexa de biomassa é mantida pela respiração total da comunidade que “expulsa” continuamente a desordem Os sistemas biológicos são sistemas termodinamicamente abertos, fora do ponto de equilíbrio, que trocam continuamente energia e matéria com o ambiente para diminuir a entropia interna, à medida que aumenta a entropia externa O comportamento da energia em um ecossistema pode ser chamado convenientemente de fluxo de energia, porque, como já foi visto, as transformações energéticas são de sentido único, em contraste com o comportamento cíclico dos materiais O conceito de produtividade Define-se produtividade primária de um sistema ecológico, de uma comunidade ou de qualquer parte deles, como a taxa na qual a energia radiante é convertida, pela atividade fotossintética ou quimiossintética de organismos produtores (na sua maioria as plantas), em substâncias orgânicas Cadeias e teias tróficas Fitoplâncton 1º Nível Trófico Produtores Zooplâncton 2º Nível Trófico Consumidor 1º Sardinha 3º Nível Trófico Consumidor 2º Atum 4º Nível Trófico Consumidor 3º Tubarão 5º Nível Trófico Consumidor 4º A cadeia alimentar representada pode ter mais níveis tróficos? O que determina o limite de níveis tróficos? Polifemo visto de Pandora O legal da Ecologia é que esses princípios podem ser aplicados em outros planetas! Thanato r Bellicum pennnatum Hexapede 30 a 40 elementos necessários aos organismos vivos (dos 90 conhecidos) portanto há formas orgânicas e inorgânicas Cada ciclo pode ser dividido em dois compartimentos ou pools Pool reservatório, componente maior, de movimentos lentos, geralmente não biológicos Pool lábil ou de ciclagem, uma parcela menor, porém mais ativa que se permuta Do ponto de vista da biosfera os ciclos classificam-se em: Tipos gasosos – nos quais o reservatório está situado na atmosfera ou hidrosfera (oceanos); Tipos sedimentares – nos quais o reservatório se encontra na crosta terrestre Ciclos Biogeoquímicos A abordagem ecossistêmica da ecologia e seu entendimento da natureza como sistemas autorregulados, integrados e em equilíbrio influenciaram o pensamento ambientalista nas últimas décadas; Autores como Rachel Carson e Garret Hardin conseguiram grandes argumentos; Viglio e Ferreira (2013) Década de 60 - Movimento ambientalista; 1961 – ONGs ambientais; 1962 - Rachel Carson “Primavera Silenciosa”; 1968 - Garret Hardin -Tragédia dos comuns – conflitos entre interesses individuais de curto prazo e a busca pela de longo prazo pelo bem estar de toda a sociedade – Crescimento populacional e esgotamento dos recursos; 1968 – “Clube de Roma” - grupo de 30 especialistas de várias áreas que se reuniu para discutir a crise atual e futura da humanidade ...e assim caminha a Ecologia! Década de 70 – surgem os agentes políticos e estatais. 1972 – Clube de Roma – “Os limites do crescimento” – “commissioned by the Club from a group of systems scientists at the Massachusetts Institute of Technology” Junho - I Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente Humano - Conferência de Estocolmo Dezembro - Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente – PNUMA 1 de abril de 1979 - Three Mile Island Middletown – Pennsylvannia - EUA Década de 80 1987 –”Nosso Futuro Comum” (ou Relatório Brundtland), elaborado pela Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, presidida por Gro Harlem Brundtland, então primeira- ministra da Noruega conceito de desenvolvimento sustentável “o desenvolvimento que satisfaz as necessidades presentes, sem comprometer a capacidade das gerações futuras de suprir suas próprias necessidades” publicação do documento “ Em 26 de Abril de 1986, explodiu um reator da central de Chernobyl que libertou uma imensa nuvem radioativa contaminando pessoas, animais e o meio ambiente de uma vasta extensão da Europa Em 1989, o desastre do navio da maior petrolífera do mundo derramou 41 milhões de litros na costa do Alasca 1989 - World Meteorological Organization (WMO) e a United Nations Environment Program (UNEP) – IPCC “as an effort by the United Nations to provide the governments of the world with a clear scientific view of what is happening to the world’s climate” Conferência da ONU sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento(UNCED) - A Rio-92 (3 a 14 de junho de 1992) Declaração do Rio sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento - “Carta da Terra”, código universal de conduta para um futuro sustentável Convenção sobre Mudança Climática Convenção sobre Biodiversidade Declaração sobre os Princípios de Florestas Em 2002, a Rio+10, Conferência das Nações Unidas sobre o Desenvolvimento Sustentável, acontece na África do Sul; Limita-se a avaliar o que se implementou (ou não) das convenções da Rio-92 e, principalmente, da Agenda 21 (MMA, 2009); O resultado foi a Declaração de Johannesburgo, documento político, e o Plano de Implementação, com novas propostas práticas para a promoção do Desenvolvimento Sustentável; Frustração devido ao não cumprimento das medidas propostas 10 anos antes 2007 – Relatório IPCC - “Climate Change 2007” – prêmio Nobel da paz 2010... 2010... 2011... 2012... 2012... Algumas questões importantes O principal pressuposto da ecologia clássica ou sistêmica é a ideia que os ecossistemas são unidades autorreguladas e que seguem uma trajetória linear de desenvolvimento em direção a estabilidade no clímax; A partir da década de 1970 surgiram alguns trabalhos que questionaram essa estrutura teórica; Conceito paradigmático e suas contraposições: Perspectivas baseadas no equilíbrio e no não equilíbrio; Visões de controle unilateral e controles recíprocos; Visões de causas simples e de múltiplas causas. Viglio e Ferreira 2013 o paradigma do equilíbrio é uma das ideias mais antigas e dominantes na ecologia e foi fundamental no desenvolvimento do conceito de ecossistema; partir dos anos 1970, assistiu-se à emergência de conceitos-chaves trazidos por teorias do não equilíbrio que foram baseadas sobre propriedades de sistemas não lineares, especialmente aqueles dominados por alto nível de variabilidade temporal e espaciais - recusa a ideia de um ponto estável de equilíbrio e de um estado de clímax dos sistemas ecológicos: O conceito de múltiplos estados estáveis – sistemas não lineares com mais de um equilíbrio; O reconhecimento de uma dinâmica caótica em que as interações não lineares são sensíveis às condições iniciais (carência de previsibilidade em longo prazo); O conceito de sistemas estocásticos não equilibrados sem mecanismos regulatórios simples; A ideia de um equilíbrio inerente da natureza - conservação da biodiversidade. Em ecossistemas determinísticos - tarefa simples: deixar os sistemas ecológicos livres de distúrbios, pois assim permaneceriam em equilíbrio, conservando suas propriedades (composição de espécie e função) indefinidamente. Porém, a ciência ecológica, heterogênea e pluralística não pode ser reduzida a essa visão, que embora tenha sido detentora de certa hegemonia dentro da ecologia convive com uma pluralidade de abordagens, teorias e conceitos. Viglio e Ferreira 2013 Em tal perspectiva os distúrbios são considerados muito mais como eventos externos do que propriedades intrínsecas dos sistemas ecológicos; Os distúrbios são características intrínsecas à dinâmica dos sistemas ecológicos. Tais distúrbios podem ser naturais (queda de árvore, morte de indivíduos, mudanças climáticas) ou mesmo provocados pela ação humana; Assim as condições atuais dos sistemas ecológicos devem ser entendidas no contexto de uma trajetória de mudanças que inclui formas de uso do solo passadas, clima, distúrbios naturais, além dos processos de sucessão endógenos; Importância da História Ambiental, que reflete os padrões acumulativos de impacto de uma diversidade de processos em várias escalas. Quais as consequências dessa visão para a conservação ambiental? Viglio e Ferreira 2013 1974 Charles Sutherland Elton (1900 – 1991) 1927 - Animal Ecology Nicho ecológico Hábitat Local onde uma ou mais espécies vivem Meu endereço: Florestas de bambús, s/nº China February 23, 2009 (Peoples Daily Online) “Railway is to cut through panda habitat” The Sichuan region global hotspot (Conservation International). 12,000 species of plants and 1,122 species of vertebrates more than half of the habitat for the Earth's wild giant panda population Nicho Ecológico Posição funcional de um organismo na comunidade Estou precisando trocar de profissão!!! Biomas Biomas Terrestres A fitofisionomia é a primeira impressão causada pela vegetação (Allen, 1998) Segundo Grabherr & Kojima (1993), a fitofisionomia é uma característica morfológica da comunidade vegetal Seguindo seu conceito monoclimácico, Weaver & Clements (1938) afirmaram: “Each formation is the highest type of vegetation possible under its particular climate, and this relation makes the term climax especially significant, as it is derived from the same root as climate. The formation and climax are identical, and, hence, the same great community may be termed a formation or, for the sake of emphasis, a climax formation”. Clements (1949) definiu formação como “The climax community of a natural area in which the essencial climatic relations are similar or identical; that unit of vegetation which is the product of, under the control of, and delimited by, climate”. Coutinho, Leopoldo Magno. O conceito de bioma. Acta bot. bras. 20(1): 13-23. 2006 No Glossário de Ecologia de Watanabe (1997), uma formação vegetal, em seu sentido amplo, é um “tipo de vegetação que ocupa extensa área geográfica, com composição definida de espécies dominantes, clima particular e reconhecida pela fisionomia.” Clements (1949) encontra-se a seguinte definição para bioma: “Biome – A community of plants and animals, usually of the rank of a formation: a biotic community” Whittaker (1971) definiu bioma como “A major kind of community, conceived in terms of physiognomy, on a given continent, is a biome or formation. (Formation is used when the concern is with plant communities only, biome when the concern is with both plants and animals...)...we have to use both structure and environment when we define biomes.” Coutinho, Leopoldo Magno. O conceito de bioma. Acta bot. bras. 20(1): 13-23. 2006 Classificação de ecossistemas! Walter & Lieth (1960) elaboraram um tipo especial de diagrama ecológico de clima e publicaram um Atlas Mundial de Diagramas Climáticos, classificando os climas do mundo em nove Zonas Climáticas, distribuídas praticamente como faixas ou zonas latitudinais da Terra Cada uma dessas faixas representa uma grande unidade ecológica da geobiosfera, denominada Zonobioma Os biomas característicos de cada Zonobioma são chamados simplesmente de biomas ou eubiomas. Quando eles não correspondem, ou não refletem a zona climática em que se encontram, sendo co-determinados por algum outro fator ambiental, como altitude ou solo, eles são chamados, respectivamente, de orobiomas ou pedobiomas Coutinho, Leopoldo Magno. O conceito de bioma. Acta bot. bras. 20(1): 13-23. 2006 Zonobioma Clima Vegetação Zonal I Equatorial úmido e quente, cujas variações térmicas maiores ocorrem dentro de períodos diários Florestas pluviais tropicais sempre verdes II Tropical com chuvas de verão e inverno seco Florestas tropicais estacionais ou savanas III Subtropical árido Desertos quentes IV Mediterrâneo com chuvas de inverno e verão seco Vegetação esclerófila (chaparral, maqui) V Quente-temperado sempre úmido Florestas subtropicais sempre verdes VI Temperado úmido com inverno curto Florestas temperadas caducifólias VII Temperado árido Estepes ou desertos com inverno frio VIII Boreal Florestas de coníferas(Taiga) IX Polar Tundras Tabela 1. Classificação dos Zonobiomas de Walter (1986) com seus respectivos climas e tipos de vegetação zonal Coutinho, Leopoldo Magno. O conceito de bioma. Acta bot. bras. 20(1): 13-23. 2006 Biomas Globais Caracterização da Zona Costeira e Marinha A Zona Costeira e Marinha se estende da foz do rio Oiapoque (04º52’45’’N) à foz do rio Chuí (33º45’10”S) e dos limites dos municípios da faixa costeira, a oeste, até as 200 milhas náuticas, incluindo as áreas em torno do Atol das Rocas, dos arquipélagos de Fernando de Noronha e de São Pedro e São Paulo e das ilhas de Trindade e Martin Vaz, situadas além do citado limite marítimo. Definida por um conjunto de leis e decretos publicados pelo Governo Federal nas últimas duas décadas, alguns dos quais decorrentes de acordos internacionais assinados pelo Brasil, entre os quais se destaca a Convenção das Nações Unidas sobre o Direito do Mar (CNUDM). A faixa terrestre, de largura variável, se estende por aproximadamente 10.800 quilômetros ao longo da costa área de aproximadamente 514 mil km2 Prates; Gonçalves; Rosa (2012). A parte marinha abrange uma área de aproximadamente 3,5 milhões de km2, integrada pelo mar territorial brasileiro, de 12 milhas náuticas de largura (22,2 quilômetros); As ilhas costeiras e oceânicas; A plataforma continental – que compreende o leito e o subsolo das áreas submarinas, que se estendem além dos limites do mar territorial – A zona econômica exclusiva, medida a partir do limite exterior das 12 milhas do mar territorial até 200 milhas náuticas da costa (370 quilômetros). Em maio de 2007, a Organização das Nações Unidas aprovou o pleito brasileiro pela incorporação de mais 712 mil km2 de extensão da plataforma continental para além das 200 milhas náuticas – “Amazônia Azul”, equivalente a mais da metade de nosso território terrestre. Não há uma divisão biogeográfica oficial para orientar estudos no bioma marinho! Prates; Gonçalves; Rosa (2012). Angelini, R. (1999). Ecossistemas e modelagem ecológica. 1. In: Pompêo, M.L.M. (ed.) Perspectivas da Limnologia no Brasil, São Luís: Gráfica e Editora União. p1- 16. Begon, M., Harper, J.L. & Townsend, C.R. (1996). Ecology: Individuals, Populations and Communities. Blackwell Scientific Publications, Oxford. Begon, Townsend, C.; Harper, J.L. (2006). Ecology : from individuals to ecosystems. 4th ed. Malden, MA :. Blackwell Pub. 738 p. Kato, D. S.; Martins, L.; Al-Chueyr P. (2016). A “sociologia de plantas”: Arthur George Tansley e o conceito de ecossistema (1935). Filosofia e História da Biologia, São Paulo, v. 11, n. 2, p. 189-202. Odum, E. P. (1988) Ecologia. Rio de janeiro, Ed. Guanabara, 434 p. Prates, A. P. L.; Gonçalves, M. A.; Rosa, M. R. (2012). Panorama da conservação dos ecossistemas costeiros e marinhos no Brasil. Brasília: MMA, 2012. 152 p. Viglio, J. E.; Ferreira, L.C. (2013). O conceito de ecossistema, a ideia de equilíbrio e o movimento ambientalista. Caderno eletrônico de Ciências Sociais, Vitória, v. 1, n. 1, p. 1-17.
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