Questões respondidas - Movimento de Energia nos Ecossistemas

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Beatriz Garcez ECZ7025 (2018.2) - Ecologia de Comunidades 
MOVIMENTO DE ENERGIA NOS ECOSSISTEMAS 
Explique resumidamente como acontecem as transformações de energia em 
ecossistemas. 
A transformação de energia mais fundamental nestes sistemas é a conversão da 
energia da luz solar em energia química pela fotossíntese. As transformações de energia 
adicionais acontecem à medida que os herbívoros convergem a energia dos compostos de 
carbono nas plantas e outros autótrofos em energia que eles podem usar para seu próprio 
metabolismo, atividade, crescimento e reprodução. Analogamente, os carnívoros utilizam a 
energia dos compostos de carbono contidos em suas presas. 
A cadeia alimentar pela qual a energia passa através do ecossistema tem muitas 
conexões - plantas, herbívoros e carnívoros - os níveis tróficos - organizados como uma 
pirâmide de energia dentro do ecossistema, com menos energia atingindo cada nível trófico 
sucessivamente acima - a energia é perdida em cada nível por causa do trabalho 
executado pelos organismos naquele nível e em função da ineficiência das transformações 
das energias biológicas. 
Diferencie produções autóctone e alóctone. 
Produção autóctone é aquela matéria orgânica produzida pela fotossíntese dentro 
dos limites do ecossistema. Já a produção alóctone é a matéria orgânica importada de 
outras fontes, além da sua própria fotossíntese - importando matéria orgânica morta 
produzida em outro local, por exemplo. 
O que é produção primária? Comente sua eficiência. 
A produtividade primária é a taxa na qual a energia química ou solar é capturada e 
convertida em ligações químicas pela fotossíntese ou quimiossíntese. As plantas, as algas e 
algumas bactérias capturam a energia luminosa e a transformam em energia de ligações 
químicas, em carboidratos, pela fotossíntese - processo de assimilação de energia, - 
produção primária. A produtividade primária revela-nos quanta energia está disponível em 
um ecossistema. As plantas e outros autótrofos fotos sintéticos formam a base da maior 
parte das cadeias alimentares e são, portanto, denominados de produtores primários do 
ecossistema. 
Os pigmentos fotossintéticos que capturam a energia da luz na verdade absorvem 
somente uma pequena fração da radiação solar incidente total. Além disso, por causa das 
ineficiências nos muitos passos bioquímicos da fotossíntese, as plantas assimilam não mais 
do que um terço (normalmente muito menos) da energia da luz absorvida por aqueles 
pigmentos fotossintéticos. O resto é perdido como calor. 
Diferencie produção primária bruta (PPB) de produção primária líquida (PPL). 
A energia total assimilada pela fotossíntese representa a produção primária bruta . As 
plantas usam parte dessa energia para se manter, e manter suas necessidades metabólicas 
através da respiração. Em consequência, a biomassa das plantas contém muito menos 
energia do que a energia total assimilada. A energia acumulada na biomassa das plantas, e 
assim disponível aos consumidores, é denominada de produção primária líquida . 
 
 
 
Beatriz Garcez ECZ7025 (2018.2) - Ecologia de Comunidades 
 
Compare e confronte o movimento de energia e de nutrientes nos ecossistemas. 
Diferente da energia, a maioria da qual entra nos ecossistemas como luz e sai 
como calor, os nutrientes são regenerados e retidos amplamente dentro do sistema. A 
matéria cicla através de um ecossistema após ter sido assimilada em formas 
inorgânicas e convertida em biomassa pelas plantas. Parte daquela matéria é passada 
para a cadeia alimentar, mas toda ela, por fim, retorna às formas inorgânicas pelo 
processo da decomposição. 
Compare e confronte a medida da produtividade primária nos ecossistemas terrestre 
versus aquáticos. 
Os ecossistemas terrestres mais produtivos ocorrem nas áreas tropicais, porque 
aqueles locais têm luz solar mais intensa, temperaturas mornas durante todo o ano, 
quantidades grandes de precipitação e nutrientes rapidamente reciclados que sustentam o 
crescimento. Em latitudes mais altas, como nas regiões temperadas e polares, a 
produtividade é muito menor devido aos períodos mais curtos de luz do Sol e temperaturas 
mais baixas durante o inverno. Nos desertos que ocorrem nas latitudes de 30°N e 30°S, a 
produtividade é principalmente restringida pela falta de precipitação. 
Os ecossistemas terrestres são principalmente restringidos pela temperatura, 
precipitação e nutrientes. Além desses fatores, os ecossistemas aquáticos são também 
limitados pela luz, porque a transmissão da luz para baixo pela água é exigida para 
fotossíntese. De fato, luz abundante é uma razão pela qual os recifes de coral, que existem 
em águas rasas tropicais, são ecossistemas tão produtivos. Contudo, nos ecossistemas 
aquáticos com temperaturas e níveis de iluminação semelhantes, o determinante mais 
importante da PPL é a quantidade de nutrientes. 
 
 
 
Beatriz Garcez ECZ7025 (2018.2) - Ecologia de Comunidades 
Numa determinada latitude, que fatores ambientais determinam a produtividade de 
um ecossistema? 
A produção primária varia grandemente com a latitude. A combinação favorável de 
intensidade solar, temperaturas altas, chuvas abundantes e muitos nutrientes na maior parte 
dos trópicos úmidos resulta na mais alta produtividade da Terra. Nos ecossistemas 
temperados e polares, as baixas temperaturas e as longas noites de inverno reduzem a 
produção. 
Quais fatores ambientais determinam a produtividade de ecossistemas aquáticos? 
Os ecossistemas de pântano e alagado, que ocupam a interface entre os habitats 
terrestres e aquáticos, podem produzir mais biomassa anualmente do que as florestas 
tropicais, porque a água está continuamente disponível e os nutrientes são rapidamente 
regenerados nos sedimentos lodosos que circundam as raízes das plantas. 
No oceano aberto, os restos de organismos mortos tendem a afundar para as 
profundezas e a regeneração de nutrientes ocorre na maioria dos casos nos sedimentos do 
fundo do oceano. Os nutrientes são escassos nas superfícies iluminadas das águas, onde 
os níveis baixos de nutrientes limitam a produtividade. 
As zonas de ressurgência (onde os nutrientes atingem a superfície vindo das águas 
profundas) e as áreas de plataforma continental (onde os sedimentos do fundo em águas 
rasas trocam rapidamente nutrientes com as águas superficiais) sustentam uma produção 
maior. 
Os estuários, os recifes de coral e os leitos costeiros de algas, onde os nutrientes 
são geralmente abundantes e tendem a recircular localmente, são os ecossistemas 
marinhos mais produtivos. A produção primária nos ambientes de água doce é 
consideravelmente mais alta do que a do oceano aberto. 
Que fatores limitam a produtividade primária líquida dos ecossistemas terrestres? 
Embora a temperatura e a precipitação sejam os principais determinantes na 
produtividade primária líquida nos ecossistemas terrestres, elas também influenciam a 
disponibilidade de nutrientes. Por exemplo, nos casosde precipitação abundante, os 
nutrientes são lixiviados mais facilmente do solo e as taxas de decomposição são reduzidas 
devido aos solos encharcados. Já em casos com pouca chuva, a matéria orgânica é 
decomposta mais lentamente, liberando poucos nutrientes disponíveis para a produtividade 
primária. 
Quais fatores limitam a produtividade primária líquida dos ecossistemas aquáticos? 
A profundidade é um fator limitante de nutrientes no oceano aberto, por exemplo, 
onde os restos de animais mortos afundam e decompõem-se, liberando nutrientes muito 
abaixo da superfície e por isso a superfície dos oceanos abertos sofre de uma baixa PPL. 
Pequenos riachos são também tipicamente pobres em nutrientes e experimentam uma PPL 
baixa. Além disso, se os pequenos riachos estiverem em uma floresta, eles recebem pouca 
luz do Sol por causa da sombra das árvores, e isso reduz sua produtividade. Entre todos os 
ecossistemas aquáticos, a PPL é restringida mais comumente pela disponibilidade de 
fósforo e nitrogênio, embora o silício e o ferro possam ser limitantes em algumas áreas do 
oceano aberto. 
 
 
 
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Explique o que é o ponto de compensação e o ponto de saturação de uma planta. 
A resposta da fotossíntese à 
intensidade de luz tem dois pontos 
de referência. O primeiro, chamado 
de ponto de compensação , é o 
nível de intensidade de luz no 
qual a assimilação de energia 
pela fotossíntese equilibra 
exatamente a perda de energia 
pela respiração. Acima do ponto 
de compensação, o equilíbrio de 
energia da planta é positivo; abaixo 
do ponto de compensação, o 
equilíbrio é negativo, ou seja, a 
planta está liberando mais energia (respirando) do que está produzindo (fotossíntese). O 
segundo ponto de referência, chamado de ponto de saturação , é o nível de intensidade 
de luz acima do qual a taxa de fotossíntese não mais responde a um aumento na 
intensidade de luz. 
Explique como a luz pode limitar o crescimento no ponto de compensação de 
uma planta, mas não acima do ponto de saturação. 
Abaixo do ponto de compensação, o equilíbrio entre respiração e fotossíntese é 
negativo, ou seja, a planta está liberando mais energia (respirando) do que está produzindo 
(fotossíntese), o que limita seu crescimento, uma vez que a planta precisa de energia para 
crescer. Quando se ultrapassa o ponto de saturação, a planta não faz mais fotossíntese em 
resposta ao aumento na intensidade de luz, ou seja, ela não produzirá energia a mais, mas 
também não será limitada por isso. 
Por que deveria o crescimento da planta ser mínimo quando o nitrogênio ou o 
fósforo é aplicado sozinho, mas muito maior quando os dois são aplicados juntos? 
A produção tanto nos ambientes terrestres 
quanto aquáticos pode ser incrementada pela adição 
de diversos nutrientes, especialmente nitrogênio e 
fósforo. A adição de nutrientes estimula a produção 
na maioria dos sistemas nos quais as 
disponibilidades de nutrientes são mais baixas. 
Pesquisadores compilaram dados de experimentos 
terrestres separados (campos, florestas/arbustos e 
tundra) que haviam manipulado nitrogênio, fósforo, 
ou ambos. Todos os três tipos de ecossistemas 
terrestres sofrem aumentos na produtividade 
primária com a adição de nitrogênio ou fósforo. Nos campos e na tundra, adicionar 
simultaneamente nitrogênio e fósforo causou um aumento maior na PPL do que um ou outro 
isoladamente. Outros experimentos observaram que plantas que abrigam bactérias 
fixadoras de nitrogênio em seus sistemas radiculares respondem à adição de fósforo, mas 
não ao nitrogênio. Também sabe-se que a produção de plantas anuais (ervas e gramíneas) 
aumenta quando o nitrogênio é aplicado, mas diminuiu pela aplicação do fósforo sozinho. 
 
 
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Quando quantidades iguais de nitrogênio e fósforo são aplicadas juntas, a produção 
dispara. Evidentemente, as plantas anuais poderiam tirar vantagem do aumento de fósforo 
somente na presença de altos níveis de nitrogênio. As disponibilidades relativas de 
diferentes nutrientes têm que combinar com os requisitos das plantas para assegurar sua 
eficiência máxima. 
Comente sobre a transferência de energia entre níveis tróficos 
A quantidade que atinge o topo depende de quão eficientemente a energia 
assimilada é convertida em crescimento e reprodução - a biomassa que pode ser 
consumida pelo próximo nível trófico. As transformações bioquímicas nas plantas dissipam 
muito da energia da produção primária bruta antes de ela ser consumida pelos herbívoros 
se alimentando no próximo nível trófico. A cada passo adicional na cadeia alimentar, de 
80% a 95% da energia é perdida. 
A quantidade de energia que atinge cada nível trófico depende tanto da produção 
primária líquida na base da cadeia alimentar quanto das eficiências das transferências de 
energia em cada nível trófico. Da energia luminosa assimilada pela fotossíntese (produção 
primária bruta), as plantas usam entre 15% e 70% para se manterem, dependendo do 
ambiente e da forma de crescimento. 
Os herbívoros e os carnívoros são mais ativos do que as plantas e gastam 
correspondentemente mais de sua energia assimilada em sua manutenção. Em 
consequência, a produção em cada nível trófico é tipicamente de apenas 5% a 20% daquela 
do nível abaixo dele. Os ecólogos se referem ao percentual de energia transferido de um 
nível trófico para o seguinte como a eficiência ecológica ou eficiência de cadeia alimentar . 
Somente 1% da energia total assimilada pelos produtores primários termina como produção 
no terceiro nível trófico. Muito pouca energia está disponível para sustentar os 
consumidores nos níveis tróficos ainda mais altos. Assim, a pirâmide de energia estreita-se 
muito rapidamente à medida que se sobe de um nível trófico para o próximo . 
Por que a eficiência da transferência de energia entre dois níveis tróficos geralmente 
é bastante baixa? 
A transferência de energia entre dois níveis tróficos em uma pirâmide de energia 
dentro do ecossistema é baixa (com menos energia atingindo cada nível trófico 
sucessivamente acima) porque a energia é perdida em cada nível por causa do trabalho 
executado pelos organismos naquele nível e em função da ineficiência das transformações 
das energias biológicas. Assim, as plantas coletam somente uma parte da energia da luz 
disponível do Sol. Os herbívoros coletam ainda menos daquela energia, porque as plantas 
usam uma parte do que assimilam para se manter, e esta parte não está disponível aos 
herbívoros como biomassa de planta. O mesmo pode ser dito dos consumidores 
secundários que se alimentam dos herbívoros, e de cada nível sucessivamente mais alto da 
cadeia alimentar. 
 
 
 
 
 
Beatriz Garcez ECZ7025 (2018.2) - Ecologia de Comunidades 
Monte um esquema/diagrama (como os de Odom) que mostre o fluxo de energiasimples utilizado por um organismo em um nível trófico. 
 
O que é uma pirâmide trófica, quais seus tipos e funções? 
Uma maneira útil de pensar sobre a distribuição de energia ou biomassa entre os 
grupos tróficos em um ecossistema é desenhando uma pirâmide trófica, que consiste em 
um gráfico composto de retângulos empilhados representando a quantidade relativa de 
energia ou biomassa em cada grupo trófico. 
Por que os ecossistemas aquáticos e terrestres diferem em suas pirâmides tróficas? 
Nos ecossistemas terrestres, a distribuição de biomassa entre os níveis tróficos é 
bastante parecida com a pirâmide de energia. A maior quantidade de biomassa ocorre nos 
produtores, onde também há a maior produtividade de energia. Há menos biomassa e 
menos energia nos consumidores primários e secundários em ambientes terrestres. 
Nos ecossistemas aquáticos, a pirâmide de biomassa tem uma forma muito diferente 
da pirâmide de energia. Nesses ecossistemas, os grandes produtores são os fitoplânctons 
(pequenas algas). Em consequência, embora a produtividade das algas seja muito maior do 
que a dos consumidores delas, sua biomassa é muito menor do que a dos seus 
consumidores. Isso cria uma pirâmide invertida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Explique o que é a eficiência de assimilação. 
É a razão da energia assimilada pela ingerida, normalmente expressa em 
percentual. Os herbívoros assimilam cerca de 80% da energia vindas de sementes e de 
60% a 70% daquela na vegetação jovem. A maioria dos pastadores extraem de 30% a 40% 
da energia de seus alimentos. Os animais que comem madeira em decomposição 
assimilam somente 15% da energia de sua dieta. Os alimentos de origem animal são mais 
facilmente digeríveis do que os de origem vegetal. As eficiências de assimilação da maioria 
dos consumidores secundários variam de 60% a 90%. 
Explique o que é eficiência de consumo. 
É a porcentagem da produtividade total disponível em um nível trófico que é 
realmente consumida (ou ingerida) por um nível acima. Para consumidores primários, a 
eficiência de consumo é a porcentagem de energia que penetra nos intestinos dos 
herbívoros. Para consumidores secundários, é a porcentagem de herbívoros consumidos 
por carnívoros. O restante morre sem ser consumido e entra no sistema decompositor. 
Explique o que é eficiência de produção. 
É a porcentagem de energia assimilada que é incorporada à nova biomassa. O 
restante é perdido pela respiração, sob forma de calor. Essa taxa varia principalmente de 
acordo com a categoria taxonômica. Invertebrados têm eficiências altas (30-40%) perdendo 
pouca energia como calor respiratório. Vertebrados ectotérmicos têm valores intermediários 
(10%) e vertebrados endotérmicos, apenas 1 a 2% quanto menores, mais baixa a eficiência. 
Por que dietas diferentes de plantas resultam em eficiências de assimilação 
muito diferentes para os herbívoros? 
As plantas terrestres, especialmente as espécies lenhosas, alocam muito da sua 
produção para as estruturas que são difíceis de ingerir e digerir. Em consequência, 
mesmo que os herbívoros tenham adaptações especializadas, ainda tendem a ter 
eficiências de assimilação baixas. A maior parte da produção das plantas terrestres é 
consumida como detritos. A energia dos detritos tende a se mover para dentro da 
cadeia alimentar mais lentamente do que a energia assimilada pelos herbívoros. 
Por que as eficiências de assimilação poderiam ser muito maiores para os herbívoros 
que se alimentam de sementes do que para os herbívoros consumindo folhas? 
Os herbívoros assimilam cerca de 80% da energia em semente e 60%-70% daquela 
na vegetação jovem. Esta diferença se dá pois as sementes são estruturas produzidas 
pelas plantas para formar outro indivíduo, então sementes costumam conter uma grande 
quantidade de energia (necessária para formar um novo indivíduo) disponível para o 
próximo nível trófico. 
Como as mudanças na estequiometria afetam as eficiências de assimilação? 
Além de obter energia, os organismos devem também ter o equilíbrio correto de 
nutrientes para crescerem e reproduzirem-se. Idealmente, a taxa de nutrientes que um 
organismo precisa deve equivaler à taxa de nutrientes que consome, mas, às vezes, isso é 
um desafio. O estudo do equilíbrio de nutrientes nas interações ecológicas, como a entre 
um herbívoro e uma planta, é chamado estequiometria ecológica. Quando a razão de 
nutrientes ingeridos não equivale à razão de nutrientes necessários, os consumidores 
devem processar grandes quantidades de alimento para obter suficiente quantidade do 
 
 
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nutriente mais limitante. A estequiometria ecológica ajuda-nos a compreender por que pode 
haver uma eficiência ecológica baixa sempre que um produtor pobre em nutrientes é 
consumido por um herbívoro que exige uma dieta rica em nutrientes. Em resumo, 
compreender a estequiometria ecológica possibilita-nos explicar a razão das eficiências 
ecológicas variarem entre os níveis tróficos. 
O que é o tempo de residência? 
É o tempo que a energia permanece em certo nível trófico. O tempo de residência da 
energia está diretamente relacionado com a quantidade de energia existente em um 
determinado nível trófico: quanto maior o tempo de residência, maior a acumulação de 
energia naquele nível trófico. 
Por que os tempos de residência são muito maiores nos ecossistemas de floresta do 
que nos ecossistemas aquáticos de base fitoplanctônica? 
Porque a energia armazenada na biomassa viva é muito maior em ambientes 
de florestas. Os tempos de residência médios para os produtores primários variam de mais 
de 20 anos nos ecossistemas de floresta a menos de 20 dias nos aquáticos de base 
fitoplanctônica. Isso ocorre tanto pelo tempo de vida dos produtores primários em ambientes 
terrestres ser maior quanto por possuírem maior biomassa viva total. O fitoplânctons vivem 
poucos dias e possuem biomassa muito pequena. 
Por que deveria a Terra sustentar uma população humana maior se os 
humanos comessem produtos vegetais em vez de animais? 
Muitos estudos das eficiências e cológicas levaram à generalização de que 10% de 
energia são passados de um nível trófico para o seguinte (não é uma lei fixa). Uma 
consequência desta regra de 10% é que somente 1% da energia total assimilada 
pelos produtores primários termina como produção no terceiro nível trófico. Muito 
pouca energia está disponível para sustentar os consumidores nos níveis tróficos ainda 
mais altos. Assim, a pirâmide de energia estreita-se muito rapidamente à medida que 
se sobe de um nível trófico para o próximo. Estas observações sugerem que os 
humanos, que já comandam uma parte tão grande da produção primária total da 
Terra, podem aumentar seus suprimentos alimentares principalmente ao comer mais 
baixo na cadeia alimentar - isto é, comendo mais produtos vegetais e menos animais.