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Ecologia Geral e Urbana Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Profa. Dra. luzinete de oliveira mendonça Revisão Textual: Profa. Ms. Selma Aparecida Cesarin Biodiversidade • Fatores que influenciam a diversidade • Diversidade e predação • Teorias de equilíbrio de diversidade • Diversidade nas ilhas • Teoria do equilíbrio nas comunidades continentais • Heterogeneidade ambiental • Perturbação e dinâmica • Herbivoria e patógenos • Reguladores da biodiversidade • Biodiversidade ameaçada • Conclusão · Tratar do conceito da biodiversidade e discutimos algumas teorias a respeito do assunto. Podemos conceituar biodiversidade como a grande variedade de formas de vida que podem ser encontradas nos mais diferentes ambientes. A manutenção e origem da biodiversidade na Terra é umas das principais questões na ecologia. É fundamental ter o conhecimento se a diversidade da Terra vem se mantendo em um estado estacionário ou se está variando; esse saber nos ajuda a optar pelo ponto de vista de equilíbrio ou não equilíbrio. OBJETIVO DE APRENDIZADO Prezados alunos e alunas, Nesta unidade, vamos trabalhar o conceito da biodiversidade e discutir as diversas teorias a respeito. Podemos conceituar biodiversidade como a grande variedade de formas de vida que podem ser encontradas nos mais diferentes ambientes. Fiquem atentos às atividades propostas e aos prazos de realização e de entrega das mesmas. Não deixem de participar de nosso Fórum de discussões. Convite à leitura: leiam cada aula, façam anotações, se necessário pesquisem outros materiais além do que é fornecido. Não acumulem dúvidas, participem, perguntem! Bons estudos! ORIENTAÇÕES Biodiversidade UNIDADE Biodiversidade Contextualização Nesta unidade, vamos trabalhar o conceito da biodiversidade. Podemos conceituar biodiversidade como a grande variedade de formas de vida que podem ser encontradas nos mais diferentes ambientes. A palavra biodiversidade é formada pela união do radical grego “bio”, que significa vida, e a palavra diversidade, que significa variedade. A biodiversidade é formada por plantas, animais e micro-organismos.A maior biodiversidade é responsável por garantir o equilíbrio das espécies em todo o mundo. A maior ameaça à biodiversidade é a ação humana; a derrubada de florestas para prática da pecuária, agricultura e exploração da madeira provoca impactos sobre o ambiente alterando a cadeia alimentar, provocando a extinção de espécies animais e vegetais e poluindo solo, água e ar. A manutenção e origem da biodiversidade na Terra é umas das principais questões na ecologia. É fundamental ter o conhecimento se a diversidade da Terra vem se mantendo em um estado estacionário ou se está variando; esse saber nos ajuda a optar pelo ponto de vista de equilíbrio ou não equilíbrio. Dados fósseis indicam que nos últimos 600 milhões de anos a diversidade permaneceu constante em alguns grupos e aumentou em outros. Sabemos que espécies regionais variaram durante a história da Terra, diminuindo muitas vezes abruptamente por conta de eventos catastróficos e depois voltando a crescer em função da diversificação biológica. No entanto, é importante discutir até que ponto as comunidades locais refletem o patrimônio de espécies regionais e devemos questionar se os sistemas ecológicos realmente alguma vez chegaram a atingir algum equilíbrio. A Terra apresenta um ambiente sempre mutante para o desenvolvimento das comunidades biológicas. Durante milhões de anos da história da Terra, os organismos foram testemunhas das mudanças no clima e de outras condições físicas, rearranjo de bacias e continentes, crescimento ou diminuição de áreas montanhosas, aparecimento de novas táticas por predadores e patógenos e impactos de corpos extraterrestres. Todas essas alterações levaram o curso da evolução e da diversificação dos organismos e têm influência direta no desenvolvimento das comunidades biológicas. Os biólogos sustentam dois pontos de vista sobre a diversidade. O primeiro coloca que a diversidade aumenta sem limite ao longo do tempo, portanto os habitats tropicais, que são mais antigos que os temperados e árticos, tiveram mais tempo para obter mais espécies. O segundo ponto de vista diz que a diversidade atinge um equilíbrio, cujos fatores que removem espécies de um sistema se sobrepõem àqueles que acrescentam espécies. Durante a primeira metade do século XX, o primeiro ponto de vista se sobressaiu. Os ecólogos acreditavam que os habitats tropicais existiram desde o início da vida e que as mudanças no clima destruíram os habitats temperados e árticos, reiniciando do zero a biodiversidade. Mais recentemente, com a evolução da ecologia de populações e comunidades, estudiosos têm considerado a diversidade como um estado de equilíbrio. 6 7 Fatores que influenciam a diversidade O número de espécies varia de acordo com as condições físicas, com o número de habitat, com o isolamento dos centros de dispersão e com a produtividade primária. A estrutura da vegetação também funciona como um determinante importante da diversidade. A diversidade está relacionada também com a entrada da energia total do ambiente. Antes de falarmos sobre nicho ecológico, cabe aqui um parêntese para definirmos nicho. Nicho ecológico é a parte de um habitat com características específicas, é a maneira como cada espécie (animais ou plantas) vive e sobrevive, o conjunto de atividades que uma determinada espécie desempenha, incluindo suas refeições, reprodução, abrigo, etc. Uma forma de avaliar a diversidade de nicho em uma comunidade é usando a morfologia de uma determinada espécie como indicador, assumindo que diferenças na morfologia dessas espécies revelam diferentes modos de vida. Podemos citar como exemplo o tamanho de uma presa que é capturada e varia de acordo com o tamanho do corpo do capturador. Análises morfológicas de comunidades revelam uma densidade relativamente constante de espécies vivendo em espaços morfologicamente definidos, e conforme a diversidade de espécies aumenta, a variedade de morfologia também aumenta. Espécies, portanto, acrescentadas a uma comunidade aumentam a variedade de papéis no ambiente representados por seus membros. Para ilustrarmos a relação entre a diversidade de espécies e os papéis ecológicos, vamos dar um exemplo de uma comunidade de peixes de água doce. Na maioria dos riachos e rios, a diversidade de espécies normalmente aumenta da cabeceira até as desembocaduras dos rios. Acredita-se que à medida que o rio aumenta de tamanho, ele oferece mais oportunidades, com recursos mais abundantes e condições físicas mais favoráveis. Essa mudança tem seus reflexos na comunidade. Diversidade e predação Como já falamos, a diversidade de espécies aumenta concomitantemente com a heterogeneidade do habitat. Mesmo esses habitats com uma variedade maior de recursos ecológicos apresentam outro fator que pode contribuir para a diversidade: a predação. Produtividade mais alta se traduz em mais energia atingindo os níveis mais altos na pirâmide trófica, portanto sustentando populações maiores de predadores, com uma maior pressão de predação, maior redução na competição entre as espécies de presas, permitindo que mais presas possam coexistir. 7 UNIDADE Biodiversidade Para a permanência de populações, evitar a predação é tão importante quanto a competição, e as vias de fuga de predadores são mais um modo pelo qual as espécies podem se diversificar. É esperado que os predadores fossem mais eficientes quando se especializassem em determinadas espécies de presas que tenham um método comum de fuga. No ambiente em que muitas espécies de presas usam mecanismos semelhantes para evitar a predação, os predadores que possuem adaptações ou comportamentos que os capacitam serão mais bem sucedidos, e tais presas sofrerão um aumento na mortalidade. Ao contrário, as presas que têm adaptações diferentes para escapar serão mais favorecidas pela seleção natural.Como consequência, então, a pressão de predação deveria levar à diversificação dos mecanismos de fuga entre as presas. Vamos dar mais um exemplo: a variedade de padrões de cores e posições em repouso de mariposas reflete a variedade de fundos contra os quais se escondem durante o dia, a fim de evitar os predadores; essas variedades tendem a ser bem maiores em ambientes tropicais que em latitudes temperadas. De um lado podemos dizer que os ambientes tropicais possuem uma variedade maior de fundos pelos quais as mariposas podem se adaptar, e por outro lado, podemos dizer que a pressão de predação para que se desenvolvam táticas de fuga incomuns pode ser mais forte nos ambientes tropicais. Em ambos os casos, fica claro que os predadores apresentam um importante papel na formação das relações de nicho e na regulação da diversidade no meio. Teorias de equilíbrio de diversidade Pesquisas a respeito de padrões de diversidade apresentam várias conclusões. Pensando-se em uma escala global, há um aumento considerável na diversidade em altas latitudes em direção ao equador. A diversidade parece estar relacionada com a heterogeneidade topográfica dentro de uma região e com a complexidade de habitats locais; uma diversidade maior está associada com uma maior variedade de nicho. Para alguns estudiosos, a diversidade aumenta com o tempo e depende da idade do habitat, mas para a maioria dos estudiosos a diversidade atinge um valor de equilíbrio, no qual processos que incluem espécies e aqueles que subtraem espécies se equilibram entre si. O surgimento de novas espécies dentro das regiões combinado com a movimentação dos indivíduos entre os habitats soma-se ao número de espécies nas comunidades locais. Espécies são retiradas por exclusão competitiva, por predadores ou até por desastres regionais como um vulcão. Com a exclusão competitiva estabelecendo limites na similaridade ecológica das espécies, as comunidades poderiam se tornar saturadas de espécies e a diversidade atingir um estado estacionário. Espécies novas entrando na comunidade através de diversificação regional e migração podem, então, ser contrabalançadas por exclusão local de competidores. 8 9 Condições físicas, predadores, disponibilidade de recursos, variedade ambiental e outros fatores podem afetar o ponto de equilíbrio; assim, as condições encontradas nos trópicos podem permitir que um número maior de espécies coexista através da redução da intensidade e consequências da competição. Em cada comunidade existe um número de espécies de equilíbrio, denominado número de saturação. Essa visão ajuda a explicar o que não era ainda conhecido acerca da diversidade de espécies dentro de comunidades locais, estudando os processos acontecendo dentro de pequenas áreas. Diversidade nas ilhas Uma das formas de estudo mais determinantes está no equilíbrio da diversidade nas ilhas. Vamos considerar uma pequena ilha. A diversidade de espécie só pode aumentar por imigração de outras ilhas ou do continente. A flora e fauna do continente mais próximo forma o que chamamos de patrimônio de espécies de colonizadores potenciais. Conforme o aumento de espécies na ilha, a taxa de migração de novas espécies para a ilha diminui. No momento em que todas as espécies existentes no continente já ocorrem na ilha, a taxa de migração de novas espécies seria zero. No entanto, se uma espécie deixar de existir na ilha por inúmeras razões, a taxa de extinção aumentaria. No momento em que as curvas de extinção e imigração se cruzam, o número de espécies na ilha atinge um estado estacionário (Figura 1). As taxas de migração e extinção não variam exatamente na proporção descrita. Muitas espécies colonizam mais facilmente que outras, atingindo a ilha primeiro. Portanto, a taxa de migração em uma ilha inicialmente diminui mais rápido com o aumento da diversidade na ilha, mais do que ela diminuiria se todas as espécies na ilha tivessem igual potencial para se dispersar. Então, conforme aumentamos as espécies na ilha, aumentamos também a competição entre as espécies, e com isso aumentamos também a probabilidade de extinção pela redução da população de espécies individuais. I (Imigração) E (Extinção) Ta xa d e im ig ra çã o ou e xt in çã o Número de espécies na ilha Ŝ Figura 1. A teoria de equilíbrio da biogeografia de ilhas contrapõe a imigração e a extinção. (Ricklefs, 2003) 9 UNIDADE Biodiversidade Se a probabilidade de extinção aumenta com a diminuição do tamanho absoluto da população, as curvas de extinção são mais altas para as espécies das ilhas pequenas em relação às ilhas grandes, e as ilhas pequenas sustentam menos espécies que as grandes. A distância da ilha em relação às fontes de colonizadores do continente também diminui a curva de migração para as ilhas mais distantes e aumenta para as ilhas mais próximas. Teoria do equilíbrio nas comunidades continentais Em regiões continentais, novas espécies se formam dentro da região e chegam também de fora por imigração. A probabilidade de extinção por espécie seria aumentada em uma diversidade mais alta se a exclusão competitiva aumentasse com a diversidade, enquanto diminuiria se as relações mutualistas e vias alternativas de fluxos de energia abafassem os processos que levam à extinção. A taxa de especiação poderia se estabilizar se as oportunidades para uma diversificação adicional estivessem restritas pelo aumento da diversidade, enquanto poderia aumentar se a diversidade levasse a uma especialização maior e a uma probabilidade maior de isolamento reprodutivo de subpopulações (Ricklefs, 2003). Heterogeneidade ambiental Muitos estudos e evidências indicam que as árvores das florestas tropicais podem ser especializadas a certos solos e condições de clima. Existem espécies que se encontram principalmente em solos bem drenados das encostas e outras em solos úmidos de terras baixas. Mas a pergunta é: poderia a variação num ambiente físico nos trópicos ser a responsável por uma diversidade tão maior de plantas nos trópicos que nos ambientes temperados? Isso é pouco provável, a não ser que as plantas percebam diferenças de habitat muito mais sutis nos trópicos do que o fazem em regiões temperadas, principalmente se considerarmos que regiões temperadas têm mais diferenças nos fatores climáticos do que as regiões tropicais. Perturbação e dinâmica Vários estudiosos relacionaram a grande diversidade das florestas pluviais tropicais com a heterogeneidade de habitat criado pela perturbação. As perturbações nas comunidades são causadas pelas condições físicas, por predadores e outros fatores, abrindo espaço para sucessão por espécies adaptadas a colonizar meios perturbados. 10 11 Uma comunidade com um nível de perturbação moderado se torna uma variedade de habitats em diferentes estágios de sucessão; todos esses habitats juntos contêm uma variedade completa de espécies características em fase sucessional. Para que haja uma explicação satisfatória da hipótese de perturbação intermediária e as diferenças na diversidade entre as regiões, teríamos de observar diferenças comparáveis no nível de perturbação. No entanto, as taxas de mortalidade de árvores individuais na floresta não apresentam diferenças consideráveis entre áreas temperadas e tropicais, e nem perturbações como tempestades e incêndios têm uma frequência maior nos trópicos. Mesmo ocorrendo com frequência semelhante nas zonas temperadas e tropicais, as perturbações apresentam efeitos diversos na heterogeneidade dos ambientes. Já é bem conhecido que nos trópicos, as chuvas são mais torrenciais que nas regiões temperadas, os solos possuem menos matéria orgânica e a insolação vem diretamente de cima e na maior parte do dia. São fatores que provavelmente favoreçam uma maior heterogeneidade e proporcionem maiores oportunidades para a especialização de habitat nos trópicos. Os estudos de colonização e clareiras em florestas tropicais indicam que as espécies especialistasem clareiras não possuem maiores probabilidades de se estabelecerem em clareiras do que aquelas espécies tolerantes a sombra, que não precisam de clareiras para a germinação. Estudos mostraram também que a variação espacial e temporal na formação de aberturas causadas pela perturbação não explica a variação na riqueza de espécies arbóreas. (Ricklefs, 2003). Herbivoria e patógenos No momento em que predadores reduzem as presas abaixo da capacidade de suporte, a competição entre elas é reduzida, permitindo a coexistência de muitas espécies de presas. E, ainda, a predação seletiva nos competidores superiores permite que espécies inferiores competitivamente permaneçam no sistema. Desde muito tempo, naturalistas acreditam que tanto a herbivoria seletiva como a não seletiva influenciam a diversidade de espécies vegetais. Daniel Janzen, da Universidade da Pennsylvania, sugeriu que a herbivoria poderia promover a alta diversidade em florestas tropicais. Seu questionamento foi se os herbívoros não se alimentam de brotos, sementes e plântulas de espécies abundantes tão eficientemente que chegam ao ponto de reduzir suas densidades, permitindo que outras espécies menos abundantes possam crescer em seus lugares (Ricklefs, 2003). Muitas linhas de evidências sustentam essa hipótese, chamada “pressão de pastagem”. Podemos citar como as tentativas frustradas de estabelecer plantas em monoculturas por conta da infestação de herbívoros e muitas outras tentativas de cultivar plantações comercialmente valiosas em áreas de espécies únicas nos trópicos não têm obtido sucesso pelo mesmo motivo, pois os herbívoros evoluíram para explorá-las. 11 UNIDADE Biodiversidade Nas zonas temperadas, poucas sementes escapam da predação e dos patógenos, exatamente como nos trópicos. Se a pressão de pastagem realmente estimula uma diversidade maior nos trópicos, os herbívoros e patógenos tropicais devem ser mais especializados em comparação com as espécies de plantas hospedeiras. No entanto, poucos estudos foram realizados para definir se a pressão de pastagem é suficiente para explicar as diferenças na diversidade das espécies arbóreas. Reguladores da biodiversidade Existem vários processos importantes para a regulação da biodiversidade, os quais podemos caracterizar em função do tempo e do espaço. Na escala espaço, temos desde a abrangência das atividades de espécimes até as abrangências geográficas das populações. Em relação ao tempo, podem variar desde os movimentos individuais até a morte e substituição de indivíduos nas populações, nas interações competitivas e a evolução com a substituição dos genótipos, e chegando ao aparecimento de novas espécies através dos isolamentos das populações. O destino de uma população depende de condições físicas, competição e predação. Equilibrando tudo isso, temos a imigração de indivíduos vindos das áreas adjacentes cujas populações estão em excesso. Diversidade regional Produção de espécies Seleção de habitat Exclusão Competitiva Extinção maciça Imigração A quantidade de espécies aumenta no nível regional através da especialização Exclusão predatória Probabilidade de extinção Diversidade local Como as espécies tendem a ser epecialistas de habitat, a seleção de habitat conecta as diversidades local e regional. As interações ecológicas in�uenciam a diversidade nos níveis locais. Figura 2. Fatores que influenciam a biodiversidade (RICKLEFS, 2003). A diversidade local vai depender das taxas de extinção que são resultados da ação de predadores, de doenças, da exclusão competitiva, mudanças no ambiente, etc., e também das taxas de produção de espécies e da imigração. Então a diversidade depende além da capacidade do ambiente para sustentar a variedade de espécies e também da acessibilidade de uma região aos colonizadores, da capacidade do meio em gerar novas formas e da capacidade para sustentar uma diversidade taxonômica diante da variação ambiental. 12 13 Biodiversidade ameaçada Entre muitos problemas ambientais que a humanidade enfrenta, a perda da biodiversidade certamente é o maior desafio. Para chamar a atenção para o problema, a ONU declarou 2010 o ano da biodiversidade. Segundo estudos divulgados, a taxa de perda de espécies chega a cem vezes a da extinção natural e cresce ano a ano. Pesquisadores estimam que em média 150 espécies são extintas todos os dias no mundo e 30% delas podem deixar de existir até o final deste século. A biodiversidade é um bem essencial para a sobrevivência da humanidade, seu valor tem sido reconhecido pelos governos e pela sociedade civil em diversos acordos internacionais. A perda da biodiversidade tem atravessado sua pior crise com espécies e habitats diminuindo em taxas alarmantes; por conta disso, a convenção sobre a diversidade biológica definiu metas até 2020 para reduzir essas taxas em níveis mundiais. As listas de espécies ameaçadas de extinção, as chamadas listas vermelhas, tornaram-se mundialmente conhecidas. Foram elaboradas inicialmente para mamíferos e aves, criadas para chamar a atenção da necessidade de uma ação rápida e efetiva em favor da conservação das espécies com maior risco de extinção em um futuro próximo. No Brasil, os números mostram que a biodiversidade brasileira é um patrimônio natural imensurável. A Constituição Federal estabelece a obrigatoriedade de conservar espécies e suas funções ecológicas quando incube o poder público de “proteger a fauna e a flora, vedadas as práticas que coloquem em risco sua função ecológica e provoquem a extinção de espécies”. Esse princípio constitucional tem sido regulamentado por diversas normas legais, mas em especial pela lei de crimes ambientais (Peres, 2011). As listas com as espécies ameaçadas de extinção no Brasil são publicadas pelo Ministério do meio ambiente e são uma das principais ferramentas de conservação porque estabelecem a proteção legal imediatamente para as espécies listadas. Para que as espécies apareçam nessa lista, é necessário que três aspectos fundamentais tenham sido observados: aspectos ecológicos, sociais e econômicos. 13 UNIDADE Biodiversidade Conclusão Nesta unidade, tratamos do conceito da biodiversidade e discutimos algumas teorias a respeito do assunto. Notamos pelos estudos das comunidades biológicas que a diversidade de espécies é muito maior em regiões tropicais em relação às regiões com altitudes mais altas. A diversidade também é maior onde existem habitats heterogêneos e a entrada de energia no meio é maior. A diversidade regional é o total de espécies numa região com variedade de habitats. Em regiões onde existe uma alta diversidade de espécies, as espécies individuais têm uma maior probabilidade em serem especialistas do que as espécies que vivem em regiões com diversidade menor. A permanência de espécies numa comunidade local é determinada pelas adaptações da espécie às condições ambientais e a competitividade entre elas. Esse processo é denominado seleção de espécies. Hoje, a diversidade tem sido explicada através de teorias de equilíbrio, nas quais se coloca que a diversidade reflete um equilíbrio entre processos que acrescentam espécies e aqueles que removem espécies em uma determinada comunidade. Vimos que existem diversas explicações para a grande diversidade de espécies arbóreas nas florestas tropicais; contudo, não há evidências de que esses processos sejam mais importantes ou decisivos para a diversidade que nas regiões temperadas. Se a diversidade da comunidade fosse regulada apenas pelas interações locais entre as espécies, portanto determinada pelas condições ambientais, a biodiversidade apresentaria uma convergência entre as regiões, mas diversos exemplos mostram que as histórias específicas e configurações biogeográficas de cada região também exercem uma influência na diversidade local de espécies. Podemos concluir que a biodiversidade reflete um amplo conjunto de processos locais, regionais e históricos e também ações localizadasem escalas temporais e espaciais. Assim, para compreender os padrões de diversidade, é necessário que se leve em conta, além da história de uma região, a integração do estudo ecológico com fatores relacionados com sistemática, evolução, biogeografia e paleontologia. 14 15 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Vídeos Vídeo oficial Dia da biodiversidade BIOSFERA TV. Em inglês. Legendado em português. Duração: 5 minutos e 52 segundos. Acesso em: 06 out. 2015. https://www.youtube.com/watch?v=ccgBcOF_1Ws&spfreload=10 Biodiversidade brasileira ICMBIO. Duração: 10 minutos e 47 segundos. Acesso em: 06 out. 2015. https://www.youtube.com/watch?v=SEFwGcJYbbg Biopirataria TV BRASIL. Caminhos da reportagem. Duração: 52 minutos e 19 segundos. Acesso em: 06 out. 2015. https://www.youtube.com/watch?v=aM2ZsIJW644 15 UNIDADE Biodiversidade Referências Ricklefs, R. E. A economia da natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan S.A., 2003. 5ª ed. PERES, M. B.; VERCILLO, U. E.; DIAS, B. F. de Souza. Avaliação do estado de conservação da fauna brasileira e a lista de espécies ameaçadas: o que significa, qual sua importância, como fazer? Biodiversidade brasileira, 2011, 1: 45-48. Disponível em: <http://www.icmbio.gov.br/revistaeletronica/index.php/BioBR/ article/view/92/76> Acesso em: 06 out. 2015. 16
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