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FUNDAMENTOS DA ECOLOGIA, CADEIAS E TEIAS ALIMENTARES 1. CONTEXTUALIZANDO: Proteger o meio ambiente tem sido uma preocupação mundial. Afinal, o comportamento humano inconsciente pode trazer prejuízos consideráveis à saúde e ao ambiente. O comportamento humano inconsciente pode trazer prejuízos consideráveis à saúde e ao ambiente, pois está associado ao desaparecimento de diferentes espécies de abelhas em todo mundo, prejudicando a polinização de 70% das espécies vegetais, além de estar ligado à morte e a alterações no senso de direção de aves migratórias. Por exemplo, pardais-de-coroa-branca, durante migração do sul dos EUA e de parte do México para o Canadá, alimentaram-se de milho tratado com organofosforados. Isso causou perda das reservas de gordura e da massa corporal, ocasionando comprometimento físico, que prejudicou o voo dessas aves, e provocando atrasos de migração, direção migratória inadequada, maior risco de mortalidade e menor chance de reprodução. 2. FUNDAMENTOS DA ECOLOGIA: 2.1. HISTÓRICO: Os primeiros passos da ecologia na história têm base em relatos gregos, a partir de Teofrasto, discípulo de Aristóteles, que iniciou as primeiras descrições sobre as relações dos organismos vivos entre si e com o ambiente. As bases fundamentais da ecologia moderna foram iniciadas a partir dos primeiros trabalhos descritos por fisiologistas sobre a estrutura de plantas e animais. > SÉCULO XIX: - Acontecimento 1: No início do século XIX, Thomas Malthus (1766-1834) chamou a atenção da comunidade científica para o conflito entre as populações em expansão e a capacidade da Terra de fornecer alimento a elas. Malthus verificou que o crescimento populacional entre 1785 e 1790 havia dobrado em função do aumento da produção de alimentos, de melhores condições sanitárias e do aperfeiçoamento no combate às doenças causadas pela Revolução Industrial. Em 1798, ele publicou a obra "An Essay on the Principle of Population", na qual alertava que a população contemporânea à época crescia em escala geométrica, ao passo que a produção de alimentos crescia em escala aritmética, podendo causar escassez e fome. Assim, ele propunha que o crescimento populacional humano deveria ser controlado. - Acontecimento 2: Raymond Pearl (1879-1940), Alfred James Lotka (1880-1949) e Vito Volterra (1860-1940) desenvolveram as bases matemáticas a serem utilizadas no estudo das populações, que auxiliaram na compreensão das interações entre predadores e presas, das relações competitivas entre as diferentes espécies e do controle populacional feito pela natureza. - Acontecimento 3: O estudo da influência do comportamento instintivo e agressivo sobre a dinâmica das populações foi incentivado pelo reconhecimento da existência e a aceitação da territorialidade pelos pássaros em 1920. Konrad Lorenz (1903-1989) e Nikolaas Tinbergen (1907-1988) criaram os conceitos de comportamento instintivo e agressivo através do estudo de pássaros, ao passo que Vero Copner Wynne-Edwards (1906-1977) estudou o papel do comportamento social no controle das populações em seu livro "Animal Dispersion in Relation to Social Behavior", de 1962. > SÉCULO XIX: - Acontecimento 4: Durante o início e meados do século XX, dois grupos botânicos – um europeu e outro americano – estudaram comunidades vegetais. Os cientistas europeus estudaram a composição, a estrutura e a distribuição das comunidades vegetais, ao passo que os americanos estudaram o desenvolvimento e a sucessão de determinadas comunidades vegetais. - Acontecimento 5: Em 1920, o biólogo August Thienemann (1882-1960) introduziu o conceito de níveis tróficos, no qual a energia dos alimentos é transferida a partir dos produtores (plantas verdes) aos diferentes tipos e níveis de consumidores (animais). - Acontecimento 6: Em 1927, Charles Sutherland Elton (1900-1991) publicou os conceitos de nichos ecológicos e pirâmides de números no livro "Animal Ecology". - Acontecimento 7: Na década de 1930, Edward Asahel Birge (1851-1950) e Chancey Juday (1871-1944) desenvolveram o conceito da produção primária ou proporção, na qual a energia é gerada por meio da fotossíntese. - Acontecimento 8: Em 1942, Raymond Laurel Lindeman (1915-1942) criou o conceito trófico-dinâmico de ecologia, que detalha como é distribuído o fluxo da energia por meio do ecossistema. Assim, a ecologia moderna passou a se concentrar no conceito de ecossistema, composto por organismos integrados (biótico) e que envolve todos os aspectos do ambiente (abiótico) em qualquer área específica. Os ecossistemas possuem inter-relações estruturadas entre solo, água, nutrientes, produtores, consumidores e decomponentes. Eles funcionam graças à manutenção do fluxo de energia e ciclagem de materiais em processos e relações energéticas, chamada cadeia alimentar. Com o passar do tempo, os ecossistemas tendem à estabilidade, passando de um estado menos complexo para um mais complexo, chamado de sucessão. A principal unidade funcional do ecossistema é sua população, que ocupa um determinado nicho funcional, associada a um determinado papel no fluxo de energia e ciclagem de nutrientes. 2.2. ECOLOGIA: A palavra ecologia vem do prefixo grego oikos, que significa “casa”, e do sufixo logos, que significa “estudo”. Assim, a ecologia corresponde ao estudo da casa ou do ambiente e das inter- relações dos organismos vivos no meio físico. A ecologia é considerada uma das ciências mais complexas e amplas, pois, ao compreender o funcionamento da natureza, ela estuda diferentes campos da ciência, como evolução, genética, citologia, anatomia e fisiologia. A ecologia é uma ciência voltada para a natureza, com a função de investigar as relações entre os seres vivos e o ambiente, abordando onde e como estes seres vivem e o que os faz viver em um determinado local. A ecologia possibilita compreender como certas espécies são capazes de influenciar uma determinada população e os impactos desta sobre o ambiente. Em função de seu nível de organização, autocologia pode ser subdividida em autoecologia e sinecologia. Autoecologia corresponde ao estudo de uma determinada espécie, seu comportamento e os mecanismos adaptativos que garantem a sobrevivência dela em determinado ambiente. Realiza-se, na sinecologia, a análise dos diferentes grupos de organismos que interagem entre si e também com o ambiente em que se encontram e vivem. A ecologia é uma ciência que se preocupa em estudar biologias vegetal e animal, taxonomia, fisiologia, genética, comportamento animal, meteorologia, pedologia, geologia, sociologia, antropologia, física, química e matemática. Esta ciência se desenvolveu ao longo do estudo das plantas e dos animais, sendo que a ecologia vegetal se preocupa em estudar as relações entre as plantas e o seu ambiente. Já a ecologia animal foca a dinâmica, a distribuição e o comportamento das populações animais e suas inter-relações com o ambiente. Tanto a ecologia vegetal quanto a animal podem ser avaliadas a partir do estudo das inter- relações entre um animal ou vegetal e seu ambiente (autoecologia) ou pelo estudo de comunidades (sinecologia). - Autoecologia: a autoecologia, ou estudo clássico da ecologia, é experimental e indutiva, uma vez que está interessada no relacionamento de um animal ou vegetal com uma ou mais variáveis. Além disso, a autoecologia contribui com dois importantes conceitos. O primeiro consiste na constância da interação entre um animal ou vegetal e seu ambiente, o segundo, na adaptabilidade genética das populações animais ou vegetais às condições ambientais em que vivem - Sinecologia: a sinecologia tem caráter filosófico dedutivo e descritivo, sendo constituída por conceitos que estão ligados ao ciclo dos nutrientes, das reservas energéticas e da formação e do desenvolvimento de ecossistemas. A sinecologia pode ser subdividida de acordo como tipo de ambiente, ouseja, como terrestre ou aquático. - Ecologia terrestre: a ecologia terrestre pode ser subdividida de acordo com o foco da análise dentro do estudo de florestas e desertos, abrangendo aspectos como microclimas, ciclos hidrológicos, química e fauna dos solos, ecogenética e produtividade. Vale destacar que os ecossistemas terrestres são influenciados por animais e vegetais e estão sujeitos a flutuações ambientais, enquanto os ecossistemas aquáticos são mais afetados pelas condições da água, de correntes e da composição química. - Ecologia aquática: a ecologia aquática, ou limnologia, propõe-se a estudar a ecologia de cursos d’água, águas correntes e lagos. Já a ecologia marinha foca o estudo da vida em mar aberto e estários. - Geografia ecológica animal e vegetal: a geografia ecológica animal e vegetal é o estudo da distribuição geográfica das plantas e dos animais. - Ecologia populacional: a aecologia populacional se preocupa em estudar o crescimento populacional, a mortalidade, a natalidade, a competição e a relação predador-presa. - Ecologia genética: a ecologia genética tem como foco o estudo de genética, ecologia das raças e espécies. - Ecologia comportamental: a ecologia comportamental aborda as relações comportamentais entre os animais e o ambiente, e as interações que afetam a dinâmica das populações animais. - Ecoclimatologia: a ecoclimatologia tem como foco as interações entre o ambiente físico e os animais e vegetais. - Ecologia dos sistemas e ecologia aplicada: a ecologia dos sistemas analisa a estrutura e a função dos ecossistemas, utilizando a matemática aplicada e os seus modelos. A análise de dados e resultados incentivou o desenvolvimento da ecologia aplicada, que estuda a aplicação dos princípios ecológicos no manejo dos recursos naturais na produção agrícola e na poluição ambiental. 2.3. NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO NA ECOLOGIA A ecologia tem como base níveis hierárquicos de organização que vão desde os sistemas mais simples até os mais complexos. Essa hierarquia de organização é definida a partir dos conceitos de população, comunidade, ecossistema e biosfera. - População: corresponde ao conjuntos de organismos de uma mesma espécie que vivem juntos em uma determinada área e que apresentam maiores probabilidades de se reproduzirem entre si, em vez de se reproduzirem com indivíduos de outras populações. - Comunidade: corresponde ao conjunto de populações de uma determinada região ou área geográfica. - Ecossistema: corresponde ao conjunto formado pela comunidade e os fatores abióticos. - Biosfera: corresponde ao conjunto formado por todos os seres vivos do planeta e suas relações em geral. Outro fator importante na ecologia é o estudo do habitat e o papel de certa espécie em determinada comunidade, e de como os indivíduos de uma população específica se comportam em comunidade. > AMBIENTE ABIÓTICO X AMBIENTE BIÓTICO: O ambiente onde os organismos vivem é constituído por um ambiente abiótico e um ambiente biótico. Veja a diferença entre esses componentes! - Ambiente abiótico: O ambiente abiótico ou físico é formado por fatores estáveis (como geomorfologia, geologia, pedologia, topografia) que levam à formação dos mais distintos relevos e paisagens e fatores variáveis, como o clima e a disponibilidade de nutrientes; ou seja, é formado pelo ambiente físico propriamente dito e o clima, que são estudados pela geomorfologia e pela climatologia. A geomorfologia foca os fatores que compõem a formação das diferentes formas de relevo e paisagens em suas resistências e fragilidades. Assim, a geologia oferece as características dos diversos tipos de rochas; a pedologia, as características dos diversos tipos de solos; e a topografia, as diversas altitudes de cada paisagem. A climatologia estuda o que é relacionado aos diferentes tipos de micro, meso e macroclimas existentes no planeta Terra. - Ambiente biótico: O ambiente biótico é aquele que envolve as interações entre os organismos, em que são incluídos aspectos de competição, predação, herbivoria, reprodução e dispersão, também denominadas interações intraespecíficas e interespecíficas, que levam à formação do padrão de distribuição das diferentes espécies, sua abundância ou paucidade. A espécie humana, embora não seja a mais abundante, é a que mais interfere na manutenção dos ambientes biótico e abiótico. Em outras palavras, o ambiente biótico envolve as interações entre os organismos em que estão incluídas as ações antrópicas (alterações provocadas pelo homem no ambiente) causadas pelas modificações na biodiversidade animal, vegetal e mineral. > INTERAÇÕES ENTRE OS AMBIENTES ABIÓTICO E BIÓTICO: Tanto os fatores bióticos quanto os abióticos afetam a distribuição e a sobrevivência dos seres vivos; em dado momento, favorecem uma determinada espécie e, em outro, podem desfavorecê-la. As interações abióticas também interferem no componente biótico, em virtude da alteração de fatores como geologia, topografia, disposição e estrutura dos solos e clima, conforme você pode observar na figura a seguir: > CONTRIBUIÇÃO DA GEOLOGIA E DA PEDOLOGIA PARA OS SERES VIVOS: Os compostos inorgânicos do solo são formados a partir do intemperismo das rochas (decomposição por processos físicos sem alteração das propriedades químicas) . As grandes variações das temperaturas proporcionam a quebra das rochas em pedaços menores, o que facilita a ação da água. As rochas também podem sofrer ação do intemperismo químico. Isso acontece quando o dióxido de carbono, ao ser dissolvido pelas águas da chuva, forma um meio ácido que reage com as rochas – como o calcário, resultando em carbonato de cálcio, ou com o feldspato de rochas ígneas, formando argila e carbonato de potássio. O carbonato de potássio, ao se acumular na matéria orgânica, pode ser utilizado pelas plantas. As rochas ígneas são formadas a partir do resfriamento do magma derretido ou parcialmente derretido, com ou sem cristalização, abaixo ou próximo à superfície. O magma é produzido a partir do derretimento parcial de rochas existentes na crosta terrestre. Outros minerais também podem ser produzidos através do intemperismo físico, como ferro, magnésio e alumínio. Também contribuem para a formação dos solos o processo de erosão (desgaste, transporte e sedimentação do solo, substratos e rochas pela ação da água, ventos e seres vivos) e o processo de sedimentação (desgaste das rochas e do solo a partir de agentes externos, que levam à formação das rochas sedimentares). > CONTRIBUIÇÃO DA TOPOGRAFIA PARA OS SERES VIVOS: A altitude e a forma do relevo têm papel muito importante na distribuição e na abundância dos organismos, uma vez que a temperatura diminui com o aumento da altitude, selecionando as espécies capazes de sobreviver nesse ambiente. A presença de escarpas (forma de relevo em transição entre diferentes províncias geográficas, que envolve uma elevação aguda superior a 49º que forma um penhasco ou encosta íngreme) requer, das espécies animais e vegetais, habilidades específicas para viver nesse ambiente, além da disponibilidade de água local. A topografia dos oceanos, mares, rios e lagos é importante para os organismos aquáticos, pois a luz solar vermelha pode ser absorvida por até 30 metros, ao passo que a luz verde e a luz azul penetram por até 140 metros, onde se encontram algas verdes. Nos oceanos e mares, a camada superficial da coluna de água (zona fótica) é iluminada pela luz solar, que pode atingir até 100 metros de profundidade e, em águas tropicais, pode chegar a até 600 metros. A zona fótica é fundamental, pois lá ocorre a produção primária através da fotossíntese realizada pelo fitoplâncton ou por vegetais bentônicos (vivem no substrato dos fundos dos cursos de água, lagos, rios, mares e oceanos) em áreas nas quais a luz atinge o fundo do ecossistemaaquático. Na zona fótica, há uma alta concentração da quantidade de vida nos oceanos e mares; tal zona pode ser subdividida em camadas eufótica e distrófica. - Zona eufótica: na zona eufótica, localizada próxima à superfície, a intensidade de luz é maior e suficiente para a produção primária de energia por fotossíntese realizada pelo fitoplâncton, responsável por 90% da produção. - Zona diastrófica: na zona diastrófica, que apresenta pouca iluminação, é possível encontrar fitoplâncton, assim como peixes e seres invertebrados. - Zona afótica: abaixo da zona diastrófica, está a zona afótica, na qual a luz solar não é detectada e, por isso, há a seleção de seres vivos com habilidade de sobreviver nesse ambiente. > CONTRIBUIÇÃO DA LATITUDE PARA OS SERES VIVOS: O Sol é a principal fonte de luz e de calor para a Terra, e o comprimento dos dias e a intensidade luminosa diária são fatores decisivos para a sobrevivência dos seres vivos em determinados locais. A rotação da Terra em torno do seu eixo cria o dia e a noite. Já a inclinação do seu eixo, juntamente com a translação, faz parte do fato de o nosso planeta se voltar para o Sol ao longo do ano, criando as estações. Na linha do Equador, em função da rotação e da translação da Terra em seu eixo, os comprimentos do dia e da noite são praticamente idênticos. Contudo, nas altas latitudes e nos polos da Terra, isso pode levar ao surgimento de dias e de noites com 24 horas no verão e inverno, respectivamente. Nas latitudes médias, localizadas próximas aos trópicos, os dias se tornam mais longos no verão e mais curtos no inverno. > CONTRIBUIÇÃO DO CLIMA E DAS CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS PARA OS SERES VIVOS: Em diferentes condições topográficas, de relevo e de latitude, são encontrados climas com variações anuais (estações do ano) que influenciam os ciclos abióticos e bióticos, como a fenologia (estudo dos fenômenos periódicos dos seres vivos e suas relações com as condições ambientais, tais como migração das aves, floração e frutificação) e ritmos circadianos (período de 24 horas no qual se baseia o ciclo biológico dos seres vivos, influenciado pela quantidade de luz, temperatura, marés e ventos entre o dia e a noite). As variações nas estações do ano são observadas, com maior facilidade, nos seguintes casos: - Nos animais, que apresentam mudanças do comportamento (hibernação e migração); - Nas plantas que apresentam características fenológicas (senescência, floração e brotamento) > DISTRIBUIÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES PLUVIOMÉTRICAS: A distribuição do regime de chuvas é importante não apenas para a existência de determinados tipos taxonômicos, constituindo a formação de territórios similares e territórios antagônicos, mas também para a distribuição de alguns grupos de seres vivos que necessitam de grande quantidade de água para sobreviver. A distribuição das precipitações pluviométricas é um condicionante climático em que as atividades pluviométricas são determinadas através do ambiente climático. - Na zona equatorial, as precipitações pluviométricas podem ser abundantes e apresentar quantidades moderadas, médias e altas. - As zonas subtropicais e áreas circunvizinhas aos polos são relativamente secas. - As zonas litorâneas ocidentais nos subtrópicos tendem a ser secas; já as litorâneas orientais, úmidas. - Nas altas latitudes, as costas ocidentais são mais úmidas que as orientais. - Nas vertentes a barlavento (lado em que sopra o vento) das montanhas, as atividades pluviométricas são abundantes, mas nos lados do solavento (lado oposto de onde sopra o vento) são esparsas. - As áreas próximas dos grandes corpos hídricos recebem mais precipitação que o interior dos continentes, que se localizam distantes das fontes oceânicas e do suprimento de umidade. > CONTRIBUIÇÃO DAS CATÁSTROFES PARA OS SERES VIVOS: Existem diversos fenômenos naturais gerados pela movimentação da terra, do ar ou da água e que são capazes de interferir na estrutura essencial para a vida. Eles são chamados de desastres naturais, como incêndios, deslizamentos, erupções vulcânicas, terremotos e furacões, e são capazes de modificar os ambientes biótico e abiótico, alterando a capacidade de adaptação das espécies animais e vegetais em determinados locais. Os desastres naturais são classificados em tempestades, terremotos, maremotos, furações, ciclones e tufões, secas, erupções vulcânicas e inundações. Confira, a seguir, a definição de cada um desses fenômenos. - Tempestades são constituídas por chuvas intensas de granizo, neve, areia ou raios e podem ser destrutivas conforme a quantidade precipitada e a força, podendo levar a deslizamento de terras e de gelo e a quedas de árvores. - Terremotos são chamados de abalos sísmicos e representam fenômenos de vibração brusca e passageira da superfície da Terra. São provocados pela movimentação das placas tectônicas, pela atividade vulcânica e pelos deslocamentos de gases no interior da Terra. - Maremotos são os terremotos que acontecem no interior dos mares, provocando grandes deslocamentos de água. - Furacões, ciclones e tufões são fenômenos causados pelo deslocamento abrupto de grandes massas de ar, que, dependendo da força, podem destruir um ecossistema. - A seca intensa das últimas décadas é uma consequência do aquecimento global, gerando a expansão do processo de desertificação de diversas áreas. - Erupções vulcânicas levam à expulsão de lava pelos vulcões e têm a capacidade de destruir as comunidades, a flora e a fauna. - Inundações e enchentes são fenômenos da natureza que podem ser intensificados pela ação humana. São causadas pelo aumento de quantidade das chuvas e provocam desabamentos que podem alterar determinado ecossistema. O Brasil, por sua localização e pela distância que se encontra das divisões das placas tectônicas, não é alvo de muitas ocorrências naturais, porém sua topografia faz com que sejam comuns problemas causados por situações extremas de chuvas e de secas. > CONTRIBUIÇÃO DA AÇÃO ANTRÓPICA PARA OS SERES VIVOS E O AMBIENTE: Os fatores antrópicos são decorrentes da ação do homem sobre o ambiente, podendo ser causados por construções de cidades, barragens e diques; assoreamento de corpos d’água; mudança do curso de rios; exploração do subsolo; e alteração dos componentes do solo, da água e da atmosfera. Ao formar novos ambientes urbanos, o homem modifica a biodiversidade local; a cobertura vegetal natural; a composição química do solo e subsolo; os cursos e a composição da água; além de promover a introdução de espécies exóticas. Barragem hidrelétrica, um dos fatores antrópicos. O homem, ao realizar esses feitos por onde passa, deixa marcas conhecidas como pegadas ecológicas, modificações na natureza ou impactos ambientais. Conforme o tamanho do aglomerado urbano, os efeitos podem ser individuais (microescala) ou regionais (macroescala). Em ambientes urbanos com menos de 20 mil habitantes, os efeitos ambientais são locais. Naqueles com milhões de habitantes, são regionais. Contudo existem casos de ações individuais com capacidade de causar danos regionais, como a poluição marinha derivada do derramamento de óleo no mar em função do vazamento de petróleo de navios ou plataformas e do lançamento no mar de água utilizada na lavagem de tanques (reservatórios) de petróleo dos navios petroleiros. O petróleo pode atingir diretamente as aves e os animais marinhos, causando a morte dessas espécies, e pode ficar na superfície da água marinha, impossibilitando a penetração dos raios solares e a fotossíntese por várias espécies de algas. Quando atinge os mangues, o petróleo polui e contamina o ambiente, provocando a morte de várias espécies vegetais e animais. Vazamento de petróleo, exemplo de fator antrópico. O petróleo pode atingir as praias, que se tornam impróprias para os banhistas, afetando o setor turístico da região e trazendoprejuízos econômicos. > SEQUÊNCIA DE ORGANIZAÇÃO DOS SERES VIVOS: - Organismo: corresponde à forma individual de vida, cujo corpo é constituído por órgãos, organelas ou outras estruturas que interagem fisiologicamente, executando os diferentes processos fisiológicos e bioquímicos necessários à vida. - População: conjunto de indivíduos de uma mesma espécie. - Comunidade: é formada por grupos populacionais integrados que coexistem em um determinado habitat ou ambiente. - Ecossistema: corresponde ao conjunto de comunidades vivendo em diferentes compartimentos de um mesmo ambiente, partilhando características físicas, químicas e biológicas que influenciam a existência de determinadas espécies animais ou vegetais. O ecossistema pode ser dividido em terrestre e aquático. - Bioma: corresponde ao conjunto de seres vivos em uma determinada área ou conjunto de ecossistemas. O Brasil apresenta seis tipos de biomas: 1. A Amazônia ocupa cerca de 50% do país (região Noroeste). 2. O cerrado representa 24% do país (região Centro-Oeste). 3. A Mata Atlântica abrange 13% do país (regiões Sul e Sudeste). 4. A caatinga representa 10% do país (região Nordeste). 5. Os pampas ocupam 2% do país (região Sul). 6. O Pantanal possui a extensão de 2% do país (região Centro-Oeste). 3. CONCEITOS BÁSICOS EM ECOLOGIA: > GLOSSÁRIO ECOLÓGICO: - Biodiversidade ou diversidade biológica: Conjunto de espécies de seres vivos (animais e vegetais) que compõem a vida na Terra ou que estão presentes em determinada região, compondo a diversidade genética e a variedade dos ecossistemas em determinada área ou bioma do planeta. - Biosfera: Toda vida animal ou vegetal. Inclui a vida na superfície da Terra, em rios, lagos, mares, oceanos e parte da atmosfera. - Biótopo: Área física na qual determinada comunidade vive. - Ciclo biogeoquímico: Processo que envolve a energia e a matéria, que se movimentam pelo ambiente de forma cíclica, fazendo a ciclagem dos nutrientes essenciais à manutenção da vida. - Comunidade ou biocenese: Conjunto de populações de diversas espécies animais e/ou vegetais que habitam uma mesma região em um determinado período. - Consumidores: Seres vivos que se alimentam dos seres vivos produtores (consumidores primários) ou de outros consumidores (consumidores secundários ou terciários). Aqui estão inclusos os detritívoros ou seres vivos que se alimentam de restos orgânicos. - Decompositores: Seres vivos que reciclam a matéria orgânica, decompondo-a e degradando-a até a formação da matéria inorgânica, que é reaproveitada pelos produtores, continuando o ciclo. - Ecossistema ou sistema ecológico: Conjunto formado pelo ambiente físico e pela comunidade que se relaciona com ele. - Ecótono: Região de transição entre duas comunidades ou dois ecossistemas. Na área de transição ou ecótono, encontra-se um grande número de espécies animais e vegetais e, portanto, um grande número de nichos ecológicos. - Equilíbrio ecológico: Interações entre os seres vivos; é mantido através da cadeia alimentar. - Espécie: Conjunto de seres vivos semelhantes estrutural, funcional e bioquimicamente, que se reproduzem de forma natural e originam descendentes férteis. - Habitat: Lugar específico em que uma espécie animal ou vegetal pode ser encontrada dentro do ecossistema. - Nicho ecológico: Papel que o organismo animal ou vegetal desempenha no ecossistema. - População: Conjunto de seres vivos de uma mesma espécie que vivem em uma mesma área, em um determinado período. - Produtores: Todos os seres vivos autotróficos clorofilados; estão presentes em todas as cadeias alimentares. Os produtores transformam a energia luminosa em energia química, o único processo de entrada de energia em um ecossistema. - Relações ecológicas: Interações que ocorrem entre os seres vivos dentro dos ecossistemas; podem ser entre indivíduos da mesma espécie (intraespecífica) ou de espécies diferentes (interespecíficas). As relações ecológicas podem ser benéficas (positivas) ou prejudiciais (negativas). - Teias alimentares: Várias cadeias alimentares que se relacionam, representando o que ocorre na natureza. 4. CADEIAS ALIMENTARES: > CADEIA ALIMENTAR: CONCEITO E COMPONENTES: A cadeia alimentar pode ser compreendida como as relações alimentares entre os seres vivos que constituem uma biota, na qual se realiza o fluxo contínuo de energia e matéria entre eles. Essa cadeia tem seu início com os produtores e termina com os decompositores, que promovem a absorção final de nutrientes e energia entre os seres vivos. No que diz respeito aos seres vivos que compõem a cadeia alimentar, eles são classificados em produtores, consumidores e decompositores, os quais se encontram em nível trófico distinto. Vamos conhecer melhor esses três componentes? Os produtores são os seres vivos capazes de produzir ou fabricar o seu próprio alimento a partir da realização da fotossíntese e, por isso, são chamados de seres vivos autótrofos. Estes representam o primeiro nível trófico da cadeia alimentar e não têm a necessidade de se alimentar de outros organismos, por exemplo, as plantas e o fitoplâncton. Os consumidores são os seres heterótrofos, ou seja, não produzem o seu próprio alimento e, por isso, necessitam de outros seres para obter a energia necessária para sobreviver. Os consumidores são classificados em: - Primários (herbívoros que se alimentam dos seres produtores); - Secundários (carnívoros que se alimentam dos consumidores primários); - Terciários (carnívoros de grande porte e outros predadores que se alimentam dos consumidores secundários). Também neste nível trófico estão os detritívoros ou animais que se alimentam de restos orgânicos. Os decompositores são seres vivos que se alimentam da matéria orgânica em decomposição (obtendo nutrientes e energia), transformando-a em matéria inorgânica a ser utilizada pelos produtores. A partir disso, ocorre o recomeço do ciclo de energia e matéria orgânica na cadeia alimentar. O nível trófico representa a ordem em que a energia flui em uma determinada cadeia alimentar. As pirâmides ecológicas representam as interações tróficas entre as diferentes espécies em uma comunidade localizada em um determinado ambiente. > CADEIA ALIMENTAR: CLASSIFICAÇÕES: - Cadeia alimentar terrestre: A cadeia alimentar terrestre pode ser demostrada pela figura a seguir, em que as plantas correspondem aos produtores, que são consumidos pelos consumidores primários (insetos), que, por sua vez, são consumidos pelos consumidores secundários (anfíbios). Em seguida, estes são consumidos pelos consumidores terciários (répteis). Finalmente estes, pelos consumidores finais (aves de rapina). Depois de mortos, os restos orgânicos de todos estes seres serão utilizados como fonte de energia e para os organismos decompositores que, depois de realizarem o processo de mineralização (transformação de substâncias orgânicas em inorgânicas), levam ao início de um novo ciclo, no qual as substâncias inorgânicas serão utilizadas pelos consumidores primários (plantas). - Cadeia alimentar aquática: A cadeia alimentar aquática, representada na figura a seguir, demonstra que os produtores (fitoplâncton) são consumidos pelos consumidores primários (zooplâncton) que, por sua vez, são ingeridos pelos consumidores secundários (peixes de pequeno porte). Estes são consumidores pelos consumidores terciários (peixes de médio porte), que finalmente serão ingeridos pelos consumidores quaternários (superordem Selachimorpha). Todos estes, ao morrerem, serão fonte de energia e matéria para os organismos decompositores presentes no fundo do mar. Depois de realizarem o processo de mineralização (transformação de substâncias orgânicas em inorgânicas), tem início um novo ciclo. 5. TEIAS ALIMENTARES: Na natureza, alguns seres vivos podem ocupar vários papéis em diversascadeias alimentares, uma vez que diferentes espécies animais podem buscar um cardápio variado, alimentando-se de diferentes consumidores na cadeia, ou servindo de alimento para outros consumidores na mesma ou em outra cadeia alimentar. Isso leva a um cruzamento de cadeias alimentares chamado teia alimentar. Na teia alimentar, uma mesma espécie animal pode ocupar diferentes papéis, dependendo de qual cadeia está envolvida. A teia representa o que ocorre na natureza, pois demonstra as diversas relações que existem entre os seres vivos. Em uma cadeia alimentar, o fluxo das setas é unidirecional, ao passo que, na teia alimentar, existem várias setas pelo maior número de interações alimentares e fluxo de energia entre os organismos envolvidos. Veja a figura a seguir. Nela é possível observar um exemplo de teia alimentar em que os vegetais são os produtores e são consumidos tanto por herbívoros quanto por insetos. Os insetos podem ser consumidos pelos roedores e aves, e estes são consumidos por raposas e aves predadoras. Os lobos podem tanto consumir os herbívoros quanto as raposas. Um exemplo de teia alimentar mais complexa é representado nesta outra figura, a seguir, em que ocorre o fluxo de energia e matéria envolvendo seres vivos aquáticos e terrestres. Os produtores são representados pelo plâncton vegetal, consumido por plâncton animal, moluscos de água doce e camarões de água doce. O plâncton animal é ingerido por larvas de insetos; as plantas aquáticas, por castores e pássaros; e os moluscos de água doce, por pássaros e peixes. Os besouros são consumidos por rãs e peixes, e os peixes menores são consumidos por peixes maiores, e estes, por ursos e lontras. FLUXO DE ENERGIA, NÍVEIS TRÓFICOS E CICLOS BIOGEOQUÍMICOS 1. FLUXO DE ENERGIA: > TRANSFERÊNCIA DE MATÉRIA E ENERGIA EM UM ECOSSISTEMA: O Sol é considerado a fonte básica de energia para a manutenção da vida na Terra. As plantas obtêm a energia dele através de reações químicas e a armazenam na forma de ligações químicas. Os vegetais, por meio da fotossíntese, absorvem energia solar e gás carbônico da atmosfera através de folhas, raízes, água e sais minerais do solo; então, eles produzem matéria orgânica e liberam gás oxigênio. Por esse motivo, as plantas são denominadas organismos autotróficos. Observe a figura a seguir que sintetiza essa explicação! Os organismos autotróficos podem servir de alimento para algumas espécies animais, uma vez que estes não conseguem produzir o próprio alimento e, por isso, são classificados como organismos heterotróficos. Assim, a matéria e a energia dos organismos autotróficos são transferidas para os seres vivos heterotróficos dentro do ecossistema, > CADEIAS ALIMENTARES: Como já visto anteriormente, a cadeia alimentar representa as relações alimentares entre os seres vivos que constituem uma biota, em que se realiza o fluxo contínuo de energia e matéria entre eles. Ela sempre se inicia com os seres vivos produtores e termina com os decompositores, que promovem a absorção final de nutrientes e energia entre os seres vivos. A cadeia alimentar se traduz por meio das relações alimentares entre os diferentes seres vivos. Os componentes da cadeia alimentar são os produtores, os consumidores e os decompositores, estando cada um deles em um nível trófico distinto. Observe a ilustração abaixo que exemplifica uma cadeia alimentar. Em função da diversidade de seres vivos que habitam o planeta Terra, cada um deles pode fazer parte de mais de uma cadeia alimentar, muitas vezes, ocupando posições distintas e diferentes, conforme a fonte de matéria orgânica adquirida. O conjunto constituído pelos seres vivos autotróficos (plantas) e heterotróficos (gafanhoto, sapo, cobra) forma o nível alimentar ou nível trófico. > TEIAS ALIMENTARES: Os mesmos seres vivos podem integrar mais de uma cadeia alimentar, fazendo com que as cadeias não sejam isoladas e formando redes ou teias alimentares. Assim, a teia alimentar corresponde a um conjunto de cadeias alimentares interligadas, representando as relações entre os diferentes organismos que constituem um ecossistema. Como exemplo, observe, atentamente, o esquema a seguir. > CIRCULAÇÃO DA MATÉRIA: A matéria circula ao longo das cadeias alimentares dentro do ecossistema. Estas têm início a partir dos organismos produtores que, com a energia solar e fotossíntese, têm a capacidade de transformar a matéria mineral em matéria orgânica. A matéria orgânica, por sua vez, passa dos produtores para os consumidores quando estes se alimentam de organismos produtores. Quando os produtores e consumidores morrem, a matéria orgânica deles é utilizada pelos organismos decompositores, que vão transformar a matéria orgânica em matéria mineral através da decomposição. Essa matéria mineral agora passa a fazer parte do solo/ambiente e será utilizada pelos organismos produtores para sintetizarem novamente matéria orgânica, reiniciando o ciclo da matéria. Vamos ver um exemplo disso? Observe este esquema: > FLUXO DE ENERGIA: Diferentemente do fluxo da matéria em uma cadeia alimentar de um determinado ecossistema, o fluxo de energia segue um caminho unidirecional, uma vez que a energia gasta ou perdida não é reaproveitada. A energia que inicialmente entra no ecossistema é a energia solar, que vai ser transformada em energia química pelos organismos produtores, ou autotróficos. Os organismos autotróficos, ao serem utilizados como alimento pelos animais consumidores (herbívoros), transferem a energia disponível; e essa energia será passada dos animais consumidores primários (herbívoros) aos consumidores secundários (carnívoros) quando forem utilizados como fonte de alimento. Além deste fluxo unidirecional, existem gastos e perdas de energia em todos os níveis das cadeias alimentares por meio da manutenção de funções vitais (respiração) e também perdas de energia pelos organismos heterotróficos através da dissipação de calor e das excreções corpóreas naturais. Como exemplo, veja a ilustração abaixo! > PIRÂMIDES ECOLÓGICAS: Ao longo de uma cadeia alimentar em um determinado ecossistema, ocorrem transferências, consumos, gastos e perdas de matéria e energia à medida que se sucedem os diferentes níveis tróficos. Isso faz com que o número de organismos diminua conforme o nível trófico aumente. Para ilustrar esse processo, são utilizadas as pirâmides ecológicas, que representam graficamente as variações de número, massa e energia que são transferidos ao longo da cadeia alimentar nos diferentes ecossistemas, apresentando as relações que ocorrem entre os diferentes níveis tróficos em termos quantitativos. Em uma pirâmide ecológica, cada degrau representa um diferente nível trófico. As pirâmides ecológicas podem ser representativas de número, massa ou biomassa e energia. Vamos conhecer como se constitui cada uma dessas representações? - A pirâmide de números é constituída e construída de acordo com o número de organismos existentes e que fazem parte de cada nível trófico. - A pirâmide de massa ou biomassa é aquela construída e constituída a partir de valores como o peso seco total ou valor calórico dos organismos envolvidos no ecossistema, que traduzem a quantidade de matéria viva envolvida no processo de transferência. - A pirâmide de energia é aquela construída e constituída a partir da taxa de fluxo de energia e/ou produtividade dos organismos envolvidos no ecossistema, que traduzem a quantidade de energia transferida. 2. NÍVEIS TRÓFICOS: > DEFINIÇÃO DE NÍVEIS TRÓFICOS: Os níveis tróficos são a representação organizacional dos seres vivos que compõem uma determinada cadeia alimentarem que ocorre a transferência de matéria e energia entre eles. Conforme você já estudou nesta unidade, os componentes dessas cadeias alimentares podem ser divididos em três grupos: 1. Organismos produtores; 2. Organismos consumidores; 3. Organismos decompositores. - Produtores primários: O primeiro nível trófico, que forma a base fundamental das relações alimentares e transferência de matéria e energia nas cadeias alimentares e ecossistemas, é composto pelos produtores primários. Os produtores primários também são denominados organismos autotróficos, pois são capazes de sintetizar seu próprio alimento através da fotossíntese. Nos diferentes ecossistemas globais, sejam terrestres ou aquáticos, os principais produtores primários ou organismos autotróficos são as plantas, as algas e o fitoplâncton. Em média, os organismos produtores são capazes de converter somente 1% da energia proveniente de luz solar incidente sobre eles em moléculas orgânicas através do processo de fotossíntese. Em locais onde não existe a incidência da luz solar (ex.: em profundidades marítimas abissais), o primeiro nível trófico é ocupado por bactérias que produzem seus alimentos através da produção de energia obtida por reações químicas ou quimiossíntese. - Consumidores primários: O próximo nível trófico é representado pelos consumidores primários, constituídos pelos organismos herbívoros, que consomem a matéria orgânica sintetizada pelos produtores (organismos autotróficos) para obter matéria, nutrientes e energia, fundamentais para a manutenção do seu metabolismo e sua sobrevivência. Por isso, os consumidores primários também são denominados organismos heterotróficos, pois sua fonte de matéria e energia tem origem exógena (não sendo produzidas pelo próprio corpo). Este nível trófico é ocupado pelos animais, desde os invertebrados até os vertebrados. - Consumidores secundários: O próximo nível trófico é representado pelos consumidores secundários, constituídos pelos organismos vivos que se alimentam dos consumidores primários e obtêm sua energia através de hábitos carnívoros. Dependendo da complexidade da cadeia trófica, os consumidores secundários podem servir de alimento para os terciários, e assim sucessivamente, até chegar ao predador ou consumidor do topo, que normalmente não é predado por outros organismos vivos. Em geral, vários grupos animais ocupam esse nível trófico, formando teias tróficas em que um mesmo organismo pode atuar como consumidor primário, consumidor secundário e/ou consumidor terciário. - Organismos decompositores: O último nível trófico é constituído pelos organismos decompositores, composto basicamente por bactérias e fungos. Eles também são considerados organismos heterotróficos, mas que apresentam papel distinto na ciclagem de nutrientes dentro do ecossistema. Em virtude da biodegradação realizada pelos decompositores, a matéria orgânica obtida dos organismos mortos provenientes de todos os outros níveis é clivada até a formação de substâncias simples, que podem ser reabsorvidas pelos organismos produtores ou permanecer disponíveis no solo e na água. O processo de decomposição da matéria orgânica, mesmo auxiliado por animais carniceiros, como abutres, e também por insetos, ocorre microscopicamente através da ação das bactérias. As bactérias podem realizar a decomposição aeróbica ou anaeróbica. Nos dois tipos de decomposição, ocorre a quebra das macromoléculas orgânicas, como proteínas e carboidratos, até a formação de moléculas mais simples quimicamente, como aminoácidos e monossacarídeos. > LEI DOS 10%: A eficiência da transferência de biomassa e energia entre os diferentes níveis tróficos é baixa, atingindo, em média, apenas 10% de eficiência, ou seja, 10% de toda a energia disponível em um nível trófico é convertida em biomassa pelo próximo nível trófico. Isso ocorre uma vez que os organismos consumidores têm baixa capacidade de absorção da matéria orgânica, além de existirem inúmeras perdas de energia entre os níveis tróficos na forma de calor (através de transpiração, atividades motoras, atividades metabólicas e respiração). Este valor é conhecido em ecologia como a “Lei dos 10%”, que explica por que as teias tróficas normalmente não apresentam mais do que cinco níveis, uma vez que os organismos consumidores quaternários são obrigados a se alimentar de grandes quantidades de biomassa a fim de obter a energia necessária para a manutenção do seu metabolismo e sua sobrevivência. > PRINCÍPIO DE GAUSS (OU PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO COMPETITIVA): O princípio de Gauss (ou princípio da exclusão competitiva) corresponde ao processo de competição interespecífica que acontece quando duas espécies homogêneas, mas distintas entre si, habitam o mesmo ambiente equilibrado. Duas espécies distintas dependentes de um mesmo recurso não podem existir simultaneamente e ocupar um mesmo nicho por muito tempo, pois uma delas irá prevalecer, uma vez que é mais adaptada ao habitat em decorrência da pressão evolutiva exercida pela competição. Conforme o princípio, uma das espécies em competição acaba sobrepujando a outra, o que pode acarretar mudanças morfológicas, comportamentais, deslocamento de nicho ecológico ou extinção da espécie em desvantagem. Esta exceção é conhecida como o paradoxo do plâncton, em que o fitoplâncton dos ambientes marinhos dispõe de grande variedade de organismos, que dependem dos mesmos recursos (luz e nutrientes), sendo capaz de coexistir e disputar os mesmos recursos, sem que uma espécie exclua outra. Contudo, nos ambientes aquáticos, o movimento das águas, as alterações da temperatura e outros fatores fazem com que os recursos de luz e energia não sejam distribuídos da mesma maneira. Além disso, existe a predação frequente de espécies abundantes do fitoplâncton pelos organismos que compõem o zooplâncton, impedindo o predomínio de uma espécie sobre a outra. Na prática, a exclusão competitiva não é uma regra na natureza, uma vez que existe grande diversidade de espécies animais e vegetais no planeta Terra. A diversidade em termos de espécies está associada aos processos de extinção, especiação e adaptação, que permitem a coexistência das diferentes espécies sem que ocorra a extinção pela competição, e também pelo fato de que nem todos os recursos naturais são limitados. Isso faz com que as diferentes espécies animais e vegetais que habitam o planeta Terra possam desenvolver modificações morfológicas ou comportamentais que possibilitem a coexistência. Os mecanismos que atuam diminuindo a competição entre diferentes espécies por sobreposição dos nichos ecológicos são conhecidos como estabilizadores, ao passo que aqueles que diminuem a competição entre as espécies são chamados de equalizadores. > METABOLISMO E TAMANHO DOS ORGANISMOS: A biomassa corresponde à matéria orgânica que pode ser utilizada na produção de energia. A biomassa de um determinado organismo vivo depende do seu tamanho e, basicamente, é o seguinte: Quanto menor o tamanho do organismo vivo, maior seu metabolismo por grama de biomassa. Quanto maior o tamanho do organismo vivo, menor o seu metabolismo por grama de biomassa. - Taxa metabólica: A quantidade de energia gasta por uma determinada espécie animal em um determinado período é conhecida como taxa metabólica, que pode ser medida em joules, calorias ou quilocalorias por unidade de tempo. A taxa metabólica também pode ser expressa pelo oxigênio consumido ou dióxido de carbono produzido por unidade de tempo, uma vez que o oxigênio é utilizado na respiração celular para produção de adenosina trifosfato (ATP),e o dióxido de carbono é produzido como um subproduto desse processo. Assim, a medida do oxigênio consumido ou de dióxido de carbono liberado indica a quantidade de energia que foi produzida e depois consumida. A taxa metabólica de base de uma espécie animal é medida como: - Taxa metabólica basal (TMB) para uma espécie animal endotérmica; - Taxa metabólica padrão (TMP) para uma espécie animal ectodérmica. TMB e TMP são medidas de taxa metabólica observadas em animais que estão em descanso, calmos, sem estresse e que não estão digerindo alimento (jejum). - TMB e os animais endotérmicos: Nos animais endotérmicos, a TMB é medida quando o animal está em um ambiente neutro, no qual o organismo não gasta energia acima da linha de base para manter a temperatura. Além disso, esses animais apresentam taxas metabólicas basais altas e também necessidades energéticas elevadas para manutenção da temperatura corporal constante. Entre os animais endotérmicos, quanto menor a massa do organismo, maior sua taxa metabólica basal. Por que isso ocorre? Parte da explicação está relacionada à proporção entre a área superficial e o volume do animal, e como ela varia com o tamanho. Uma vez que os animais trocam calor com o ambiente através de toda sua superfície corporal, os animais de menor tamanho tendem a perder calor para um ambiente mais frio de modo mais rápido em comparação com os animais grandes. Portanto, uma espécie animal de menor tamanho necessita de mais energia e de taxa metabólica maior para manter a temperatura interna constante. - TMP e os animais ectodérmicos: Nos animais ectodérmicos, a TMP varia conforme a temperatura. Assim, qualquer medida de TMP é específica para a temperatura na qual o processo é realizado. Os animais ectodérmicos tendem a apresentar taxa metabólica padrão e necessidades energéticas baixas quando comparados aos endotérmicos. 3. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: Os ciclos biogeoquímicos são processos que ocorrem na natureza e que garantem que diferentes elementos químicos circulem pelos meios abiótico e biótico, promovendo o reaproveitamento desses elementos. Estes ciclos garantem que os elementos químicos interajam continuamente com o ambiente e os seres vivos, garantindo que os elementos fluam ciclicamente pela atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera. Os principais ciclos biogeoquímicos encontrados na natureza são os ciclos da água, do carbono, do oxigênio, do nitrogênio, do fósforo e do enxofre. Para que eles ocorram na natureza, é fundamental: - A presença de reservatórios naturais de elementos químicos, como atmosfera, hidrosfera e crosta terrestre; - A existência de diferentes espécies de seres vivos; - A circulação dos elementos químicos pelo ambiente e através dos seres vivos de um determinado ecossistema. Os ciclos biogeoquímicos podem ser divididos em dois principais grupos – os que fazem parte do ciclo gasoso e os que fazem parte do ciclo sedimentar. O ciclo gasoso tem como reservatório dos elementos gasosos a atmosfera terrestre. Nele, esses elementos entram e saem da biosfera em sua forma gasosa. O ciclo sedimentar tem como principal reservatório a crosta terrestre. A circulação dos elementos químicos gasosos e sedimentares é fundamental para que um ecossistema funcione de forma adequada. A velocidade em que um elemento circula no meio abiótico e no meio biótico depende de diferentes fatores, como a natureza do elemento químico que participa do ciclo. Em geral, o ciclo gasoso é mais rápido que o ciclo sedimentar. Além disso, a taxa de crescimento dos seres vivos e sua decomposição afeta diretamente a cadeia alimentar e o fluxo de um elemento químico nessa cadeia. A decomposição, quando ocorre lentamente, afeta a velocidade de liberação dos nutrientes químicos para o ambiente. Poluição ambiental, extração de minerais e produção de energia pelo homem também afetam a ciclagem dos elementos químicos na natureza. 4. TIPOS DE CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: > CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO: O carbono é um dos principais elementos que faz parte da composição das moléculas orgânicas. O seu ciclo biogeoquímico tem início a partir do gás carbônico liberado pela respiração celular aeróbica dos animais, que depois é captado pelas plantas para a realização do processo de fotossíntese. Os consumidores primários (animais) podem absorver o carbono através da ingestão de plantas que absorveram previamente o carbono presente na atmosfera. Dessa forma, o carbono passa da atmosfera para as plantas (produtores ou organismo autotróficos) e, depois, para os animais (consumidores ou organismos heterotróficos). Finalmente, quando os organismos autotróficos e heterotróficos morrem e sofrem ação dos organismos decompositores, o ciclos se completa. O carbono se transforma em matéria orgânica e depois inorgânica, sendo devolvido para o ambiente. Outra forma de o carbono retornar para o ambiente é por meio do processo de respiração celular ou da queima de combustíveis fósseis. > CICLO BIOGEOQUÍMICO DA ÁGUA: A água é um elemento que se transforma o tempo todo, pois sofre mudanças em seu estado físico (sólido, líquido e gasoso). No começo do processo, a evaporação da água dos rios, lagos e oceanos, a transpiração e a evaporação fazem com que a água passe do estado líquido para o estado gasoso. A seguir, ocorre o processo de condensação da água, no qual ela passa do estado gasoso para o estado líquido. Por meio da precipitação da água através das chuvas, ela volta para os lagos, rios, mares, oceanos e para o solo. > CICLO BIOGEOQUÍMICO DO NITROGÊNIO: Aproximadamente 78% da atmosfera é constituída por nitrogênio, porém a maioria dos organismos vivos é incapaz de utilizá-lo, uma vez que ele se encontra na forma gasosa (N2), o que o torna estável e faz com que apresente pouca tendência a reagir com outros elementos químicos. O ciclo biogeoquímico tem início com o nitrogênio na forma gasosa (N2) no ambiente, sendo fundamental que esse elemento se fixe no solo por meio da ajuda de bactérias fixadoras de gás nitrogênio no solo. Depois o N2 reage com o hidrogênio, sendo transformado em amônia (amonificação). A amônia é absorvida por bactérias e produz nitritos (nitrificação). Parte da amônia no solo também pode ser proveniente da decomposição de proteínas e resíduos nitrogenados presentes na matéria orgânica morta e no material excretado pelos seres vivos. Em seguida, os nitritos são convertidos em nitratos e passam a ser absorvidos e utilizados pelas plantas no processo de síntese proteica. Depois, ocorre o processo de desnitrificação por bactérias denitrificantes, que convertem os nitratos em nitrogênio molecular, com o retorno do N2 para a atmosfera, fechando o ciclo do nitrogênio. > CICLO BIOGEOQUÍMICO DO OXIGÊNIO: O ciclo do oxigênio se encontra ligado ao ciclo do carbono, uma vez que os fluxos de ambos estão associados aos processos de fotossíntese e respiração celular. Durante o processo de fotossíntese, plantas e algas liberam o oxigênio para a atmosfera e removem gás carbônico. Já os processos de respiração celular dos seres vivos e combustão a partir da queima de combustíveis fósseis consomem o oxigênio e geram gás carbônico. Este é liberado para a atmosfera e depois será utilizado no processo de fotossíntese, dando continuidade ao ciclo. > CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO: O fósforo é um elemento químico que se encontra presente no material genético (ácido desoxirribonucleico, ácido ribonucleico) dos seres vivos e na molécula que fornece energia aos seres vivos (adenosina trifosfato). As plantas absorvem o fósforo do solo e da água, ao passo que os animaise os seres humanos obtêm o fósforo através da ingestão de alimentos. Quando os seres vivos morrem e sofrem decomposição pela ação dos organismos decompositores, ocorre o retorno do fósforo para o solo e a água, reiniciando o ciclo. Além disso, parte do fósforo é levada pela ação das chuvas para os lagos, rios, mares e oceanos, onde acaba sendo incorporado às rochas desses locais. O fósforo retorna ao ecossistema mais tarde através da elevação das rochas por meio dos processos geológicos. Depois, com o passar do tempo, já na superfície, as rochas sofrem decomposição e formam os solos, onde ocorre a liberação de fosfatos contendo fósforo, que novamente será absorvido pelas plantas. > CICLO BIOGEOQUÍMICO DO ENXOFRE: O enxofre é um elemento químico essencial à vida dos organismos vivos, fazendo parte da estrutura de aminoácidos, pontes dissulfeto, cadeias polipeptídicas e proteínas. Ele também está presente em algumas vitaminas. O enxofre pode ser encontrado em rochas sedimentares formadas por depósitos que se acumulam pela ação da natureza, de rochas vulcânicas e do solo. O enxofre é absorvido pelas plantas como íon sulfato, e algumas bactérias utilizam o sulfeto de hidrogênio presente na água como fonte doadora de elétrons. Quando um organismo autotrófico ou heterotrófico morre e sofre decomposição, os sulfatos presentes na matéria orgânica em decomposição, em combinação com a água, são absorvidos pelas raízes das plantas (autotróficos). Já os organismos heterotróficos (consumidores) obtêm o enxofre através do consumo de vegetais e/ou animais que fazem parte da cadeia alimentar. O enxofre pode ser encontrado em pequenas quantidades na atmosfera, seja pela ação natural de vulcões ou pela queima de combustíveis de origem fóssil pelo homem. Esse processo produz dióxido de enxofre que se funde com a água e produz ácido sulfúrico, que retorna ao solo por meio da chuva ácida. Após retornar ao solo, o enxofre fica localizado nas rochas que se encontram debaixo do solo ou debaixo da água. Esse enxofre, em contato com bactérias do gênero Chlorobium ou Pelodityonsendo, étransformado em sulfato, que é absorvido pelas plantas. Contudo, se sofre ação de bactérias do gênero Thiobacillus, é convertido em ácido sulfúrico e permanece no solo. DINÂMICAS DAS POPULAÇÕES, RELAÇÕES ECOLÓGICAS E SUCESSÃO ECOLÓGICA 1. CARACTERÍSTICAS DAS POPULAÇÕES: > POPULAÇÕES: Uma população consiste em todos os organismos vivos de uma espécie que habita um determinado local por um certo tempo. A ciência que estuda estatisticamente essas populações ao longo do tempo é a demografia. Existem duas medidas importantes do tamanho de uma população: - Tamanho populacional (número de organismos vivos); - Densidade populacional (número de organismos vivos por área). Uma população animal ou vegetal em um determinado ecossistema pode, em teoria, apresentar crescimento infinito, mas existe uma curva real de crescimento dessa população, que é determinada pelo aumento do número de animais ou plantas e é modificada pela resistência ambiental. A resistência ambiental é constituída pelos fatores abióticos capazes de influenciar o crescimento da população animal ou vegetal. Toda população animal ou vegetal dispõe de um equilíbrio dinâmico, que apresenta flutuações. O número de organismos vivos, em valores constantes, corresponde ao número de organismos vivos máximo ou à capacidade máxima do ambiente em relação à população animal ou vegetal do ecossistema. Na natureza, os organismos que compõem uma população podem estar distribuídos em um padrão uniforme, aleatório ou em agrupamentos, conforme a espécie. Veja a seguir a diferença entre esses padrões de distribuição! - Na distribuição uniforme, a população está espaçada igualmente em uma determinada área. - Na distribuição aleatória, a população apresenta espaçamento aleatório. - Na distribuição em agrupamento, a população está distribuída em grupos ao longo de uma determinada área. > MENSURAÇÃO DO TAMANHO DE UMA POPULAÇÃO: Para avaliar o tamanho de uma população, não basta somente contar os organismos existentes em uma determinada área em um certo período. Isso, na prática, nem sempre é possível, pois contar todos os seres vivos em uma população pode ser muito dispendioso em termos de tempo e dinheiro ou pode não ser possível. Por essas razões, estima-se o tamanho de uma população ao utilizar uma ou mais amostras dela, que são analisadas para fazer inferências sobre a população como um todo. Inúmeros métodos podem ser utilizados para determinar o tamanho das amostras de diferentes populações, seu tamanho e sua densidade. Dois métodos são muito comuns e importantes para essa determinação: - Método do quadrante; - Método de marcação e recaptura. > MÉTODO DO QUADRANTE: O método do quadrante é utilizado para a contagem de organismos imóveis, como plantas, ou para a contagem de organismos muito pequenos e lentos. Assim, as parcelas chamadas quadrantes podem ser utilizadas para determinar o tamanho e a densidade de uma população. - Delimitação da área: Cada quadrante marca uma determinada área de mesmo tamanho, sendo tipicamente uma área quadrada estabelecida dentro do habitat do organismo. O quadrante pode ser determinado ao se cercar uma determinada área com palitos e/ou cordões, ou utilizando um quadrado de madeira, plástico ou metal colocado no chão. - Contagem de organismos vivos: Após a determinação dos quadrantes, são contados os números de organismos vivos existentes nos limites de cada quadrante. Amostras múltiplas de quadrantes podem ser dispostas em todo o habitat, em diferentes locais aleatórios, garantindo que o número registrado seja representativo para o todo. No fim, os resultados são utilizados para estimar o tamanho e/ou a densidade de determinada população nesse habitat. > MÉTODO DE MARCAÇÃO E RECAPTURA: Para organismos vivos que se movimentam, como mamíferos, aves ou peixes, a técnica de método de marcação e recaptura é utilizada para identificar o tamanho das diferentes populações em uma determinada área em um certo período. O método de marcação e recaptura envolve a coleta de amostras de animais e a marcação destes utilizando etiquetas, faixas, pinturas ou outras marcas no corpo. Em seguida, os animais identificados são devolvidos ao ambiente, podendo agora se misturar com o restante da população animal. Mais tarde, após um determinado período estabelecido, uma nova amostra de animais é coletada. Esta irá incluir alguns animais que já estão marcados, ou seja, que serão recapturados, juntamente com alguns animais que não foram marcados. Por meio da relação de animais marcados com os não marcados, pode-se estimar a quantidade existente no total da população em estudo. Contudo esta abordagem não é perfeita, pois alguns animais da primeira captura podem se condicionar a evitar a recaptura, superestimando o tamanho populacional. Por outro lado, alguns animais podem ser preferencialmente recapturados se houver alguma recompensa pela recaptura, como comida, resultando em uma subestimativa do tamanho populacional. Além disso, algumas espécies animais podem ser prejudicadas pela técnica de marcação, reduzindo a sua sobrevivência naquele ecossistema. A abordagem do método de marcação e recaptura tem como base o conceito de que animais não morram, nasçam, saiam ou entrem naquela população durante o período do estudo. Métodos alternativos para determinação do tamanho de uma população animal incluem o rastreamento eletrônico de animais marcados com radiotransmissores, ou o uso de dados da pesca comercial ou de operações de captura. > DISTRIBUIÇÃO DAS ESPÉCIES:Além de se conhecer o número e a densidade de organismos vivos em uma determinada área, é importante saber como está a distribuição das espécies. Os padrões de dispersão ou de distribuição das diferentes espécies se referem à forma de distribuição dos organismos vivos em uma determinada área em um certo período. Os organismos que compõem uma população estão, individualmente, espaçados de forma mais ou menos igual, dispersos aleatoriamente sem nenhum padrão previsível ou podem, ainda, estar aglomerados em grupos. Esses padrões de distribuição das espécies, conforme você já viu, são conhecidos como padrão de dispersão uniforme, aleatório e aglutinado ou agrupado, respectivamente. - Dispersão uniforme: Na dispersão uniforme, os organismos individuais de uma determinada população estão distribuídos de forma mais ou menos uniforme. Um exemplo de dispersão uniforme diz respeito às plantas que secretam toxinas que inibem o crescimento de outras plantas que vivem nas proximidades, fenômeno denominado alelopatia. Também é possível observar a dispersão uniforme em espécie animal em que os indivíduos vigiam seus territórios e os defendem de outras espécies ou de sua própria espécie. - Dispersão aleatória: Na dispersão aleatória, os organismos individuais de uma determinada população estão distribuídos aleatoriamente, sem um padrão conhecido ou previsível. Um exemplo de dispersão aleatória é visto por meio da dispersão de flores e plantas que têm suas sementes espalhadas pela ação do vento. As sementes se espalham de forma ampla e brotam onde caem, aleatoriamente, desde que o solo, os nutrientes, a água e a luz sejam suficientes. - Dispersão agrupada: Na dispersão aglutinada ou agrupada, os organismos individuais são aglomerados em grupos de acordo com áreas que contêm plantas que dispersam suas sementes diretamente no solo, por exemplo, as árvores de carvalho, ou animais que vivem juntos, como cardumes de peixes nos rios e mares, ou manadas de elefantes. > VARIAÇÕES DA POPULAÇÃO DENTRO DO ECOSSISTEMA: O número de organismos vivos em um ecossistema normalmente varia, modificando o tamanho das populações que compõem o ecossistema. Os principais fatores que estão associados às modificações do número de seres vivos em uma determinada população são: - Emigração; - Imigração; - Natalidade; - Mortalidade. Isoladamente ou em combinação, esses fatores associados às modificações do número de organismos vivos podem modificar a densidade populacional, representada pela fórmula: - Densidade (D) = número de organismos vivos / área do ecossistema > COMUNIDADES: - Nicho ecológico: é a posição ou função de cada população animal ou vegetal dentro de uma comunidade. > INFLUENCIADORES DO NÚMERO DE ORGANISMOS VIVOS: - Taxas de natalidade e mortalidade: Embora a hipótese da exclusão competitiva aborde que somente uma espécie é capaz de ocupar o mesmo nicho ecológico em um determinado momento, fazendo com que outra espécie com o mesmo nicho ecológico seja eliminada, na prática, isso não é uma verdade absoluta. Na realidade, o tamanho de qualquer população animal ou vegetal é determinado pelas taxas de natalidade e de mortalidade. Em teoria, a taxa de natalidade de uma população é exponencial, em função de seu potencial reprodutivo, ou seja, quanto maior for o número de organismos de uma determinada população, mais rápido esta população cresce. A taxa de crescimento de uma determinada população que se expande de forma logarítmica pode ser representada em um gráfico através de uma curva sigmoide. Tal curva começa lentamente e aumenta de modo exponencial durante um determinado período. Depois, é estabilizada à medida que a população alcança os limites dos recursos disponíveis, como alimentos, espaço físico ou, em ambientes aquáticos, a quantidade ideal de oxigênio para sobreviver. Na maioria das comunidades que compõem um ecossistema, a taxa de mortalidade de uma espécie é quase igual à taxa de natalidade, fazendo com que a população animal ou vegetal permaneça numericamente estável. - Fatores bióticos e abióticos: Os fatores bióticos e abióticos desempenham importante papel na regulação natural do número de organismos que vivem em um ecossistema. Esses fatores podem ser: - Independentes de densidade (temperatura diária e duração da luminosidade do dia); - Dependentes de densidade (presença ou ausência de fonte de alimento ou predadores). - Interações ecológicas: Os diferentes tipos e a abundância numérica dos organismos vivos em uma comunidade dentro do ecossistema dependem tanto dos fatores abióticos quanto dos bióticos, além das diferentes formas de interação entre as variadas populações. Dentre os tipos de interação entre os organismos vivos, estão presentes a competição e a simbiose. A competição pode levar à eliminação de uma determinada espécie ou sua conformidade com um quadro em que não ocorre um cenário competitivo. Determinadas plantas podem competir entre si produzindo substâncias tóxicas que limitam o crescimento de outras espécies de plantas próximas; em um processo chamado alelopatia. A simbiose corresponde a outro tipo de interação entre os organismos vivos, sendo normalmente uma associação estreita entre organismos de espécies diferentes. Esta associação simbiótica pode ser: - Benéfica a ambas as espécies de organismos (mutualismo); - Benéfica a uma espécie e inócua a outra (comensalismo); - Benéfica a uma espécie e prejudicial a outra (parasitismo). Em alguns casos específicos de simbiose, como observado nos liquens e nas formigas cultivadoras de fungos, as formas associadas não podem viver separadas. Caso isso aconteça, as duas espécies são prejudicadas. A maioria das doenças observadas na natureza nos organismos vivos é causada por relações em que uma espécie acaba sendo prejudicada pela ação de parasitas. A maior parte dos parasitas na natureza não mata o seu hospedeiro e dificilmente extermina completamente uma determinada população. Isso não ocorre porque os parasitas tendem a se adaptar ao(s) seu(s) hospedeiro(s) natural(is) e, além disso, passam a depender completamente dele. Em geral, os níveis tróficos de um determinado ecossistema estão associados a relações do tipo predador-presa, as quais exercem papel regulador no número de diferentes populações e promovem grandes efeitos evolutivos sobre as diferentes espécies associadas a essa relação. Esses efeitos evolutivos fizeram com que vegetais e espécies animais diferentes desenvolvessem uma grande variedade de processos de defesa contra os predadores. Esses mecanismos de defesa incluem: - Armas químicas (venenos de plantas e secreções aversivas de insetos) - Um invólucro externo resistente (cactos, tatus e tartarugas) - Camuflagem Determinados insetos se assemelham a organismos de outra espécie, exibindo um dispositivo protetor eficaz em comum com outra espécie (mimetismo mülleriano); ou para dar a impressão de possuírem um dispositivo protetor, embora, na realidade, não o tenham (mimetismo batesiano). Todas essas diferentes associações contribuem, em maior ou menor grau, para definir o nicho ecológico das diferentes populações que estão presentes em uma determinada comunidade. 2. FATORES QUE REGULAM O TAMANHO DAS POPULAÇÕES: > DINÂMICA DAS POPULAÇÕES: A dinâmica das populações descreve as variações na abundância das diversas e numerosas espécies animais e vegetais e procura estabelecer quais são suas causas. Os fatores que interferem no equilíbrio dinâmico de uma população incluem: - Relações interespecíficas e intraespecíficas entre os seres vivos; - Alterações na taxa de natalidade (aumenta o efetivo populacional); - Alterações na taxa de imigração (aumenta o efetivo populacional);- Alterações na taxa de emigração (diminui o efetivo populacional). Na prática, o crescimento e o tamanho de uma determinada população em um ecossistema são limitados por inúmeros fatores. Alguns deles são dependentes da densidade populacional e outros são independentes da densidade populacional. Os fatores dependentes da densidade promovem mudança na queda do crescimento per capita de uma população aumentando a densidade populacional. Isso pode ocorrer devido à competição por alimentos em quantidade limitada entre os membros de uma mesma população. Os fatores independentes da densidade influenciam a taxa de crescimento per capita de uma população, independentemente da densidade populacional. Na natureza, isso ocorre em virtude de catástrofes naturais, como incêndios em matas e florestas. Diferentes tipos de fatores limitantes do crescimento populacional podem interagir de forma complexa, produzindo padrões distintos de crescimento populacional. Em função disso, algumas populações apresentam oscilações cíclicas, em que o tamanho da população muda conforme o ciclo de oscilação. > FATORES LIMITANTES DEPENDENTES DA DENSIDADE: São os fatores que afetam a taxa de crescimento per capita de uma determinada população de forma diferente conforme o grau de densidade da população. Os fatores dependentes da densidade fazem a taxa de crescimento diminuir à medida que a população aumenta numericamente. Entenda o seguinte: Quando uma determinada população animal é pequena numericamente, a quantidade limitada de alimento, em tese, será suficiente para todos os membros da população. No entanto, quando a população animal ficar grande o suficiente em termos numéricos, a quantidade limitada de alimentos pode não ser suficiente, levando à competição entre os animais da mesma população. Em função da competição, alguns animais podem morrer de fome ou deixar de se reproduzir, diminuindo a taxa de crescimento per capita individual e fazendo com que o tamanho da população alcance um platô ou diminua numericamente. Assim, a competição por comida é um fator limitante do crescimento populacional dependente de densidade. Fatores limitantes dependentes da densidade de uma população podem levar ao surgimento de um padrão logístico de crescimento; quando o tamanho de uma população atinge um nível máximo determinado pelo ambiente onde se encontram dá-se o nome de capacidade de carga. Os fatores limitantes dependentes da densidade tendem a ser bióticos, ou seja, estão relacionados aos organismos vivos, e não às características físicas do ambiente. São considerados exemplos de fatores dependentes da densidade a competição, a predação, o surgimento de doenças e o acúmulo de resíduos. Vamos ver melhor esses fatores? - A competição ocorre quando uma determinada população apresenta alta densidade populacional e existem muitos indivíduos tentando utilizar a mesma quantidade de recursos. Isso leva à competição por alimento, água, abrigo, luz e outros recursos naturais necessários para reprodução e sobrevivência. - Quando determinadas populações apresentam alta densidade, estas podem atrair determinados predadores que não se importavam antes com a mesma população. Quando os predadores se alimentam dos indivíduos da população, a densidade populacional diminui, o que pode aumentar a densidade da população de predadores, levando ao surgimento de padrões cíclicos. - Em função do aumento da densidade populacional, algumas doenças e determinados parasitas podem propagar-se, causando aumento do número de mortes quando existem mais indivíduos vivendo juntos em uma mesma área. Além disso, doenças infecciosas transmissíveis por vírus e bactérias, além de endoparasitas e ectoparasitas, são mais propensas a se espalharem nessas condições. - As altas densidades populacionais podem levar ao acúmulo de resíduos corporais que podem ser nocivos aos indivíduos da população, matando ou prejudicando a capacidade de reprodução, ou seja, reduzindo o crescimento da população. A regulação dependente da densidade populacional também pode levar a alterações fisiológicas ou comportamentais nos indivíduos que compõem a população. Por exemplo, isso pode ser visto através da emigração de vários indivíduos de uma população em busca de um lugar que não apresente uma alta densidade populacional. > FATORES LIMITANTES INDEPENDENTES DA DENSIDADE: Os fatores limitantes independentes da densidade afetam a taxa de crescimento per capita, independentemente da densidade populacional. Tais fatores são representados por: - Desastres naturais; - Condições climáticas adversas; - Poluição. O fogo irá queimar e matar qualquer animal que esteja presente, independentemente do tamanho da população. A chance de um animal morrer não depende da quantidade de animais da mesma população ao redor. Tais fatores, isoladamente, não são capazes de manter a população em níveis constantes, ao contrário dos fatores limitantes dependentes da densidade. Isso ocorre porque sua força não depende do tamanho da população, não fazendo um controle da densidade quando o tamanho da população fica muito grande. Em vez disso, estes fatores podem levar a mudanças abruptas no tamanho da população. Nesses casos, populações numericamente pequenas podem correr o risco de serem dizimadas por eventos esporádicos independentes da sua densidade. > FLUTUAÇÕES DA POPULAÇÃO: Na prática, inúmeros fatores limitantes dependentes e independentes da densidade populacional podem interagir, produzindo padrões de mudança que são observados ao longo do tempo em uma determinada população em um ecossistema. Uma população pode ser mantida próximo de sua capacidade de carga pela pressão exercida por fatores limitantes dependentes da densidade por um determinado período e, então, sofrer uma queda abrupta em sua densidade em função do surgimento de eventos independentes da densidade populacional, como o surgimento de desastres naturais (tempestades e incêndios). Contudo, mesmo na ausência de desastres naturais, as populações nem sempre se apresentam estáveis na sua capacidade de carga. Assim, as diferentes populações podem flutuar ou variar de densidade em função de muitos padrões diferentes que ocorrem ao longo do tempo. Algumas populações passam por picos e quedas irregulares em números; para esse processo, utilizamos o termo ciclo populacional. - Ciclo populacional: Algumas populações animais sofrem oscilações cíclicas de tamanho numérico. Elas correspondem a repetitivos aumentos e quedas no tamanho numérico da população animal ao longo do tempo. Em inúmeros casos, as oscilações são produzidas pela interação entre diferentes populações, envolvendo, pelo menos, duas espécies diferentes. Fatores como predação; infecção por vírus, bactérias, ectoparasitas e endoparasitas; e flutuação na disponibilidade de alimentos têm se mostrado importantes nos processos de oscilações. Isso é observado em populações de lemingues encontradas na Groenlândia, com oscilações cíclicas no tamanho numérico em um período com duração de um ciclo completo de quatro anos. O ciclo pode ser explicado pelas interações entre os lemingues e quatro diferentes tipos de predadores – coruja, raposa, mandrião e arminho. Coruja, raposa e mandrião são predadores oportunistas que podem utilizar diferentes fontes de alimento e tendem a se alimentar de lemingues quando eles estão em abundância. O arminho, ou doninha de cauda curta, alimenta-se basicamente de lemingues. Qual é a dinâmica desse ciclo? - Quando os lemingues estão apresentando baixa densidade populacional, corujas, mandriões e raposas não prestam muita atenção neles, permitindo que a população se reproduza e cresça numericamente de
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