Ecologia Geral Resumos 1
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Ecologia das populações População: todos os membros de uma espécie que se encontram numa dada área. Fala-se em duas populações se não houver trocas entre os indivíduos. Ex: população de coelhos de Lisboa vs. População de coelhos do Algarve – são duas porque são áreas distintas. A heterogeneidade de habitats leva ao fraccionamento da população em sub-populações que apresentam migrações entre si – Metapopulação. Dispersão – movimentos dentro de populações. Ex: dentro de Sintra. Migração – movimentos dentro de sub-populações. Ex: Sintra-Lisboa. Populações vs. Indivíduos Indivíduo Nasce uma vez e morre uma vez. Tem sexo e idade. População Continua aumentando ou diminuindo dependendo da taxa de crescimento. Apresenta razão sexual e estrutura etária. Densidade populacional – número de indivíduos (ou biomassa) de uma espécie por unidade de área (ou volume). Métodos de amostragem para a contagem de populações – o objectivo é contar o número de indivíduos e caracterizar a população. Associados aos métodos de amostragem, dever-se-ão usar técnicas de amostragem estatísticas para validar os métodos experimentais. Contagens visuais, uso de equipamento de fotografia/vídeo e programas de análise de imagem (vantagem de não assustar os animais); Armadilhas (vivas, súbitas, buracos, sucção, feromonas); Excrementos (lebres, coelhos, ratos, etc.); Frequências de vocalização (aves, rãs), uso de equipamentos de som e análise de som; Registos das peles (comércio de peles de mamíferos); Capturas por tentativa (indivíduos por arrasto); Percentagem de cobertura do solo (plantas); Frequência de abundância por quadrantes (para organismos sésseis); Destruição do alimento (insectos herbívoros); Contagens ao longo de um caminho determinado (aves). Amostragem por remarcação e captura Pressupostos - Todos os animais têm igual probabilidade de serem apanhados. - Marcados distribuem-se aleatoriamente, a sua sobrevivência não é afectada e não fogem às armadilhas. Ex: Este método é usado para não se contar sempre a mesma ave. 𝑁= 𝐶𝑀 𝑅 N: população total estimada C: total de animais capturados (depois da marcação) M: nº de animais marcados e libertados R: nº de animais marcados que foram recapturados Exercício – Estimar a população de carpas num lago, assumindo que: após uma primeira captura de 27 peixes, foram marcados 20. Um mês depois, foram apanhados 50 peixes dos quais 6 estavam marcados. Dois meses depois foram apanhados 100 peixes dos quais 15 marcados. 166,67+133 ,33 Estima-se que a população de carpas no lago ronde os = 150 indivíduos. 2 50 ∗ 20 = 166,67 6 100 ∗ 20 𝑁2 = = 133,33 15 𝑁1 = A variação da densidade populacional depende do balanço entre os nascimentos (taxa de natalidade = N), imigração, emigração e mortes (taxa de mortalidade = M). Se N > M A população cresce. Se N < M A população diminui. Se N = M A população mantém-se. Não falamos só em número mas sim em densidade porque isto vai afectar também os recursos disponíveis. Ex: 20 peixes num aquário pequeno vs. 10 peixes num aquário grande. Tabelas vitais – sumariam as estatísticas de mortes e sobrevivências por idades de uma população, ao mesmo tempo que reflectem eventos passados. Coorte – conjunto de indivíduos nascidos na mesma altura. Longevidade natural < longevidade fisiológica – animais e plantas viverem muito menos do que é previsto. Em cativeiro os animais e plantas vivem mais tempo porque há alimento, não há predacção, etc. Curvas de sobrevivência Tipo I – mamíferos com grandes cuidados parentais. Convexa Tipo II – aves e invertebrados. Linear Tipo III – insectos, peixes e invertebrados bênticos (fundo do mar) com estados juvenis pelágicos (vivem na coluna de água). Côncava Crescimento populacional Potencial biótico (r) / taxa intrínseca ou específica de crescimento – capacidade de crescimento da população. É tanto maior quanto mais depressa a população se multiplicar. Depende de vários factores tais como: Idade em que se inicia a idade reprodutora Duração da idade reprodutora Sobrevivência até e durante a idade reprodutora Número de descendentes por época de acasalamento (nº crias/criação e nº criações/ano) Potencial biótico (ano-1) 0,02 – 0,05 0, 05 – 1,5 0,3 – 0,8 10 – 30 4 – 50 30 – 800 600 – 2000 3000 – 20000 Tipo de organismo Grandes mamíferos Aves Pequenos mamíferos Grandes invertebrados Insectos Pequenos invertebrados Protozoários e algas unicelulares Bactérias Os factores abióticos também condicionam o potencial biótico. Por exemplo, numa situação de condições adversas uma planta produz menos biomassa, logo há menos alimento para as aves que por isso se reproduzem menos. O crescimento populacional depende do potencial biótico e do número de indivíduos inicial que é afectado pela resistência ambiental – escassez de nutrientes, predação, doenças, migração, etc. Esta resistência ambiental aumenta à medida que a população chega à capacidade de carga (K) – o tamanho da população que a área e as reservas suportam; depende do clima, da nutrição (quantidade e qualidade do alimento) e do espaço favorável (nº locais para ninhos, abrigos, textura do solo adequada). O modelo do crescimento não reflecte exactamente o que se passa numa população pois: Assume uma relação linear entre densidade e efeitos (favoráveis ou não) – efeito de Allee. Todos os efeitos são imediatos (ex: predação como resposta ao aumento de presas não é imediato). Todos os indivíduos são iguais (estrutura etária e sexual). O aumento da densidade populacional aumenta a resistência ambiental, o que diminui o crescimento populacional, excepto se ocorrer o Efeito Allee – a densidade óptima é acima da densidade mínima (Ex: quando a cooperação é importante; falha de polinização; improbabilidade de encontrar parceiro; etc.); abaixo de uma dada densidade a população não consegue crescer como era previsto. Crescimento exponencial O crescimento exponencial termina devido ao excesso populacional. 𝑑𝑁 = 𝑟. 𝑁 → 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 → 𝑙𝑛 𝑁𝑡 − 𝑙𝑛 𝑁0 = 𝑟. 𝑡 − 𝑡0 → 𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑖𝑠 → 𝑁𝑡 = 𝑁0 . 𝑒 𝑟(𝑡−𝑡0 ) 𝑑𝑡 Tempo de duplicação 𝑁 = 2𝑁0 / ln 𝑁 − ln 𝑁0 = 𝑟 𝑡 − 𝑡0 = ln 2 = 𝑟. 𝑡𝑑 Crescimento sigmóide Normalmente os crescimentos são deste género, ou seja, têm em conta a resistência ambiental. 𝑑𝑁 𝐾−𝑁 = 𝑟. 𝑁0 . 𝑑𝑡 𝐾 𝑜𝑢 𝑒𝑛𝑡ã𝑜 𝑑𝑁 1−𝑁 𝐾 = 𝑟. 𝑁 → 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 → 𝑁𝑡 = 𝑑𝑡 𝐾 1 + 𝑒 𝑎−𝑟(𝑡−𝑡0) 𝐾−𝑁 é o chamado efeito multidão – é uma medida da resistência ambiental; quanto mais a população se aproxima da capacidade carga menor é o crescimento. 𝐾 𝑎é uma medida de quanto a população está próxima da capacidade de carga. 𝑑𝑁 𝐾 − 𝑁𝑡−𝑤 = 𝑟. 𝑁𝑡−𝑐 . , 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑐 𝑒 𝑤 𝑠ã𝑜 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑡 𝐾 Exercícios 1. Estime o tempo necessário para que uma população de E.Coli (começando com 1 indivíduo) atinja a massa da Terra caso cresça exponencialmente e não tenha limitações. DADOS: mTERRA = 6X1024kg e mE.COLI = 1 picograma. Tempo de duplicação são 20 minutos. 2. Calcule o crescimento de uma população com r=1 e K=50 para N=5/N=25/N=45. Regulação da densidade populacional Factores independentes da densidade – afectam a densidade mas não têm efeito regulador. Ex: clima (há frio morre metade da população – se houver 100 morrem 50; se houver 200 morrem 100. Não importa quantos há.), necessidades nutricionais, desastres naturais. Factores dependentes da densidade – afectam a densidade e têm efeito regulador. Intrínsecos: são a resposta da própria população. Ex: competição intraespecífica (de exploração – se partirmos com muitos indivíduos eles comem tudo e depois morrem; de interferência – a partir de um certo ponto já não há espaço para mais); imigração e emigração; adaptações fisiológicas e comportamentais. Extrínsecos: envolvem interacção com o resto da comunidade. Ex: predação, parasitismo, competição, doença. NOTA: Quanto maior for a densidade inicial mais forte será o efeito dos factores para que se consiga uma regulação que permita no final ficar sempre com o mesmo número de indivíduos. Distribuição de habitats A qualidade de um habitat depende dos organismos – um habitat torna-se melhor se a densidade populacional for mais baixa. Modelo ideal de distribuição livre: Primeiro são ocupados os melhores habitats. À medida que estes vão sendo ocupados a sua qualidade vai piorando os indivíduos passam a ocupar habitats piores mas com menos gente, o que se torna preferível. Organização das populações Estrutura espacial – reflecte interacções entre os indivíduos e os recursos do habitat. Agrupada por exemplo, animais com comportamento social ou plantas com reprodução vegetativa por caules subterrâneos. Uniforme (devido à competição) por exemplo, árvores devido à limitação na distribuição de nutrientes e água ou aves insectívoras com território de caça. Aleatória (devido a condições heterogéneas dos factores abióticos). Estrutura sexual – refere-se à proporção dos dois sexos numa população; é expressa como a razão machos/fêmeas. Razão sexual primária: na concepção – quando o espermatozóide se funde com o óvulo. Ex: nos peixes e anfíbios o sexo é definido em função das condições ambientais. Razão sexual secundária: no nascimento. Razão sexual terciária: nos juvenis. Razão sexual quaternária: nos adultos – é a que nos interessa em termos de população; ajuda a perceber como é que a população se vai comportar em termos de crescimento. Ex: fêmeas a chocar ovos estão mais sujeitas a predação, o que influencia a razão sexual quaternária e faz com que a taxa de mortalidade dependa do sexo das espécies. NOTA – A maior parte das espécies apresenta uma razão sexual quaternária de 1, mesmo nas espécies poligâmicas. Estrutura etária – proporção de indivíduos com diferentes idades. Estrutura social A existência de comunicação recíproca entre os indivíduos, seja ela visual, auditiva, química, etc., leva à criação de uma sociedade – grupo de animais de uma espécie organizados de um modo cooperativo. Até mesmo os animais solitários (ex: colibris, esquilos, orangotango) apresentam alguma interacção temporária, como é o caso da relação entre pais e filhos ou reprodução. Por um lado, o aumento da densidade populacional em bandos ou manadas é negativo, porque pode trazer mais doenças, subalimentação ou predação. No entanto, também tem diversas vantagens. Vantagens da sociabilidade Protecção contra predadores Confusão do predador – ex: os cardumes adquirem diversas formas que confundem o predador aquando do ataque; as riscas das zebras também confundem os predadores que não conseguem distinguir bem quantas zebras são. Defesa física (quantos mais forem, melhor se defendem). Aumento na eficiência da alimentação Redução no tempo de vigilância – ex: as avestruzes sozinhas levantam a cabeça 3/4 vezes enquanto que em grupo só levantam duas. Aumento do tamanho da presa (se forem mais conseguem caçar um animal maior). Efeito batedor – ex: as abelhas têm um conjunto de indivíduos da população especialistas só em ir à procura de alimento e que depois fazem uma dança à chegada que indica aos outros onde está esse alimento. Aprendizagem facilitada – ex: os mais novos podem aprender com os mais velhos a usar ferramentas para remover insectos de buracos, ou também que muitas vezes se encontram lagartas nas folhas enroladas. Modificação do ambiente Ao viverem em conjunto os animais aquecem o ambiente, gastando por isso menos energia no aquecimento. Ex: caso dos morcegos e dos pinguins. Remoção de parasitas Ao viver em conjunto os indivíduos tratam não só dos seus filhos mas também dos “sobrinhos” ou “amigos”, permitindo assim que outros indivíduos realizem outras tarefas em benefício da população. Organismos sociais Invertebrados coloniais (ex: corais e caravela-portuguesa) Insectos (ex: abelhas, formigas e térmitas) Mamíferos e aves (ex: chimpanzés, golfinhos, hienas, leões, patos, etc.) Organismos eussociais – são considerados deste tipo quando a organização da sociedade implica especialização extrema dos indivíduos na divisão de tarefas, como é o caso da reprodução e do trabalho. Ex: as abelhas. Espécies com haploidia – dentro da mesma população há organismos haplóides e diplóides. Ex: numa população de abelhas existem fêmeas (diplóides) e machos (haplóides). Dentro das fêmeas existe a rainha (fértil) e trabalhadoras ou soldados (inférteis). A rainha desenvolve-se de um ovo que cresce muito mais devido a condições ambientais excepcionais e que por isso terá feromonas que condicionam todas as outras abelhas. Os machos resultam então de ovos não fecundados – se houver muitos machos na população a rainha não fecunda os ovos, para manter o equilíbrio. Só pode haver um rainha por colmeia, por isso se existirem condições ambientais favoráveis para a existência de mais do que uma rainha as excedentes vão para outros locais iniciar novas colmeias. NOTAS - Os padrões de sociabilidade podem variar com as condições do habitat: Na Primavera/Verão o sistema de alerta de uma colónia de esquilos funciona de tal forma que um macho e uma cria se escondem na mesma toca pois o predador é a raposa. No Outono/Inverno o predador passa a ser o urso, que já consegue escavar até às tocas, por isso os esquilos escondem-se um em cada toca. Assim se o urso chegar à toca só apanha um indivíduo. - Diminuição do risco de predação devido ao efeito de diluição: Supondo que a probabilidade de um grupo de 5 veados ser encontrado por um lobo é apenas o dobro do que para um veado solitário. Supondo também que em cada ataque do lobo apenas um veado é comido. Assim, é melhor o veado estar em grupo do que sozinho, porque dilui a sua probabilidade de ser capturado (sozinho = 100% vs. em grupo de 5 = 40%). Sistemas de acasalamento Monogamia – pode ser para a vida ou por época de acasalamento; aumentam os cuidados parentais mas diminui a variabilidade genética. É vulgar nas aves (falcões, cisnes, gansos) e em muitos carnívoros terrestres (lobos – o lobo-α ladra muito alto para os outros por isso alterna neles algumas hormonas tornando-os mais dóceis, hienas), bem como em primatas (gibões), rinocerontes, castores. Poligamia – aumenta a variabilidade genética (razão sexual = nº machos / nº fêmeas = 1) e pode haver criação dos jovens cooperativamente. Divide-se em poliginia (1 macho e várias fêmeas) – faisões, avestruzes, grandes herbívoros; ou poliandria (1 fêmea e vários machos) – algumas aves (o macho incuba os ovos e toma conta das crias). Promiscuidade (“one night stand”) – a fêmea evita a competição com o macho por comida e a atracção de predadores, podendo haver criação dos jovens cooperativamente. É vulgar em pequenos mamíferos e algumas aves. Infidelidade – ocorre em espécies poligâmicas e monogâmicos, tendo as seguintes vantagens: Para o macho: aumenta a dispersão dos seus genes com mais do que uma fêmea e não gasta energia tomando conta dos ovos ou crias. Para a fêmea: garante que o seu esforço energético não se perde com um macho estéril, além de poder assim assegurar um maior cuidado parental com machos que querem garantir o sucesso dos seus descendentes – ficam na dúvida se é deles ou não e tomam conta. Fitness – medida da contribuição (de um indivíduo, fenótipo, genótipo ou alelo) na geração reprodutora seguinte. Ex: o fitness para a característica “grande” é tanto maior quanto mais genes desses aparecerem na geração seguinte. NOTAS: - A poliginia pode relacionar-se com a qualidade do território: para um habitat com qualidade igual o fitnessda fêmea em monogamia é maior; para um habitat com qualidade muito variada a fêmea pode ter maior fitness em poligamia num habitat rico do que em monogamia num habitat pobre. - Nos mamíferos: não há necessidade de monogamia pois a fêmea tem leite que pode transportar de um local para outro juntamente com a cria que facilmente se desloca. O macho é um competidor por alimento e pode ainda atrair predadores. De um modo geral, os mamíferos (à excepção de caçadores) são poligâmicos ou promíscuos. - Nas aves: a monogamia é importante para cuidar do ninho pois as crias não são autónomas na locomoção e também para que um dos progenitores traga alimento às crias (especialmente nos insectívoros). - Machos que fertilizam mais do que uma fêmea aumentam o seu fitness mas machos que contribuem para a criação de crias/jovens garantem que os seus genes não se perdem após o nascimento dos seus descendentes. - O sistema de acasalamento seleccionado por uma espécie vai depender: - da variabilidade genética (quantos mais fêmeas e machos envolvidos, maior será); - da qualidade (adaptação ao meio) desses mesmos genes; - esforço energético investido na resistência dos descendentes (tamanho); - do cuidado parental investido na criação dos jovens até à idade reprodutora. Evolução das populações Selecção natural Um problema ecológico para um organismo hoje poderá não o ser passadas algumas gerações devido à selecção natural. Os indivíduos variam; os que melhor se adaptam têm tendência para deixar mais descendentes. A evolução é uma alteração da proporção dos indivíduos de uma população possuindo um dado gene. A evolução é um processo que ocorre em populações. Os indivíduos não evoluem, as populações sim. Os indivíduos vivem mais ou menos tempo, e deixam mais ou menos descendentes. A população é a unidade para a definição e medição da variação genética. Lei de Hardy-Weinberg Nos organismos diplóides reproduzindo-se sexualmente os fenótipos, genótipos e genes tendem para um equilíbrio na população. A frequência de equilíbrio é dada por: 𝑝 = 𝑝2 + 2𝑝𝑞 + 𝑞 2 , onde p é a frequência de um alelo (forma alternativa do mesmo gene; gene que ocupa o mesmo locus no cromossoma homólogo) e q é a frequência do outro alelo. O equilíbrio de Hardy-Weinberg perde-se se uma das seguintes condições ocorrer, o que faz com que a equação raramente se verifique: Acasalamento não aleatório: igual acasala com igual ou a auto-fertilização aumenta a proporção de indivíduos homozigóticos. Reprodução exterior aumenta a heterozigotia. Deriva genética aleatória: alteração da frequência genética que ocorre geralmente em populações pequenas como resultado de erros de amostragem. Leva à perda de genes numa população resultando na diminuição da variabilidade genética. Ex: rio que aparece no meio de um terreno. Imigração e emigração: o movimento de indivíduos (alelos) afecta a frequência genética. Mutação: a ocorrência de mutações altera a frequência, a não ser que mutações reversas ocorram com igual taxa. Selecção natural: a base da selecção natural é a alteração da frequência genética. Tal ocorre pela contribuição diferencial para a geração seguinte. A Lei de Hardy-Weinberg permite quantificar a selecção natural numa base genética. Tipos de selecção Estabilizante – como o ambiente é muito estável os “excêntricos” não têm grande vantagem. Ex: aumenta o bico médio. Ruptura – ocorre quando existe predação intensa e o predador escolhe a presa média (mais vulgar), podendo levar à especiação (duas espécies que deixam de se cruzar). Ex: diminui o bico médio e aumentam o bico grande e o pequeno. Direccional – quando há uma pressão selectiva direccionada. Ex: o corvo marinho das Galápagos perdeu a capacidade de voar devido a uma diminuição das asas; por alguma razão os indivíduos com asas menores foram seleccionados. Evolução das características adquiridas Diferentes características são vantajosas em diferentes situações. Ex: habitats estáveis vs. Instáveis; densidade populacional alta vs. Baixa. Em ambientes estáveis as populações passam a maior parte do tempo próximo à K, ao contrário dos ambientes instáveis. Selecção K: ocorre em habitats estáveis, em áreas grandes (ex: florestas tropicais, oceanos, grutas), as espécies terão características que lhes permitem viver num local com competição intraespecífica e interespecífica. O número de indivíduos é praticamene constante e próximo da capacidade de carga. Selecção r: ocorre em habitats instáveis, em áreas pequenas, indivíduos pequenos (ex: margens de rios, clareiras, lagos temporários, cadáveres); as espécies deverão ter um potencial biótico elevado de modo a que quando as condições boas, que são de curta duração, aparecerem, possam aumentar rapidamente o seu número. Ex: charco – no início o ambiente é óptimo, depois a população aumenta e o charco evapora, portanto a população diminui. Na época seguinte repete-se o ciclo. Características dos organismos seleccionados pelas estratégias K ou r Características favorecidas pela selecção r Maturidade precoce (aumenta r) Muitos descendentes (aumenta r e a dispersão) Descendentes pequenos (e assim podem ser muitos) Vida curta (condições tornam-se desfavoráveis rapidamente) Anual – nasce, reproduz-se e morre no mesmo ano Pouco cuidado parental (poucos gastos de energia e tempo) Menor capacidade competitiva (condições de pouca densidade) Muito boa capacidade de dispersão (para apanhar zonas mais favoráveis) Características favorecidas pela selecção K Maturidade tardia (evita os riscos da reprodução) Poucos descendentes (permite desvio do fluxo de energia para outras tarefas) Descendentes grandes (aumenta as hipóteses de sobrevivência) Vida longa (condições óptimas aparecem raramente, havendo a hipótese de apanhar uma) Perene – vive vários anos e reproduz-se várias vezes Muito cuidado parental (aumenta hipótese de sobrevivência dos descendentes) Maior capacidade competitiva (condições de grande densidade) Boa capacidade de dispersão (para evitar competir ou reprodução com os parentes) Selecção de taxas reprodutoras - Genótipos que levam ao aumento das taxas são seleccionados em habitats de selecção r. - Genótipos que levam à diminuição das taxas são seleccionados em habitats de selecção K. Co-evolução – evolução simultânea de duas espécies que mutuamente se afectam evolutivamente; manifesta-se claramente em cenários de interacções hospedeiro-parasita, predador-presa e mutualismo. Interacções específicas Efeito na espécie “forte” ou maior 0 + Efeito na espécie “fraca” ou menor 0 Competição Amensalismo Amensalismo Neutralismo Predação Comensalismo + Parasitismo Comensalismo Mutualismo Interacções não tróficas (não implicam alimentação entre os parceiros) – Comensalismo, Competição, Amensalismo e Aleopatia, Neutralismo, Mutualismo, Micorrizas, Polinização. Interacções tróficas (implica alimentação entre parceiros – um come o outro) – Herbivoria (Pastoreio), Frugivoria, Predação de sementes, Predação, Parasitismo, Saprobismo. O uso de um organismo como alimento por outro é um tema complexo pois: - são a base da transferência de energia nos ecossistemas; - existem diversos tipos de caça e pastagem e defesa aos mesmos; - efeito numérico na presa e no predador; - efeito evolucionário na presa e no predador. Processo de alimentação Os modos de alimentação podem ser muito variados, encontrando-se organismos que matam a presa e outros que não matam. Exs: lobo mata alces; ténia é apenas parasita do Homem; ameijoas filtram apenas o que há em suspenso na água, limpando a água e aumentando a biomassa. Os diferentes tipos de alimentação variam consoante: Adequabilidade: todos os animais têm necessidades nutricionais específicas mas alguns alimentos potencialmente satisfatórios poderão não ser usados pois sabem mal ou são tóxicos. Disponibilidade (≠ abundância): alguns alimentos potencialmente satisfatórios poderão não ser usados pois são difíceis de encontrar espacial (ex: pinguins eram adequados ao urso mas estão em zonas opostas do globo) ou temporalmente (ex: raposas/ratos/fruta). Perigosidade: o fitness não está maximizado para o uso do alimento mais nutricional mas tem em conta a perigosidade da sua obtenção. (Ex: os esquilos para comerem nozes grandes têm que ir procurar mais longe; os herbívoros ruminantes comem num local e depois vão para outro mais protegido digerir). Qual o tamanho óptimo da presa? Se um predador demorar muito tempo a apanhar uma presa grande vai ficar com fome, mas se apanhar rapidamente um pequeno também vai ficar com fome. É preciso chegar ao tamanho óptimo que equilibra os dois lados. - A fome é uma potente força selectiva para o predador melhorar a caça; poder ser comido gera uma força similar na presa que favorece a selecção de melhores métodos de fuga por parte da presa. - Animais mais eficazes a alimentarem-se têm mais tempo para as tarefas reprodutoras e de cuidado parental, etc. Onde procurar alimento? O animal mudará de região de caça se: O TEMPO DE PROCURA DE UM ITEM MÉDIO NUMA NOVA REGIÃO + TEMPO DE DESLOCAMENTO < TEMPO DE PROCURA DE UM ITEM MÉDIO NA REGIÃO ANTIGA. O animal deve deixar (tempo de desistência) uma dada região de alimentação quando o ganho de energia ultrapasse o tempo óptimo de residência numa região média. Perseguir ou não o alimento? O animal perseguirá uma presa se: TEMPO DE PERSEGUIÇÃO PARA ESSE ITEM < TEMPO DE PERSEGUIÇÃO MÉDIO + TEMPO DE PROCURA MÉDIO. Se as presas são difíceis de encontrar, mas fáceis de apanhar predador é pouco selectivo. Se as presas são fáceis de encontrar, mas difíceis de apanhar predador é selectivo. A selectividade diminui com o aumento da distância do local de abrigo. HERBIVORIA – Comer plantas. É praticada por insectos, mamíferos, algumas aves (gansos e cisnes), moluscos, tartarugas terrestres, invertebrados aquáticos. Contra a herbivoria as plantas apresentam defesas morfológicas, químicas e associativas. - Grazers (Pastoreio): comer herbáceas (relva). Bisonte, gafanhoto. - Browsers: escolher folhas em plantas. Veados, coelhos. - Mineração de folhas. Escaravelhos, traças. - Furadores. Broca do milho, larvas. - Comedores de raízes. Invertebrados, toupeiras, porcos. - Sugadores de seiva. Afídeos, escaravelhos, macaco da América do Sul. - Formação de nódulos. As azinheiras produzem bugalhos como defesa à infecção pelas moscas. FRUGIVORIA – Comer frutas (polpa + sementes). É praticada por aves, mamíferos (primatas, morcegos e em determinadas situações ursos e raposas), insectos, fungos e bactérias (em muitos casos há mutualismo). As plantas gastam energia a produzir frutos para assim conseguirem atrair os animais para comerem e dispersarem as sementes. - A “oferta” de um fruto a um animal maior evita que as sementes sejam destruídas por insectos. - A “Festa da Fruta” nas aves permite sociabilidade nos frugívoros, ao contrário dos comedores de insectos, aumentando a reprodução. - Poliginia e promiscuidade são frequentes devido ao tempo de procura e de perseguição de alimento serem baixos. - Ninhos mais altos permitem maior dispersão das sementes nas fezes e minimizam predação. - Aves totalmente frugívoras crescem mais lentamente e alimentam-se de frutos mais secos, menos coloridos e menos saborosos mas mais ricos em proteínas e lípidos. Algumas aves frugívoras são insectívoras enquanto crias/juvenis. - Frugivoria nas regiões temperadas ocorre no final da Primavera/Verão e Outono (há mais aves por nascimento e há migração, que ajuda a dispersar as sementes), enquanto que nos trópicos ocorre todo o ano. PREDAÇÃO DE SEMENTES – Envolve o desaparecimento de um indivíduo por eliminação da semente. É praticada por insectos (moscas, escaravelhos, vespas), aves (papagaios, pica-paus) e mamíferos (ratos, esquilos). PREDAÇÃO – Os organismos matam e comem animais. Pode ocorrer por emboscada (predador espera pela presa – anaconda, louva-a-Deus, aranhas, mochos) ou ser activa (procurar a presa e persegui-la – águias, tubarões, aves insectívoras). Camuflagem/Disfarce e Mimetismo – aumenta a eficácia da presa em termos de defesa e do predador em termos de caça. Mimetismo Batesiano: uma espécie não tóxica imita uma espécie tóxica. Mimetismo Muleriano: espécies diferentes convergem para o mesmo tipo de características – evolução no sentido de características semelhantes. Modelo de predador-presa de Lotka-Volterra Pressupostos - Não admite a existência de refúgios para a presa e de presas alternativas para o predador. - Assume que o número de predadores depende da população de presas que actua na sua taxa de natalidade. - Assume que o número de presas depende da população de predadores que actua na sua taxa de mortalidade. Mais predadores leva a um aumento da taxa de mortalidade das presas. ESTÁ DE ACORDO COM AS FLUTUAÇÕES CÍCLICAS QUE SE OBSERVAM NA NATUREZA MAS NÃO EXPLICA MUITAS SITUAÇÕES REAIS. Modelo de predador-presa de Rosenzweig-MacArthur Já tem em conta situações reais. Entra em conta com os K’s de predador e presa, considera o efeito de Allee para a presa (para uma determinada densidade o crescimento baixa), admite a existência de refúgios para a presa e admite a existência de presas alternativas para o predador. Flutuações do tamanho das populações – podem ser estáveis (ex: linces), cíclicas ou eruptivas (ex: praga de gafanhotos no Egipto – Bíblia). As populações de traças têm um ciclo de vida de 6 a 8 anos, pois após um pico dessa população há uma desfoliação intensa dos carvalhos que leva à morte da maior parte das borboletas e que leva à diminuição progressiva do número de bolotas, de ratos e consequentemente de predadores. No ano seguinte haverá um aumento do número de bolotas e de ratos (que mantém o número de traças baixo) e só passado algum tempo é que aumentam os predadores que levarão à diminuição do número de ratos e consequente aumento do número de traças. PARASITISMO – uma espécie alimenta-se de outra mas não a mata (pelo menos imediatamente); obriga a uma interacção espacial. Ocorre com vírus, bactérias, fungos, protozoários, vermes achatados, vermes cilíndricos, copépodes, afídeos e pulgas, plantas, lampreias, etc. Em geral as espécies ectotérmicas têm menos parasitas que as endotérmicas, isto porque os parasitas preferem locais mais agradáveis, isto é, com temperaturas constantes. Peixes e répteis: <5 espécies de parasitas; aves: 5 a 10 espécies de parasitas; mamíferos: 10 a 15 espécies de parasitas. Ectoparasitas: vivem fora do organismo. Endoparasitas: vivem dentro do organismo. SAPROBISMO (Necrófagos e decompositores) – espécies que retiram energia de um tecido morto ou a morrer; pode ocorrer com carne podre, excrementos, plantas em pé, folhas e caules mortos, fruta podre, etc; é praticado por condores, urubus, algumas hienas, escaravelhos bosteiros e coveiros, bactérias e fungos. O saprobismo tem um papel importante na reciclagem dos nutrientes e limpeza do solo. Os animais que o praticam têm mandíbulas e presas fortes para obter a medula óssea, ou então aprendem técnicas como atirar os ossos de uma altura elevada (caso dos abutres, que têm a cabeça sem penas e o pescoço comprido – adaptação a este modo de alimentação). Necrófagos: alimentam-se de pedaços macroscópicos. Ex: pedaço de zebra morta. Decompositores: são bactérias e fungos que muitas vezes produzem compostos com odores desagradáveis ou tóxicos para evitar a competição por parte dos necrófagos. Escaravelhos bosteiros: Milhares de espécies enterram fezes (no caso dos escaravelhos coveiros são enterradas carcaças), evitando assim a competição. No meio do que enterram escondem os ovos para os proteger e fornecer alimento às larvas, visto que os excrementos são alimento não consumido. COMENSALISMO – ocorre quando uma espécie vive em associação com outra, não a prejudicando, e tirando benefício para si. Ex: rémora/tubarão; Homem/E.Coli; dispersão de sementes por animais; epifitismo – planta vive por cima de outras mas não as prejudica. FORESE – ocorre quando há transporte; existem predação, parasitismo ou ainda comensalismo foréticos. Exemplos: - O afídeo apanha boleia de um colibri para ir de uma planta para outra - Forese - O escaravelho dá boleia ao ácaro até ao rato morto. Aí o ácaro come os ovos da mosca e o escaravelho fica com o rato. – Mutualismo forético - O ácaro apanha boleia na abelha até à colmeia, onde lhe come os ovos. – Predação forética Quais os cenários possíveis para a competição por uma reserva? A competição interespecífica consiste na procura combinada em excesso de um dado recurso. Quando é muito forte pode originar exclusão competitiva; se for severa pode originar mudanças comportamentais e/ou evolutivas (adaptação às reservas); pode ser suave, permitindo que ambas as espécies co-existam mas com efectivos menores. Quanto ao recurso partilhado, raramente (ou nunca) é escasso porque: há reservas que dificilmente se esgotam (ex: oxigénio, sol); existem predadores, herbívoros ou parasitas e alterações climáticas que mantêm a densidade dos competidores abaixo de um nível crítico (ex: caso da estrela do mar com os mexilhões – a estrela do mar come o mexilhão para não permitir que este ocupe o espaço todo, assim outros podem competir com ele). Será mesmo competição? Por vezes existem casos que à primeira vista podem parecer de competição, mas pode não ser bem assim. - A lebre “patas de neve” foi introduzida no norte do Canadá em 1870 onde apenas existia a lebre ártica. Actualmente a lebre “patas de neve” ocupa as zonas arborizadas enquanto que a lebre ártica nativa ocupa apenas as regiões desarborizadas. Será competição?! Na verdade, a lebre “patas de neve” nunca poderia ocupar as zonas desarborizadas pois seria facilmente identificada (só tem as patas brancas). - Nos solos ingleses houve uma alteração significativa de esquilos ingleses por esquilos americanos introduzidos posteriormente. Terá sido competição?! Na verdade, ocorreu nos solos ingleses uma alteração intensiva dos carvalhos por avelaneiras. Ora, os carvalhos produziam bolotas (alimento dos esquilos ingleses) e as avelaneiras produzem avelãs, o que terá levado ao declínio dos esquilos ingleses. Quando é que a competição permite a co-existência? Duas espécies competidoras co-existirão se a competição intraespecífica for mais severa que a interespecífica. Ex: se a competição entre as lebres for muito forte o número destas nunca vai ser muito grande, por isso podem co-existir com os coelhos sem os extinguir. Duas espécies competidoras co-existirão se adquirirem diferentes modos de usar o mesmo recurso. Ex: duas espécies de abelhas alimentam-se do pólen de uma mesma planta, mas uma em plantas isoladas e outra em plantas agrupadas. AMENSALISMO – interacção em que uma espécie é prejudicada e a outra não é afectada. Ex: sombra provocada por algumas plantas a outras; poluição provocada pelo Homem que afecta os líquenes. Aleopatia – caso de Amensalismo no qual há libertação de um composto tóxico. Ex: a nogueira liberta um composto tóxico chamado juglona para evitar a herbivoria por parte dos insectos e a predação das nozes por parte dos esquilos, inibindo também o crescimento de outras plantas à sua volta. NEUTRALISMO – consiste na falta de interacção entre duas espécies; quando duas espécies não apresentam interacções tróficas e não partilham qualquer recurso limitante. Se as condições do habitat que era estável se alterarem pode-se passar de neutralismo para competição. MUTUALISMO – interacção entre duas espécies na qual ambas beneficiam. Mutualismo simbiótico: os organismos vivem obrigatoriamente em conjunto. Exemplos: - líquenes: simbiose de uma alga com um fungo. A alga ganha protecção contra a herbivoria e contra a seca ao mesmo tempo que aumenta a área superficial para captação de água e nutrientes. O fungo ganha açúcares resultantes da fotossíntese da alga. - coral/alga: A alga ganha protecção contra a predação e o coral ganha açúcares. Os corais não vivem a grandes profundidades porque aí não háluz logo as algas não realizam fotossíntese. Os poucos que vivem a grandes profundidades vivem em simbiose com bactérias quimiossintéticas que ganham assim protecção. Os corais também não vivem em zonas de foz por causa da sedimentação. - bivalves/bactérias quimiossintéticas: os bivalves ganham porque sozinhos não conseguem degradar a celulose. Micorrizas (endo e ecto): tipo de mutualismo que consiste na união entre raízes de plantas vasculares e fungos, permitindo aumentar substancialmente a biomassa vegetal. O fungo ganha açúcares e as plantas aumentam a área superficial ao mesmo tempo que os fungos inibem o crescimento de outras. Mutualismo não simbiótico: os organismos não são obrigados a viver em conjunto. Exemplos: - esquilos e nozes: quando as nozes amadurecem já não têm juglona para que assim os esquilos as dispersem – além das que são comidas existem aquelas que os esquilos enterram e se esquecem e por isso germinam. Polinização: processo não simbiótico e essencial na reprodução assexuada das plantas com sementes; mecanismo de coevolução. Factores abióticos Temperatura Água (pH e salinidade) – influencia reacções bioquímicas Luz Solo Poluição o Sonora, luminosa (as aves podem mudar a rota) o Pesticidas e herbicidas o Radioactivos o Vulcões e incêndios (partículas e metais pesados) o Metais pesados (substituem os iões essenciais) o Chuvas ácidas (alteram o pH do solo; se a planta não estiver a pH adequado não vai bombear electrões para o exterior, logo não vai haver gradiente e, consequentemente, não há entrada de iões e de água) o Derrames de crude Ritmos circadianos – designam o período de aproximadamente um dia sobre o qual se baseia todo o ciclo biológico do corpo humano e de qualquer outro ser vivo influenciado pela luz solar. O mais conhecido é o ritmo circadiano do ciclo diário de sonovigília em animais. Quando há luz o metabolismo acelera e quando não há luz abranda. O “relógio” que processa e monitoriza todos estes processos encontra-se localizado numa área cerebral denominada núcleo supraquiasmático (SCN), localizado no hipotálamo na base do cérebro. NOTAS - Existe um óptimo dos factores ambientais para o qual a população é máxima. - Há factores que quando aumentam têm sempre efeito negativo na população (ex: poluição). - Acontecer uma condição extrema uma vez é mais importante do que uma má por mais tempo porque na extrema “morre logo tudo”. - Lei dos factores limitantes: quando um processo depende de vários factores, a velocidade depende do factor limitante. A fotossíntese pode ser limitada de manhã pela luz e ao meio-dia pela temperatura (aquece muito e pode desnaturar algumas proteínas da fotossíntese); nos meios aquáticos normalmente o fósforo é o factor limitante (importante para os ácidos nucleicos). - Interacção entre factores – pode haver sinergismo. A 20⁰C existem 100 indivíduos, a boa humidade também existem 100 indivíduos; com as duas juntas existem 150 indivíduos. Se os factores forem maus é do mesmo género. Adaptação aos factores abióticos As alterações das condições ambientais podem ser mais ou menos severas, e os organismos: Não se adaptam e desaparecem do biota (mas podem re-invadir); Homeostase – regulação/adaptação das condições fisiológicas e/ou comportamentais; Há muito calor, vai para a sombra. Aclimatização; Hibernação ou outro tipo de quiescência; Adultos morrem, mas outras formas de vida (ovos, pupas, sementes) com maiores limites de tolerância sobrevivem. Migração longa nas aves e curta pelos invertebrados no solo (vão para zonas mais profundas onde a temperatura é mais elevada). Lições aprendidas do derrame Exxon Valdez Limpeza com água quente pressurizada é pior que não fazer nada – os animais que não morreram do crude morreram da água quente. É preferível fazer uma remoção mecânica ou manual (com pás). Aspersão de azoto e fósforo que promovem o crescimento de organismos capazes de degradar o crude. Os esforços de reabilitação são caros e inefectivos – não adianta limpar penas de uma ave que vai morrer devido à ingestão de crude. Deve-se focar apenas as espécies em perigo. Fogo Natural: faíscas provenientes de descargas eléctricas, avalanches, combustão espontânea. Artificial: provocado pelo Homem. Em Portugal, 40% do fogo é por negligência, 20% é criminoso e 40% é desconhecido. Existem espécies como o pinheirobravo, eucalipto e sobreiros que são particularmente combustíveis e adaptadas ao fogo (ardem muito depressa). Deverão existir fogos ciclicamente para estes ecossistemas estarem em equilíbrio. Fogo de superfície: zonas com herbáceas ou pequenos arbustos; grande velocidade; 100⁰C; não afecta muito o solo. Fogo de cobertura: atinge a copa das árvores; 600-1100 ⁰C; 20 anos para recuperação. Fogo de solo: específico de solos muito ricos em turfa, arde sem chama, pode destruir condições de vida por milhares de anos; acaba com microrganismos e decompositores. Fogo em profundidade: acaba com os microrganismos e decompositores. Factores que afectam o fogo Combustível (quantidade e qualidade) Condições atmosféricas (humidade, temperatura, vento) Topografia (o fogo arde melhor quando sobe) Intensidade (kcal/m.s) = Produção de calor (kcal/g) * combustível disponível (g/m2) * veloc. Propagação (m/s) 3 30’s: >30⁰C temperatura do ar; <30% humidade relativa; 30 km/h vento. Se se juntam, há fogo! Destruição de 1 cm de turfa/solo 1 ano para recuperação. Fogo em função das zonas Nas zonas tropicais é raro haver fogo porque há muita água. Nas zonas da tundra é raro haver fogo porque não há calor nem vegetação. Nos grandes desertos é raro haver fogo porque não há vegetação. NOTA: As principais espécies adaptadas ao fogo é que, em conjunto com as condições ambientais promovem o fogo porque para elas é conveniente que o fogo ocorra mais vezes porque assim ocorre com menos intensidade. Se for com maiores intervalos vai ter maior intensidade e as plantas não vão conseguir recuperar; tal como se for em intervalos muito curtos de tempo. Efeitos do fogo no ambiente Remoção da cobertura vegetal (provoca elevada temperatura de dia e baixa de noite e baixa humidade) Diminui a camada de folhas mortas permitindo a germinação Destruição de competidores e patogénicos permitindo que apareçam outras espécies Fogo ajuda à dispersão de sementes (correntes de convecção) Aumento/diminuição da disponibilidade de nutrientes. Dependendo da intensidade: muito intenso – tudo volatiza; mais ou menos intenso – mineraliza nutrientes que ficam assim disponíveis para as plantas. Adaptações das plantas ao fogo Casca grossa, grande esclerenquimatização (tecidos mortos protegem os vivos) Meristemas (conjunto de células que podem dar origem a qualquer parte da planta) debaixo da casca ou a partir de raízes Existência de grande número de sementes Gramíneas: folhas impregnadas de sílica (protecção contra o calor) e sementes altas (não são atingidas) Germinação estimulada pelo calor (ex: as pinhas abrem com o calor e lançam as sementes a grandes distâncias) Folhas mais inflamáveis (aumenta a velocidade de propagação do fogo e assim a temperatura não aumenta tanto) Adaptações dos animais ao fogo Principalmente fogem! Alguns predadores (aves de rapina e insectívoras) caçam nas extremidades do fogo Animais saprofagos atraídos após o fogo (escaravelhos e aves). O escaravelho xilófago come madeira e deposita aí os seus ovos evitando competição. Organização de comunidades e ecossistemas Comunidade – conjunto de populações ligadas por co-acções/interacções (factores bióticos). Ecossistema – comunidade mais acções/reacções com o seu habitat (factores abióticos). EFEITOS INDIRECTOS – Como é que uma interacção entre duas espécies é afectada por outra(s) espécie(s) que altera o ambiente (biótico e abiótico)? Defesa associativa (ex: herbácea/planta espinhosa) Competição aparente (ex: havia alces; introduziram-se veados que começaram a competir com os alces por comida, mas isso também fez aumentar o número de predadores e por isso é que o alce/ou lobo desapareceu). Predação chave (ex: a estrela do mar come o mexilhão, permitindo o aparecimento de novos competidores). Balanço competitivo alterado (ex: animal parasitado – se tem parasita é menos eficiente). Vectores e hospedeiros alternativos de parasitas (ex: um hospedeiro tem um parasita mas não tem a doença, mas quando outro animal o come já fica com a doença). Benefícios indirectos (ex: formigas/ratos e plantas com sementes pequenas/grandes – se existirem tanto ratos como formigas, a planta vai ter que continuar a produzir os dois tipos de sementes). Modificação de habitat (ex: a carpa come as plantas que são o alimento das trutas, então o habitat deixa de ter plantas). Interacções tróficas em cascata Organização de comunidades e ecossistemas Composição específica – cada comunidade tem um conjunto característico de espécies com uma abundância relativa. Dominância: organismos cuja acção exerce controlo nas características da comunidade (ex: árvores/floresta). o Espécie chave ≠ espécie dominante. A espécie chave é aquela que define o ecossistema (só há uma espécie a definir cada ecossistema) – ex: são os herbívoros que permitem que um ecossistema se mantenha em pradaria. Em relação à espécie dominante, existe também normalmente só uma mas outras podem ocupar o seu lugar caso o ecossistema sofra um choque. Constância: é relativa à percentagem de ocorrência; existe em mais quadrantes. Fidelidade: é relativa à associação a uma determinada comunidade; dada espécie estar inteiramente relacionada com um dado habitat. Estrutura espacial (Fisionomia) Normalmente existe uma estrutura vertical em camadas ou em estratos ; Sinusia – plantas do mesmo tipo (herbáceas, arbustos, árvores); têm a mesma função no ecossistema. Guilds ou corporações – organismos com nichos aparentados (frugívoros, saprofagos). Estrutura temporal Ciclos circadianos (diurno, nocturno, crepuscular) Ciclos sazonais (variação de temperatura, humidade e fotoperíodo) Actividade nocturna (menor intensidade de luz, temperatura mais baixa, maior humidade) Anfíbios – têm actividade nocturna porque a sua pele é húmida e nestes períodos perdem menos água; Grilos, traças, alguns mamíferos – com olfacto mais desenvolvido; Corujas – visão mais desenvolvida; Plantas nocturnas têm flores brancas e geralmente polinizadas por traças e morcegos (todas as plantas à noite respiram, activas no transporte de açúcares). Fenologia – estudo dos ciclos dos organismos (floração, reprodução, migração, etc.) em função das alterações climáticas sazonais. Uma planta floresce a 1Abril no Algarve e 30Abril em Trás-os-Montes; Velocidade de propagação da Primavera: o 28km/dia latitude em direcção a Norte; o 30m/dia altitude; o 1,25ᵒ longitude em direcção a Este. Nicho ecológico – papel de um organismo e das suas interacções no ecossistema; não é um local. Equivalentes ecológicos – organismos diferentes que desempenham nichos ecológicos equivalentes. Ex: euforbiáceas em África e cactos na América do Sul; Ecossistemas semelhantes não têm necessariamente os mesmos nichos. Nicho fundamental – considera os factores abióticos. Nicho realizado – é menor que o fundamental e considera os factores abióticos e bióticos. Ex: se um herbívoro não tiver predadores, pastará tanto em zonas abertas como protegidas. NOTA: Em termos ecológicos, um animal omnívoro é aquele que se alimenta de mais do que um nível trófico, como é o caso do urso, que come salmão e fruta. DIVERSIDADE BIOLÓGICA Comunidade saturada – reservas totalmente ocupadas, havendo por vezes sobreposição em alguns locais (competição). Uma das vantagens é que se uma espécie desaparecer, o seu espaço será ocupado por outra espécie. Comunidade não saturada – reservas permitem a ocupação. Ainda não está em equilíbrio. A diversidade biológica será maior ou menor consoante a diversidade/quantidade de recursos, sobreposição e “tamanho” de nichos. Razão S/G (species/genus) é mais baixa nas comunidades de áreas pequenas pois a variedade de recursos é menor, logo suportará espécies menos diferentes, isto é, pertencentes ao mesmo género. De qualquer modo a competição entre espécies do mesmo género é maior do que entre espécies de géneros diferentes, o que poderá levar a uma diminuição do número total de espécies. Área pequena menor variedade recursos espécies mais semelhantes aumenta competição diminui nº espécies Factores que afectam a diversidade História geológica (ex: diversidade devido à orientação das cadeias montanhosas) Tempo (permite a evolução; mais espécies vão sendo adicionadas à comunidade) Habitats extremos (poucas espécies com muitos indivíduos) Diversidade de recursos (estratificação, topologia diversa mais nichos) Produtividade (mais produtores mais consumidores) Estabilidade climática (ex: na floresta tropical há mais diversidade que no fundo do oceano porque as condições ambientais estão mais perto das óptimas) Predação (baixa o nível de competição de modo a evitar exclusão competitiva) Distúrbio (ex: fogo, inundações, escassez de nutrientes, etc.) – pequenos distúrbios podem promover a diversidade pois as condições ambientais adversas podem seleccionar organismos. NOTA: A biodiversidade depende não só da área disponível como também das condições abióticas. O que determina o nº de espécies numa ilha? As ilhas podem ser usadas como bons modelos para o estudo da biodiversidade e da ecologia de comunidades/ecossistemas devido ao seu relativo isolamento – as espécies não trocam facilmente para ecossistemas vizinhos. As primeiras espécies a chegar são as r-seleccionadas (boa capacidade de dispersão). Com o aumento do número de espécies diminui a taxa de imigração, pois a probabilidade de uma nova espécie atingir aquela ilha diminui, e os espaços são ocupados ao longo do tempo. Ilhas pequenas vs. ilhas grandes: Apresentando ambas o mesmo clima e a mesma distância de cota, nas ilhas grandes haverá mais espécies. Nas ilhas pequenas haverá maior taxa de extinção, visto que os recursos são menores e há por isso mais competição. Ilhas próximas vs. longe da costa: Haverá mais espécies na ilhas próximas visto que a taxa de migração será maior. Entre outros, uma comunidade é caracterizada por: No equilíbrio, ter um número de espécies constante; Se as espécies desaparecerem, as mesmas ou outras, em igual número irão repor as existentes; Se o tempo permitir mecanismos evolutivos, a competição irá baixar (ajuste dos nichos também consequência de parasitismo e predação) e o comensalismo e mutualismo aumentarão. NOTA: Os ecotónos (zonas em que não sabemos se é um ecossistema ou outros porque há características dos dois tipos) são mais biodiversos que os ecossistemas adjacentes. A biodiversidade consiste na variedade e variabilidade entre os seres vivos e os complexos ecológicos no qual ocorrem, estando dependente tanto do número de espécies como da complexidade do ecossistema. O número de interacções específicas é independente da biodiversidade da comunidade; O número de níveis tróficos aumenta com o aumento da biodiversidade da comunidade. Convenção sobre a Biodiversidade (Rio de Janeiro 1992) – todos os países (193) assinaram e ratificaram a convenção, excepto os USA (não querem partilhar os recursos), Andorra e Vaticano (motivos religiosos). Conservação da biodiversidade; Uso sustentado dos seus componentes: tirar partido da biodiversidade de modo sustentável; Partilha justa dos benefícios económicos provenientes do uso dos recursos genéticos. Estrutura trófica Cadeia alimentar – sequência de organismos na qual um organismo se alimenta do precedente. Teia alimentar – interligação de várias cadeias alimentares. As setas representam fluxos de energia, apontando sempre no sentido do fluxo. NÍVEIS TRÓFICOS – posições ocupadas pelos organismos ao longo da cadeia alimentar. No mesmo nível trófico são colocados indivíduos que se alimentam basicamente dos mesmos nutrientes. Produtores – são os organismos capazes de realizar fotossíntese e que não só produzem como também acumulam energia, através de processos bioquímicos que utilizam água, dióxido de carbono e luz solar como matérias-primas. Com estas matériasprimas produzem glicose que, em conjunto com outros elementos como sais minerais lhes permite produzir proteínas, gorduras, etc. São basicamente todas as plantas. NOTA: Em ambientes sem luz também existem produtores, mas neste caso a fonte utilizada na síntese de matéria orgânica é a energia libertada aquando das reacções de oxidação que ocorrem nas células. É a chamada quimiossíntese, realizada por bactérias quimiossintetizantes. Consumidores – São todos aqueles que não conseguem produzir o seu próprio alimento e portanto necessitam de receber alimentos já prontos. Desta forma ingerem energia química condensada nas ligações dos compostos orgânicos. Já dentro do organismo dos consumidores, estes compostos chegam às células, onde são degradados, libertando-se assim energia que é utilizada para produzir trabalho – é a chamada respiração. Decompositores – são os organismos responsáveis pela decomposição da matéria orgânica, transformando-a em nutrientes que ficam assim de novo disponíveis no ambiente. São geralmente bactérias e fungos, que degradam tanto produtores como consumidores e fecham o ciclo que pode ser considerada a cadeia trófica. São seres unicelulares que vivem no solo ou na água, com tamanhos microscópicos. De um modo directo ou indirecto garantem a alimentação de todos os consumidores. Consumidores primários – são todos aqueles que se alimentam directamente dos produtores, portanto de um modo geral são todos os herbívoros. Podem ir desde microscópicas larvas planctónicas até grandes mamíferos como elefante ou girafa. Ex: boi, cavalo, coelho, peixe que come plantas no rio. Consumidores secundários – são todos aqueles que se alimentam de consumidores primários, isto é, são carnívoros que se alimentam de herbívoros. Ex: raposa (come coelhos). Consumidores terciários – são todos aqueles que se alimentam de consumidores secundários, isto é, são carnívoros que se alimentam de carnívoros. Ex: peixe que come outro menor que se alimentava de camarões, tubarão, orca, leão. São considerados os predadores de topo e são caracterizados por grandes tamanhos e baixas densidades populacionais. Consumidores quaternários – são os animais que se alimentam de restos mortais de outros animais (saprobos). Comem cadáveres de qualquer outro tipo de consumidor. Ex: urubus, camarões, hienas, etc. Também se pode chamar consumidor quaternário ao que se alimenta de consumidores terciários. PIRÂMIDES ECOLÓGICAS – são muitas vezes utilizadas para expressar e sintetizar as estruturas tróficas, representando o fluxo de energia e matéria entre os diferentes níveis da cadeia alimentar. Cada rectângulo representa de forma proporcional o parâmetro a analisar, sendo que a base corresponde aos produtores e os decompositores não entram nas pirâmides. Pirâmide de números – é considerada apenas a densidade (nº de indivíduos/área ou volume) em diferentes níveis tróficos. Não distingue a diferença de biomassa entre as diferentes espécies que constituem o ecossistema. Representa a quantidade de indivíduos em cada nível trófico da cadeia alimentar, proporcionalmente à quantidade necessária para a dieta de cada um deles. Quanto mais estreita for a faixa da pirâmide, menor o número e maior o tamanho dos indivíduos. Um gafanhoto é maior que a erva, por isso tem que comer muita erva. Se a quantidade de gafanhotos fosse igual à quantidade de erva, não haveria erva para todos os gafanhotos. O mesmo acontecia se o número de garças fosse igual ao de gafanhotos, não havia gafanhotos para todas as garças. NOTA: Se o produtor for uma planta de grande porte, temos uma pirâmide invertida. Pirâmide de biomassa – considera a biomassa (unidade de massa/área ou volume) mas não tem em conta a taxa de renovação ou acumulação da biomassa ao longo do tempo. Relaciona a quantidade de matéria orgânica disponível em cada nível trófico por unidade de área, num determinado momento. BIOMASSA – é o peso seco total, ou conteúdo calórico total, dos organismos presentes num determinado momento ou local. Depende do tamanho dos indivíduos: quanto menor o organismo, maior o seu metabolismo por grama de biomassa. Ex: algas, bactérias e protozoários podem ter taxas de metabolismo por grama maiores que as de grandes organismos como árvores ou vertebrados. Isto aplica-se tanto à fotossíntese como à respiração. NOTA: Em alguns casos também pode ser uma pirâmide invertida, pois há a possibilidade de haver redução da biomassa em algum nível trófico – observa-se quando biomassa pequena de presas com alta taxa de renovação suporta uma biomassa maior de predadores com taxa de renovação mais lenta; é frequente em meios aquáticos. Pirâmide de energia – supera as limitações das duas anteriores, uma vez que indica a magnitude energética das interacções tróficas dentro de uma comunidade e também as razões de acumulação de biomassa dentro do ecossistema. Retrata, para cada nível trófico, a quantidade de energia acumulada por área ou volume, num determinado intervalo de tempo, representando assim a produtividade do ambiente em questão. Mostra que a energia tende a diminuir dos produtores para os consumidores: Produtor armazena mais energia que o consumidor 1º e este mais que o 2º e etc. Isto porque cada ser vivo gasta parte da energia que recebe consigo mesmo e também dissipa alguma. Ex: gafanhoto come a erva (mas esta já gastou parte da energia que consegue produzir). Depois a garça come o gafanhoto (mas este já gastou parte da energia que retirou da erva para o seu metabolismo) e assim por diante. A eficiência da transferência de energia é perdida devido a, por exemplo, tácticas de fuga ou defesas químicas das plantas; grande parte da energia é gasta em actividades metabólicas; só 10 a 20% fica disponível para o nível trófico seguinte, o que leva a um limite de 5 ou 6 níveis tróficos existentes. É importante na medida em que permite comparar ecossistemas completamente diferentes entre si. Esta pirâmide nunca pode ser invertida – a produtividade dos herbívoros é invariavelmente menor que a das plantas. Ao contrário da pirâmide de energia que apresenta uma taxa, as outras duas apresentam medidas instantâneas visto que não apresentam dimensão temporal. FLUXO ENERGÉTICO Os seres vivos precisam de uma fonte de energia potencial para executar a tarefa de viver: energia química que se encontra nos compostos orgânicos. Tanto a cadeia alimentar como a teia alimentar representam fluxos de energia que vão do produtor (autotrófico, capaz de produzir o seu próprio alimento a partir de nutrientes retirados do ambiente) para os diferentes tipos de consumidores (seres que se alimentam de outros) até chegar aos decompositores (reciclam matéria orgânica, devolvendo os nutrientes ao ambiente e recomeçando o ciclo). A fonte de energia que serve de base a todas estas transferências é geralmente o Sol, sendo transferida para os diferentes níveis tróficos através de relações alimentares entre os animais. Qualquer quebra nesta transferência pode causar um desequilíbrio na estrutura da teia, o que nos leva a concluir que os elos de ligação entre os níveis tróficos são frágeis. Todos os ecossistemas dependem de um fluxo contínuo de energia. A energia decresce à medida que é transferida de um nível trófico para o seguinte, devido não só à incapacidade que os organismos têm de assimilarem totalmente aquilo que ingerem, mas também devido à dissipação de energia que ocorre para a atmosfera sob a forma de calor. Quanto mais curta for uma cadeia/teia alimentar maior será a energia disponível. Energia é sempre perdida para o ambiente de cada vez que um organismo num determinado nível trófico usa energia do nível trófico abaixo. Pode-se dizer que a energia tem um fluxo unidireccional, na medida em que a energia gasta pelos organismos nos seus processos vitais não é reaproveitada, isto é, não retorna aos produtores para ser de novo utilizada. Já a matéria, é cíclica, pois chega de novo aos produtores. Da energia resultante da fotossíntese os produtores só passam cerca de 60% aos herbívoros, porque o resto é utilizado como energia de manutenção (defesa, transporte fluidos, etc.). Da energia que os herbívoros podem conseguir dos produtores, é usada apenas 20% desta, visto que grande parte das plantas é celulose e os animais não a degradam. Também da energia disponível por parte dos herbívoros os consumidores seguintes usam apenas 30% visto que o resto são peles e ossos, por exemplo. NOTA: O fluxo de energia não pode dirigir-se dos decompositores para os produtores e consumidores pois as moléculas estão completamente oxidadas. Cadeia de pastoreio – a base que sustenta a cadeia são as plantas, consumidas por herbívoros pastadores, que por sua vez são consumidos por carnívoros. Ex: fitoplancton zooplâncton peixes Cadeia de detritos – a matéria orgânica é processada por microrganismos decompositores (fungos e bactérias), que a libertam sob a forma de nutrientes para as plantas, ou então na forma de detritos que serão consumidos por organismos detritívoros (insectos, moluscos, fungos, etc.), que por sua vez são consumidos por carnívoros. PRODUTIVIDADES Produtividade primária bruta (GPP) – há transformação de en. Luminosa em en. Química. Pode ser determinada medindo o total de oxigénio produzido pela fotossíntese. Produtividade primária líquida (NPP) – tira-se aquela que eles gastam para manutenção. Representa a energia armazenada nos produtores para os consumidores. Produtividade comunitária líquida (NCP) – energia que entra menos energia que sai. Taxa fotossíntese (entra energia) > Taxa respiração (sai energia) NCP > 0 Comunidades autotróficas (ex: plantação de pinheiros) Taxa fotossíntese (entra energia) < Taxa respiração (sai energia) NCP < 0 Comunidades heterotróficas (ex: correntes) É nula para comunidades em equilíbrio – situação normal (não implica que a comunidade seja estática). Produtividade secundária A produtividade dos níveis tróficos vai diminuindo à medida que estes são mais superiores, visto que apenas uma ínfima parte da energia do nível trófico inferior é transferida para o superior. A produtividade primária varia de acordo com os ecossistemas e o seu tamanho influencia a contribuição de cada ecossistema para a produtividade total da terra. Floresta tropical – boas condições abióticas e alta biodiversidade; são altamente produtivas e contribuem em larga escala para a produtividade global visto que ocupam uma grande área na superfície terrestre. Oceanos – embora não tenham grandes níveis de produtividade, ocupam uma grande área, por isso em conjunto tem um elevado grau de produção primária. Os ecossistemas de paul (zona alagada de água doce) e sapal (zona alagada de água salgada) também são muito ricos mas não por terem muitos produtores – mas sim porque importam muitos nutrientes e matéria orgânica dos ecossistemas vizinhos. Os estuários e recifes de coral também são muito produtivos, mas não contribuem muito porque têm pequenas áreas. A produtividade nos ecossistemas terrestres aumenta à medida que as latitudes se aproximam do equador, devido ao aumento da disponibilidade de água, calor e luz. Por vezes a produtividade primária retira do ambiente nutrientes de uma forma mais rápida do que aquela a que estes são repostos, tornando-os nutrientes limitantes. Ex: azoto e fósforo. Nos ecossistemas aquáticos a produtividade é geralmente determinada pela intensidade da luz, pela temperatura da água e pela existência de nutrientes inorgânicos. Visto que a intensidade da luz afecta a produtividade primária do fitoplancton, esta é mais elevada junto à superfície, decrescendo com a profundidade. Eficiência energética (ou eficiência ecológica) de produtores e consumidores Para as plantas, depende não só delas como também do local onde estão. NPP/GPP 25%-80% As comunidades de pradarias e aquáticas têm valores menores de respiração, enquanto que as comunidades de florestas perenes possuem maiores valores de respiração, devido aos custos de manutenção de estruturas fotossintéticas. Herbívoros (alimentam-se de plantas, parte da energia não é utilizada): Endotérmicos (gastam energia para regular T): 0,3-1,5% Ectotérmicos: 9-25% Carnívoros (todo o alimento é utilizado): Endotérmicos: 0,6-1,8% Ectotérmicos: 12-35% NOTA: Como o fluxo energético na maior parte dos ecossistemas é através de endotérmicos (invertebrados) a eficiência ecológica para toda a cadeia é 10-20%. O fluxo energético nos ecossistemas depende normalmente de organismos fotossintéticos – en. Luminosa em en. Química – (fotolitotróficos – usam dióxido de carbono) mas muitas vezes são os quimiossintéticos – compostos inorgânicos em compostos orgânicos – (quimiolitotróficos – usam dióxido de carbono) que têm diferentes pesos no fluxo energético consoante o ecossistema: importância relativa nos ecossistemas aquáticos de lago, corrente ou de zona costeira e grande importância nos ecossistemas associados a fontes hidrotermais oceânicas.
