Fatores Limitantes e Regulatórios

FATORES ECOAMBIENTAIS LIMITANTES E
REGULATÓRIOS
Fundamentos de Ecologia A
Prof. Dr. Dakir Larara
Todos os serem vivos sofrem ação de vários fatores do
ambiente em que vivem e o seu desenvolvimento
depende desses vários fatores.
Alguns fatores que influenciam os organismos
(bióticos e abióticos):
-Agentes climáticos = altitude, precipitação, temperatura
-Agentes edáficos = relacionados ao solo
-Agentes químicos = nutrientes
-Agentes bióticos = parasitas, predadores
Esses fatores do ambiente são chamados de
FATORES ECOLÓGICOS = Qualquer elemento ou
condição do ambiente capaz de interferir na forma
ou função de seus componentes.
Dentre esses fatores ecológicos, em algumas
ocasiões, alguns podem ser limitantes ou podem
ser regulatórios.
Limitantes
Regulatórios
FATORES LIMITANTES
Qualquer condição que se aproxime ou exceda os limites de
tolerância de um organismo é chamada de condição
limitante ou fator limitante.
Um fator ecológico desempenha papel de fator limitante
quando está ausente ou reduzido, abaixo de um mínimo
crítico ou se excede o nível máximo tolerável.
Exemplos:
Lagos = Ca++ é um fator limitante
Mar = PO4 = fator limitante que regula a abundância do
plâncton, e assim a produtividade do meio
Em 1840 o Barão alemão Justus von
Liebig, foi o pioneiro no estudo dos
efeitos de vários fatores sobre o
crescimento das plantas.
Ele propôs que, sob condições
constantes “o crescimento de um
organismo é limitado pelo elemento
essencial que está presente na
concentração inferior ao requerido
por este organismo”, que ficou
conhecido como
“Lei do mínimo de Liebig”
LIMITE DE TOLERÂNCIA
Não somente algo de MENOS pode ser um fator limitante,
como proposto por Liebig, mas também algo DEMAIS (como
por exemplo o nitrogênio, calor, luz e água).
Os organismos têm um mínimo e um máximo ecológico, e a
amplitude entre esses intervalos apresenta os limites de
tolerância daquele organismo.
O conceito de efeito limitante máximo e mínimo é chamado
de lei de tolerância de Shelford.
Entre os limites de tolerância se encontra o ótimo ecológico
= ponto no qual o desenvolvimento e a reprodução atingem
intensidade máxima.
Princípios auxiliares à lei de tolerância
- Os organismos podem ter uma grande amplitude de
tolerância para um fator e uma estreita amplitude para
outro;
- Os organismos com grandes amplitudes de tolerância a
fatores limitantes provavelmente terão distribuição mais
ampla;
- Quando as condições não são ótimas para uma espécie em
relação a um fator ecológico, os limites de tolerância podem
ser reduzidos para outros fatores ecológicos. Ex. Nitrogênio
no solo é limitante; a resistência da planta à seca pode
diminuir (mais água para evitar que a planta murche);
- Os limites de tolerância e zona ótima para um fator físico
variam frequentemente em pontos geográficos distintos;
- Na natureza, nem sempre os seres vivos estão vivendo em
condições ótimas em relação a um fator ecológico;
- A época de reprodução é um período crítico fatores ambientais
parecem ser mais limitantes. Os limites de tolerância de
indivíduos reprodutivos, sementes, ovos, embriões, plântulas e
larvas são geralmente mais estreitos que o das plantas e animais
adultos não reprodutivos.
Exemplo: siris azuis adultos podem tolerar água salobra com alto
conteúdo de NaCl. Contudo, as larvas não toleram viver nessas
águas e assim a espécie não pode se reproduzir nesse ambiente
aquático com certa quantidade de salinidade.
Valência Ecológica
É a capacidade que cada espécie tem de povoar/ocupar
ambientes diferentes caracterizados por variações mais
ou menos amplas dos fatores ecológicos.
Regula diretamente as possibilidades de expansão dos
organismos.
Essas características são determinadas geneticamente e,
assim, são específicas para cada espécie.
Para graus relativos de tolerância (valência ecológica),
existem uma série de termos em ecologia que usam os
prefixos esteno (estreito), e euri (amplo):
Esteno
(estreito)
Euri
(amplo)
Estenotérmico
Esteno- hídrico
Estenoalino
Estenofágico
Estenoécio
Euritérmico
Euri-hídrico
Eurialino
Eurifágico
Euriécio
Esteno = fraca valência ecológica
Euri = forte valência ecológica
Fator Ecológico
(tolerância)
Temperatura
Água
Salinidade
Alimentação
Seleção de habitat
Espécies estenotópicas apresenta distribuição
geográfica restrita, enquanto uma espécies euritópica
apresenta ampla distribuição geográfica.
Exemplo de uma espécie estenotópica (endêmica)
Espécie de salamandra que só ocorre
em algumas regiões da Califórnia
Ambystoma californiense
Exemplo de uma espécie euritópica
Espécie de mosquito do gênero Anopheles que ocorre em
regiões tropicais e subtropicais – Brasil, Portugal e África.
Esses conceitos não se aplicam somente a indivíduos,
mas também à comunidades e ecossistemas.
EXEMPLO – os recifes de coral são muito
estenotérmicos, ou seja, prosperam somente em uma
estreita margem de temperatura. Uma queda de 2oC
prolongada é estressante, causa “branqueamento” ou
perda de algas simbióticas que possibilita a
sobrevivência dos corais em águas com níveis baixos de
nutrientes.
A evolução de limites estreitos de tolerância pode ser
considerada uma forma de especialização que contribui para o
aumento de diversidade na comunidade ou no ecossistema,
ao passo que a evolução de limites amplos de tolerância pode
ser considerada como promotora de espécies generalistas
(menos suscetíveis às perturbações humanas).
Compensação de Fator e Ecótipos
Os organismos podem se adaptar e modificar o
ambiente físico para reduzir os efeitos limitantes de
alguns fatores, como água, luz, temperatura e outras
condições físicas de existência = COMPENSAÇÃO DE
FATOR. Essa compensação é mais eficiente ao nível de
comunidade, mas também ocorrem em espécies.
As espécies com ampla distribuição geográfica quase
sempre desenvolvem populações adaptadas localmente
= chamadas de ECÓTIPOS. Ecótipos são subespécies
geneticamente diferenciadas e que estão bem
adaptadas a um conjunto de condições ambientais
particular.
Apesar das características de tolerância de uma espécie
serem geneticamente determinadas, no ecótipo pode
ocorrer um fenômeno chamado de adaptação fisiológica.
Esses ajustes fisiológicos para a compensação de um fator
pode ocorrer sem fixação genética.
Relógio Biológico e Ritmo Circadiano
Os organismos não só se adaptam ao ambiente, para tolerar
as suas variações, mas também usam as periodicidades
naturais do ambiente físico para marcar o tempo de suas
atividades e “programar” seus ciclos de vida para que
possam se beneficiar de condições favoráveis.
Como os organismos fazem essa programação?
Através de relógios biológicos = mecanismos fisiológicos
de medida do tempo.
A manifestação mais comum do relógio biológico é o
RITMO CIRCADIANO = capacidade de cronometrar e
repetir funções em função de um intervalo de 24 hrs.
Dia
Estado químico
de alerta
Noite
Estado químico de
sono
Estado químico de
sono
Estado químico
de alerta
Luz
Ritmos:
Fisiológico
Comportamento
Núcleo supra
quiasmático
A luz é absorvida pelos
pigmentos do olho e é
então transmitida à
uma região específica
do cérebro. A variação
da intensidade
luminosa controla a
secreção de hormônios
e assim, o organismo
regula todo o
metabolismo para
funcionar de acordo
com o horário do dia.
Produção de cortisol segundo a fase do dia em animais de hábitos diurnos.
A linha vermelha representa a liberação de cortisol ou hormônios do
estresse, e a azul a liberação de melatonina ou hormônios reparadores e de
crescimento.
Uma comunidade inteira se torna programada para
responder à essas variações do ambiente e aos seus ritmos
(sazonalidade). Esses ritmos permitem que os organismos
“ programem ” o melhor momento para se alimentar,
florescer, reproduzir, migrar, hibernar, etc.
Exemplos:
Caranguejos-chama-marés têm seus relógios acertados com
as marés. Na maré baixa eles saem de suas tocas para se
alimentar. Quando mantidos em condições de laboratório
(no escuro e sem marés) eles se tornam ativos no horário de
maré baixa. É como se o organismo se tornasse
condicionado àquela condição.
Os organismos se condicionam ao tempo segundo as
variações no comprimento do dia = FOTOPERÍODO
= comprimento de um dia – no de horas de luz e de escuro.
O fotoperíodo varia de acordo com a latitude = primavera e
verão = dias mais longos e noites mais curtas e outono e
inverno = dias mais curtos e noites mais longas.
Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun
O fotoperíodo controla o relógio biológico dos organismos e
dispara as sequências fisiológicas necessárias para alguns
processos do desenvolvimento, como:
-Crescimento e floração das plantas
-Troca de pelos
-Acúmulo de gordura
-Migração e reprodução de aves e mamíferos
-Início da hibernação
-Dormência dos insetos
Nos animais o sensor do foto período está nos olhos e
as plantas possuem um receptor chamado de fitocromo.
Aves = migração e reprodução
Acúmulo de gordura
(hibernação) e reprodução
Diapausa dos insetos
Florescimento de plantas
Plantas de dias curtos e de dias longos
O controle da germinação de sementes e a metamorfose de
insetos proporciona um controle da natalidade desses
organismos e o nascimento em épocas mais propícias.
O fotoperíodo pode ser alterado por manipulação e
humana, em casos de produção de plantas e animais.
Produção de flores para comercialização
Alteração do regime de luz em
pesqueiros comerciais de truta
pode antecipar o período
reprodutivo em até 4 meses.
FATORES LIMITANTES FÍSICOS
Além de fatores limitantes físicos, as inter-relações
biológicas são também muito importantes.
Mas, dentre os fatores que mais limitam o desenvolvimento
dos organismos, destacam-se:
-Temperatura
-Luz
-Água
-Gases atmosféricos
Temperatura
A vida pode existir em uma faixa ampla de temperatura!!
Bactérias sobrevivem em locais tanto com temperaturas negativas e
positivas; Peixes e insetos, por exemplo, sobrevivem em locais com
50oC.
A amplitude da variação térmica é mais ampla em ambientes
terrestres do que em ambientes aquáticos e, assim, os organismos
aquáticos geralmente têm amplitudes de tolerância mais estreitas do
que os animais terrestres.
Luz
A luz tem um papel fundamental na produtividade de um
ecossistema, pelo fato da fotossíntese só ocorrer em
presença de luz - o que controla todo um ecossistema.
Do ponto de vista ecológico, a qualidade da luz
(comprimento de onda ou cor), a intensidade (energia real)
e a duração (comprimento do dia) são importantes.
A visão de cores nos animais ocorre esporadicamente em
diferentes grupos taxonômicos:
- visão bem desenvolvida = algumas espécies de artrópodes
(insetos, crustáceos), peixes, aves e mamíferos (somente
mamíferos)
As plantas e as comunidades conseguem se adaptar a
diferentes intensidades luminosas, ao se tornarem plantas
de sol ou plantas de sombra.
Água
A água é um fator limitante em ambientes terrestres e
aquáticos (caso a salinidade aumente muito).
A distribuição de chuvas ao longo do ano é um dos fatores
limitantes mais importantes para o ecossistema.
A chuva tende a ser distribuída de forma desigual entre as
estações do ano – estação seca e chuvosa. Os organismos
devem ser capazes de suportar tais condições.
A umidade é um fator diretamente relacionado à água e que
tem grande influência nos ecossistemas.
A umidade tende a ser alta durante a noite e baixa durante
o dia.
A umidade, a luz e a temperatura ajudam a regular as
atividades dos organismos e a limitar sua distribuição.
Os animais podem regular suas atividades para evitar a
desidratação mudando-se para lugares protegidos ou
tornando-se ativos durante a noite.
Como as plantas não podem se mover para ambientes
protegidos do sol, a principal forma de perda de calor é
através da transpiração.
O solo é um fator que influencia diretamente na
disponibilidade de água para o ecossistema.
Solos mais arenosos retém menos água e solos com mais
matéria orgânica e argila retém grande quantidade de água.
Água subterrânea
A Terra contém 74% de toda a água existente no planeta.
A segunda maior reserva de água são as águas
continentais = águas subterrâneas. Apenas 1% está
próximo à superfície (ao alcance das raízes), mas a
maioria está a mais de 100 m de profundidade. Grande
risco de contaminação.
Gases atmosféricos
- A atmosfera, na maior parte da biosfera, é bem
equilibrada;
- Atualmente a atmosfera é composta por: 0,03% de CO2,
21% de oxigênio e 78% de nitrogênio. O CO2 e o oxigênio
são limitantes para muitas plantas superiores;
- O aquecimento global (↑ CO2) pode promover aumento
da fotossíntese, mas ainda não se sabe muito bem os
efeitos na comunidade;
- O oxigênio é especialmente limitante em ambientes
aquáticos com grande quantidade de matéria orgânica. Na
água a concentração de oxigênio é cerca de 10% e sua
solubilidade aumenta sob baixas temperaturas e diminui
em alta salinidade.
Macro e micronutrientes
Elementos essenciais para plantas e animais. Exemplos:
-Moluscos e vertebrados = Cálcio para o esqueleto
-Exigidos para fotossíntese = Mn, Fe, Cl, Zn, V (vanádio)
-Exigidos para o metabolismo N = Mo, B, Co, Fe
-Exigidos para funções metabólicas = Mn, B, Co, Cu, Si
Estresse antropogênico como fator limitante
para as sociedades pós-modernas
-Poluição do ar, da água e poluição térmica
-Chuva ácida
-Pesticidas