IBB057_Aula 6 e 7 - ufam

ECOLOGIA
IBB-057
Intervalo ótimo de condições
• A maioria dos organismos funciona melhor dentro de um
intervalo estreito de condições ambientais
AULAS 6 - 7
I. Respostas dos organismos a variação climática e ambiental
•
•
•
•
•
•
Como e porque variam o clima e os ambientes?
Adaptação à vida em ambientes variantes
Conceitos de fenótipo e genótipo
Estratégias para lidar com a variação ambiental
Teoria de forrageamento ótimo
Forrageio e risco
• Esses ótimos podem ser deslocados pela evolução para
combinar melhor com as condições ambientais dentro das
quais o organismo vive
Economia da Natureza, R.E. Ricklefs - Capítulos 4 e 9
Prof. Cintia Cornelius - UFAM
Que determina a variação ambiental (climática?)
O regime de chuvas varia entre anos na Amazônia
Variação Ambiental
determina os
diferentes biomas
e a sazonalidade
A variação no Ambiente Físico
determina a
variação ano a ano
Eventos El Niño La Niña
A temperatura dos oceanos influencia na incidência de
precipitação e nas condições dos ventos que transportam a
umidade pela região
A variação no Ambiente Físico
Evolução da
temperatura da
superfície do mar nos
Oceanos Atlântico e
Pacífico tropical
Novembro de 2009 e
Outubro de 2010
A variação no Ambiente Físico
“El Niño” é um fenômeno oceânico-atmosférico que afeta
o clima regional e global, mudando a circulação geral da
atmosfera.
O fenômeno El Niño ocorre ciclicamente em intervalos de
2 a 10 anos e persiste de 6 a 15 meses.
Diminuição das
precipitações na parte
norte da bacia
5
www.cptec.inpe.br
6
A variação no Ambiente Físico
As flutuações do clima (locais ou afetando grandes
regiões da terra) são uma manifestação das
mudanças no ambiente terrestre
Padrões Globais de Temperatura
menor ângulo = maior área
✓mudanças na radiação do sol incidente
✓padrões espaciais dados pela forma e posições das
maior ângulo = menor área
bacias oceânicas, continentes e cadeias
montanhosas da terra
✓próprios processo físicos e biológicos podem
estabelecer novos padrões de variação
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Padrões Globais de Temperatura
O efeito do aquecimento do Sol é maior no Equador
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Padrões Globais de Temperatura e Chuva
Por que chove mais em latitudes tropicais?
Deserto de Sonora
America do Norte
Por que se formam
desertos ao sul e norte do
equador?
Deserto de Atacama
America do Sul
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Padrões Globais de Temperatura
10
Padrões Globais de Temperatura
Solstício de Verão no Sul
Solstício de Inverno no Sul
A orientação do eixo da terra muda entre o inverno11e o verão
causando a variação sazonal
A variação anual média das temperaturas mensais e maior nas
altas latitudes do Hemisfério Norte
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Ventos superficiais e sombras de chuva
Flutuações locais do Clima
É difícil predizer o clima?
Sim, sobre tudo com muita antecedência
São todos os anos iguais de quente ou de chuvosos?
Oceano Pacifico
Cordilheira dos Andes
Patagonia
Áreas montanhosas influenciam os padrões de precipitação
local
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El Niño Oscilação do Sul
Seca de 2005
14
El Niño Oscilação do Sul
Corrente de Peru
ou de Humboldt
✓águas frias e
produtivas ao
longo da costa do
pacifico sul
15
El Niño Oscilação do Sul
16
El Niño Oscilação do Sul
Índice El Niño Oscilação do Sul: diferença entre as pressões
das estações de Darwin (Australia) e Taiti
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El Niño Oscilação do Sul
Adaptação em Ambientes Variantes
Grandes mudanças na cobertura de vegetação ao longo do
tempo em um mesmo local
Todos os organismos devem lidar com um ambiente variado
e constantemente em mudança
Os organismos que se ajustam melhor a essas
mudanças têm maior chance de sobreviver e se
reproduzir
Mecanismo fisiológicos de
aproveitamento da agua
Ilha Isabella (Galápagos) antes e durante um
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evento El Niño
Ajuste da temperatura corporal a
traves de comportamento
Dipodomys spectabilis
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Como ocorre o processo de Seleção Natural ? Como ocorre o processo de Seleção Natural ?
Indivíduos com características que permitem atingir taxas reprodutivas
altas deixam mais descendentes e assim os genes responsáveis por
esses atributos passam a generações futuras
Genótipo
Constituição genética
única de cada
indivíduo produto da
combinação de genes
da mãe e pai
Variabilidade
genética na
população
Essencial para o processo de
evolução por seleção natural
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Sucesso Reprodutivo = Ajustamento Evolutivo (“fitness”)
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Como ocorre o processo de Seleção Natural ?
Três principais processos na evolução por seleção natural:
✓Variação entre indivíduos
✓Herança daquela variação
✓Diferença no sucesso reprodutivo ou ajustamento
Mudanças evolutivas em uma população podem resultar de
uma mudança ambiental
O Fenótipo
Genótipo
Constituição genética
única de cada
indivíduo produto da
combinação de genes
da mãe e pai
Fenótipo
Expressão externa
do genótipo na forma
e função de cada
organismo
O processo que cria a seleção é
ecológico
Todo fenótipo tem uma base genética
(relação do organismo com o
ambiente)
O ambiente influencia o Fenotipo?
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O Fenótipo
O Fenótipo
As variações ambientais induzidas no fenótipo são
denominadas plasticidade fenotípica
As variações ambientais induzidas no fenótipo são
denominadas plasticidade fenotípica
Um mesmo genótipo pode
expressar um fenotipo diferente
dependendo das condições
ambientais
Um mesmo genótipo pode
expressar um fenotipo diferente
dependendo das condições
ambientais
A capacidade de um organismo de desenvolver
diferentes fenótipo (respostas diferentes)
dependendo do seu ambiente é um atributo
desenvolvido por seleção natural
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Bioma Cerrado
Adaptação em Ambientes Variantes
Todos os organismos devem lidar com um ambiente variado
e constantemente em mudança
Os organismos que se ajustam melhor a essas
mudanças têm maior chance de sobreviver e se
reproduzir -> ajustamento evolutivo
Mecanismo fisiológicos de
aproveitamento da água
Ajuste da temperatura corporal a
traves de comportamento
Dipodomys spectabilis
Temperatura em diferentes micro-habitats no cerrado
Microambiente:
partes do habitat
que podem ser
distinguidas por
suas condições
Arbusto
Pasto
Serapilheira
Solo exposto
O uso do
ambiente pode
variar ao longo do
dia
Vitt et al 2007
27
28
Aclimatação e Mudança Ambiental
Iguana do Deserto
do sul da California
Aclimatação: é uma mudança reversível na estrutura ou
funcionamento de um organismo em resposta à mudança
ambiental
Dipsosaurus dorsalis
Uso de diferentes
micro-habitats ao
longo do dia
• mudança no intervalo de tolerância fisiológica do
indivíduo
• demandam tempo
• estratégia restrita a variações sazonais
• em ambientes com mudanças cíclicas (custosa)
29
30
Aclimatação e Mudança Ambiental
Aclimatação: é uma mudança reversível na estrutura ou
funcionamento de um organismo em resposta à mudança
ambiental
Astronotus ocellatus
Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração
• particularmente animais que voam ou nadam
• movimentos de longa distância (continentais)
• em resposta a mudanças climáticas que levam a
•
diminuição de alimento
podem ocorrer também em resposta a aumentos de
densidade populacional (Gafanhotos)
Tolerância a ambientes anóxicos e de alta temperatura em
peixes em lagos de várzea na Amazônia
Requer de ajustes metabólicos e fisiológicos em determinadas
épocas do ano
31
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Muusze et al 1998
Outras estratégias para lidar com as mudanças Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração
Migração
Aves Migratórias Neotropicais
Especies de aves que se reproduzem em primavera na
América do Norte e passam o inverno no Mexico, Caribe e
América do Sul
Rotas de aves migrantes neotropicais
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Outras estratégias para lidar com as mudanças Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração
Migração
Armazenamento
Armazenamento
•
•
•
•
•
•
quando a migração não é uma possibilidade e existe uma
diminuição de recursos
armazenamento de recursos na época de abundância
estratégia utilizada por organismos de climas temperados
especialmente em plantas (Cactaceas armazenam agua)
animais acumulam gordura (custo associado - mais suscetíveis a
predação)
Armazenamento de alimento no subsolo para posterior
recuperação
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Dormência Fisiológica
•
•
•
•
Quando os ambientes se tornam extremos e o organismo não
pode funcionar normalmente
Perda de folhas no inverno ou durante a cheia na várzea e igapó
Alguns mamíferos hibernam porque não podem encontrar
comida no inverno
Requerem de uma série de mudanças fisiológicas no indivíduo
reduzindo a troca com o ambiente capacitando as plantas e
animais “escapar” condições desfavoráveis
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Estímulos para as Mudanças
Forrageio e Ajustamento
Quais são os estímulos que indicam às aves que
passam o inverno nos trópicos que a primavera está se
aproximando nas florestas do norte?
Pistas que disparam as mudanças
Fatores de
proximidade
•
•
permitem avaliar o estado
do ambiente mas não
atingem diretamente aos
indivíduos
comprimento do dia fotoperiodo
Os animais forrageiam maximizando seus ajustamentos
(sobrevivência e reprodução)
•
Fatores
últimos
Dado que os ambientes são variáveis os animais tem que
constantemente avaliar os custos e benefícios sobre como se
comportar
✓
✓
•
•
permitem avaliar o estado
do ambiente e atingem
diretamente aos indivíduos
suprimento de alimento
✓
✓
✓
onde forragear?
quanto tempo se alimentar em um certo lugar ou habitat?
que tipo de alimentos comer?
quais lugares são mais seguros para procurar alimento?
quanto tempo procurar por um alimento preferido?
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Forrageio e Ajustamento
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Forrageio e Ajustamento
Teoria de Forrageamento Ótimo
Teoria de Forrageamento Ótimo
Área Central de Forrageamento
Explica as decisões dos animais em termos dos custos
e benefícios prováveis de cada possível comportamento
✓
•
Espera-se que os animais selecionem o comportamento que
produza o maior benefício
qual e a distância
máxima do ninho para
procurar alimento?
•
✓
Como medir o beneficio?
quanta comida deve
levar ao ninho?
✓
quanto tempo deve
demorar coletando
alimento?
•
✓
sucesso reprodutivo / sobrevivência -> ajustamento
evolutivo
✓
quantidade de alimento obtida por unidade de tempo
Como medir o custo?
✓
tempo e energia gastos para obter o alimento
✓
risco de predação
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Teoria de Forrageamento Ótimo
Quanto maior a abrangência maior a quantidade de alimento disponível
porem é maior o gasto energético de cada viagem, aumenta o tempo e o
risco durante cada saída para procurar alimento40
Teoria de Forrageamento Ótimo
Qual é a melhor estratégia em termos de
quantidade e tempo gasto em levar a comida ao
ninho?
✓
✓
é levar o máximo de comida possível?
é levar um inseto de cada vez?
Taxa de
presas
capturadas
=
numero de
presas /
tempo de
busca
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Taxa de
presas
capturadas
=
numero de
presas /
tempo de
busca
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Forrageamento e Risco
Toda atividade contem um risco de mortalidade!
Forrageamento e Risco
Experimento com peixes
menos alimento
mais alimento
O valor da área de alimentação não depende apenas da
disponibilidade de alimento
Forrageamento e Risco
Experimento com peixes
menos alimento
mais alimento
Forrageamento sensível ao risco
Experimento com peixes
menos alimento
mais alimento
Os peixes pequenos so passavam a forragear no lado de mais alimento
quando a densidade de alimento foi aumentada ao dobro
Quando havia três predadores o aumento de alimento tinha que ser
quatro vezes maior
Outros custos e benefícios
Escolha de presa
Cada tipo de alimento tem um valor diferente
✓ valor nutritivo
✓ dificuldade de manipulação
✓ perigo potencial com toxinas
Quão pobre deve ser um tipo de presa para um consumidor não
se interessar?
Dieta mista
✓
tipos de alimentos diferentes podem ser complementares