Resumos da Matéria Teórica

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Ecologia – Apontamentos – 1º Teste
Origem da Ecologia:
A ecologia como conceito independente surge com Haeckel, considerado o pai
desta ciência, em 1869. Surge primeiramente como uma área da Biologia e só mais
tarde adquire autonomia. A história da ecologia começou com Alexander Von
Humboldt no séc. 18. Os seus pensamentos acabaram por influenciar Darwin e Wallace
e sobretudo Mobius, que apresentou o conceito de Biocenose, em 1877. O conceito
de Biosfera surge em 1875 com Suess
O século 20 viu nascer então a Ecologia como a conhecemos hoje, muito
impulsionada por uma revolução industrial voraz e poluidora no final do séc 19. Tansley
definiu pelo primeira vez em 1935 o conceito de Ecossistema. Desde então, a ecologia
viu o seu universo de conhecimento aumentar bastante, com especial destaque para
a introdução dos conceitos matemáticos de dinâmica de uma população,
distribuição espacial, etc. Hamilton, Mayr, Pielou e Southwood foram alguns dos
grandes responsáveis por estas teorias.
Protoplasma → Célula → Tecido → órgãos → Organismo → Espécie → População → Comunidade → Ecossistema → Biosfera
Especiação:
O conceito de espécie para a Ecologia prende-se muito com a capacidade
reprodutiva e o isolamento reprodutivo de uma população. Para tal é necessário
compreender os processos de Especiação:
Alopátrica – dá-se quando se impõe uma barreira geográfica por:
 Efeito do fundador ( pequena população que se fixa numa
nova área )
 Deriva genética
 Selecção Natural
Simpática – acontece no mesmo espaço físico por:
 Selecção disruptiva
 Poliplóidia
Parapátrica – dispersão dos organismos de uma população numa área superior
às suas capacidades.
Mecanismos isoladores:

pré-acasalamento:
 Isolamento ecológico – ocorre quando os organismos
apresentam uma diferente relação com o meio (vivem em habitats
diferentes, ainda que na mesma área) e com outros seres (organismos
vivem nas árvores e outros no chão, uns são activos de dia e outros de
noite, etc.);
 Isolamento temporal – também designado por isolamento
sazonal, neste caso os organismos vivem no mesmo habitat, mas em
épocas diferentes ou apresentam épocas de reprodução diferentes.
Pode existir interfecundidade gamética mas na natureza nunca existe
possibilidade de reprodução;
 Isolamento comportamental – existe principalmente nos
vertebrados, em particular nas aves, embora também seja conhecido
em insectos. Quando este tipo de mecanismo isolador actua o
cortejamento sexual, exibições e sinais de reconhecimento entre
indivíduos da mesma espécie não existem, o que impede a atracção
sexual entre as populações;
 Isolamento mecânico – diferenças morfológicas e fisiológicas das
genitálias impedem a reunião dos gâmetas. Este mecanismo é
particularmente importante em artrópodes, com genitálias rígidas e
exosqueleto, mas também existe em gastrópodes e anelídeos
hermafroditas.

pré-acasalamento
 Mecanismos isoladores pós-acasalamento - também
designados mecanismos isoladores pós-zigóticos, evitam a formação e
desenvolvimento do descendente, dificultam a formação do híbrido ou
a sua reprodução. Podem ser:
 Isolamento gamético – existe troca de gâmetas mas a célula
masculina não atinge a feminina, devido a reacções imunitárias ou por
falta de reconhecimento químico entre gâmetas. Este processo existe
em moscas Drosophila e é muito comum em peixes, devido ao facto de
os gâmetas se unirem na água;
 Isolamento por inviabilidade dos híbridos –também designado
isolamento zigótico, neste caso existe fecundação mas a
incompatibilidade genética impede o desenvolvimento normal do
embrião, processo muito comum em peixes com fecundação externa,
pois facilmente os gâmetas se misturam;
 Isolamento por esterilidade dos híbridos – também conhecido
por isolamento pós-zigótico, neste caso o embrião desenvolve-se mas
não atinge a idade adulta ou, se atinge a idade adulta, é estéril ou é
eliminado por selecção. Por vezes o sex-ratio dos híbridos não permite a
formação da geração seguinte;
 Isolamento por inviabilidade dos híbridos de 2ª geração –
formam-se híbridos férteis mas nos descendentes destes (híbridos de 2ª
geração) os embriões abortam, são muito débeis ou estéreis.
Biodiversidade:
O conceito de Biodiversidade engloba não só a quantidade de espécies existentes,
mas também a equitabilidade ou abundância populacional num determinado
ecossistema. Aborda igualmente a variabilidade genética, para além da fenotípica.
Biodiversidade cria biodiversidade, por isso mesmo se verifica uma agregação de vida
ao nível da biosfera. Estas agregações, por norma situadas nos trópicos, são
denominadas de Pontos críticos.
Energia e Produtividade dos Ecossistemas:
O sol é a nossa principal fonte energética. Cerca de 50% da radiação que atinge o
nosso planeta chega à superfície terrestre, sendo que o resto é reflectido pelas várias
camadas atmosféricas. Ecologicamente é necessário compreender os conceitos de
cadeias tróficas, níveis tróficos, etc. Assim, apenas uma pequena parte da energia
que atinge a superfície é utilizada pelos seres autotróficos, produtores primários, que a
transformam em energia química (hidratos de carbono de protoplasma).
Conceitos:
PPB (produção primária bruta) = Energia fixada na fotossíntese por
PPL
unidade de área e de tempo (g/m2/ano)
(produção primária líquida) = PPB – Respiração Autotrófica =
Acumulação de Biomassa
vegetal(g/m2/ano)
PLC (produção primária líquida da Comunidade) =
PPL – Respiração Heterotrófica = Acumulação de Biomassa
animal (g/m2/ano)
Os diferentes ecossistemas acabam por influenciar as diferentes relações PPB/PPL.
Assim, os autotróficos terrestres despendem uma mais percentagem de energia na
respiração do que os autotróficos marinhos. Tal facto é justificado pela grande
quantidade de matéria orgânica que os autotróficos terrestres têm. A reprodução
célere, sustenta os pequenos corpos dos autotróficos marítimos, muitas vezes
unicelulares. No ambiente terrestre, quanto maior o calor, naturalmente maior a taxa
de respiração.
Uma importante ferramenta para estes cálculos é o IAF (índice de área foliar). Este
índice permite calcular o numero de folhas que um raio solar perpendicular atinge. E
permite-nos tirar então a seguinte conclusão:
À medida que aumenta o IAF:

PPB: a partir de certo valor do IAF, o aumento da PPB começa a ser
cada vez menor

PPL e PPLC: começam a diminuir porque:
 como resultado do ensombramento, diminui a taxa
fotossintética e aumentam os gastos
com a respiração e transpiração;
 aumenta a percentagem de tecidos não fotossintéticos,
constituintes das plantas; como
consequência aumentam os gastos com a respiração.
Cadeia Trófica – Rede de transferência de energia química que se inicia nos
produtores e culmina nos decompositores, passando pelos consumidores.
Produtores
→
Energia
Consumidores →
Energia
Decompositores
Em cada passagem, cerca de 80 % da energia é perdida. Por isso mesmo, quanto
mais abaixo estiver um organismo na sua cadeia trófica, maior a quantidade de
alimento disponível.
Alguns balanços energéticos podem ser feito nos níveis tróficos:
It Entrada total de energia no nível trófico t
It = LA Para o 1º nível trófico = Luz absorvida pelos autotróficos
At Energia assimilada no nível trófico t
Pt Produção do nível trófico t
PPB Produtividade primária bruta
PPL Produtividade primária líquida
1. ENTRE NÍVEIS TRÓFICOS
1.1 EFICIÊNCIA ASSIMILAÇÃO DO NÍVEL TRÓFICO:
1º nível
1.2 EFICIÊNCIA PRODUÇÃO DO NÍVEL TRÓFICO:
1º nível
1.3 EFICIÊNCIA UTILIZAÇÃO DO NÍVEL TRÓFICO:
2º nível
2. DENTRO DO MESMO NÍVEL TRÓFICO
2.1 EFICIÊNCIA CRESCIMENTO DE TECIDOS (= % da Energia assimilada usada no
crescimento)
2.2 EFICIÊNCIA CRESCIMENTO ECOLÓGICO
2.3 EFICIÊNCIA DE ASSIMILAÇÃO DENTRO DO NÍVEL TRÓFICO ( = % da Energia que é de
facto absorvida )
A noção de cadeia alimentar perde relevância ao abordarmos um ecossistema. Aqui
entra a noção de teia alimentar, um sistema muito mais complexo e extenso, que não
é mais do que a inter-relação entre várias cadeias alimentares.
Esta noção de teia integrada leva-nos a um problema comum dos nossos tempos, o
uso de Biocidas, como o DDT ou os Retardadores de Chama. Estes biocidas tem
impactes ecológicos conhecidos:
1. Acumulação ao longo das cadeias tróficas.
2. Destruição de organismos não alvo (non-target), em especial da fauna
benéfica, isto é predadores e parasitóides das espécies “praga” que pretendíamos
controlar. Estes organismos benéficos exercem
um controlo biológico natural.
3. Pressão de selecção direccionada no sentido do aparecimento de populações
resistentes da espécie “praga“ que queríamos controlar, isto é que deixam de ser
susceptíveis ao produto utilizado.
4. Contaminação do solo e águas freáticas.
Ecologia – Apontamentos – 2º Teste
Factores ecológicos
Revela-se importante compreender em que medida o meio e as suas alterações
afectan os animais em todos os campos da sua existência.
A luz


Intensidade: A quantidade de lumens incidentes afectam a:
o Morfologia – A forma do corpo
o Fisiologia – O funcionamento Biológico
o Actividade
 Ritmos de actividade:
 Diária
 Monofádicos (um ciclo/24 h)
 Polifásicos ( dois ciclos/24h)
 Mensal (associados à lua)
 Anual
 Quiescência (resposta rápida à mudança
dos factores ecológicos através de uma
inactividade provocada)
 Diapausa (de duração mais longa e regular,
antecedida de uma preparação prévia)
Comprimento de Onda: Cada organismo tem um intervalo de
comprimento de onda que consegue captar.
Polarização: Existem dois tipos de luz, polarizada (propaga-se num plano) e
não-polarizada (propaga-se em vários planos). A luz não-polarizada pode
transformar-se em luz polarizada por:
o Transmissão
o Reflexão
o Refracção
o Dispersão
A Temperatura

A temperatura é sabido que afecta o funcionamente dos organismos. Existe para
cada espécie uma temperatura ideal de funcionamento (não ultrapassa os 45º) e
Limites letais superiores e inferiores. Estes três factores formam a Escala de Tolerância
de um organismo. Com base nesta escala cataloga-se os organismos como
Euritérmicos ( escalas de tolerância amplas) e Estenotérmicos. Um importante
fenómeno associado a isto é a “compensação”. Um organismo ou uma população
podem adaptar-se a condições que não as óptimas, de modo a rentabilizar a sua
actividade.
Outra forma de catalogar organismos tendo em conta a sua relação com o calor é
com base na forma como os animais perdem ou ganham calor. Assim os Ectotérmicos
não conseguem reter o calor produzido, dependendo e variando a sua temperatura
com a temperatura do meio. Os Endotérmicos por seu lado apresentam uma
temperatura relativamente constante, gerando calor, e controlando fisiologicamente
a temperatura por homeostasia.
Os factores que afectam os balanços térmicos dos organismos são:


O tipo de revestimento e de isolamento
A forma do animal (relação Sup/Vol)
Regra de Bergman
Quanto maior a relação Sup / Vol de um organismo, mais facilmente ele poderá
perder calor.
Regra de Van’t Hoff
A velocidade de uma reacção depende da temperatura a que esta se realiza. Por
norma a maiores temperaturas, maiores as velocidades das reacções, de acordo com
a seguinte expressão:
Q10 – (k1 – k2)10/ t1 – t2
Resumo/importância dos Factores Ecológicos para uma espécie:
1 – Permitem conhecer e relacionar os limites de tolerância de cada espécie com a
sua distribuição espacial.
2 – Influenciam a capacidade reprodutiva de uma espécie.
3 – Existem em sintonia, afectando o organismo de forma interligada.
4 – Actuam como agente evolutivo e adaptativo.
Teoria de Liebing – Um organismo, integrado numa cadeia ecológica, será tão forte,
como o mais fraco dos elos dessa cadeia.
Tolerância de Shelford – Não só um elemento existente em quantidades diminutas
pode ser limitante, mas também em excesso pode ser prejudicial.
Detecção Remota
Por detecção remota entendemos a técnica que, utilizando a radiação
electromagnética, procura recolher informação sobre os constituintes da superfície
terrestre.
Raio X
Visível(0,4 a 0,7)
Microondas
Ultravioleta(uv) Infravermelhos
raios gama
ondas de rádio
10-11 10-9
10-7
10-5
10-3
10-1
10
103
Raios gama e ondas de rádio – absorvidos pela atmosfera
IV – pode ser próximo, médio, térmico e afastado. O IV próximo e médio constituem os
IV reflectidos.
O IV próximo é fundamental para a distinção das espécies e para inferir a densidade
da fitomassa.
O IV médio
é fundamental para a determinação do teor hídrico das folhas
O visível é fundamental para inferir a concentração de pigmentos presentes
Formas de detecção remota:
 Satélite
 Fotografia aérea
 Câmaras de vídeo e fotografia digitais
Convém relembrar, que a luz visível é essencialmente azul, vermelha e verde. Um
objecto verde reflecte a radiação verde e absorve a azul e a vermelha.
Ecologia – Apontamentos – 3º Teste
Evolução e conservação da Biodiversidade genética
Teoria da Selecção Natural
Factos Históricos – evolução dos conceitos e conhecimentos
Condições para operar e consequências
Provas da ocorrência da evolução
Modos de actuação da selecção natural
Modelação Genética: estimativa da frequência dos genótipos em gerações
sucessivas.
Metodologia
Modelo de equilíbrio de Hardy – Weinberg
Aplicações práticas
Interpretação de desvios
Evolução:
O conceito de evolução está na base do estudo da ecologia. Existem diferentes
conceitos de evolução, mas todos a consideram como um conjunto de mudanças
operadas sobre os organismos ao longo do tempo e das gerações.
Uma perspectiva histórica do conceito de evolução:
Sabe-se que as ideias fixistas e criacionistas foram amplamente aceites até há
relativamente pouco tempo. Apenas só no séc. XVII surgiram os primeiros pensamentos
evolutivos, sobretudo com Maupertuis e Erasmus Darwin, avô de Charles Darwin.
Segue-se uma breve apresentação dos principais pensadores que influenciaram a
teoria evolucionista actual:
Carl Linnaeus (1707-1778): Apesar de ser um criacionista, Linneu contribuiu, com a
primeira classificação taxionómica das espécies, para as teorias evolutivas. Ao
catalogar as espécies por grupos taxionómicos, acaba por admitir uma origem
comum das espécies. Ele próprio, acaba por admitir um conceito parcial de evolução
nas plantas, por aclimatização.
Erasmus Darwin (1731-1802): Avô de Charles Darwin, foi o primeiro a rejeitar a
imutabilidade das espécies. Propôs a evolução gradual dos seres por processos
mecânicos.
Jean Baptiste Lamarck (1744-1829): Foi o pai do transformismo. Admitia que os
organismos mudavam, mas acreditava que as transformações eram rápidas, num só
organismo e em função das necessidades deste face ao meio. Estas transformações
eram transmitidas às gerações seguintes pela lei da herança dos caracteres
adquiridos.
Geoffrey St. Hilaire (1772-1844): Um dos responsáveis pelo estudo da anatomia
comparada. Antecede alguns dos pensamentos de Darwin, nomeadamente ao nível
do favorecimento ou não de caracteres a nível hereditário.
Georges Cuvier (1769-1832): Um grande defensor do fixismo, reconheceu a extinção e
formação de espécies, mas defendeu que estas se mantinham imutáveis.
Adam Sedgwick (1785-1873): Igualmente fixista, este geólogo trabalhou numa
proposta de divisão dos períodos geológicos, antagónica à de Lyell.
Charles Lyell (1797-1875): Este geólogo Britânico foi de extrema importância para a
teoria Darwiniana. Apresenta a teoria do Uniformitarismo, que admite que as
mudanças geológicas são lentas e graduais e que afectam directamente as espécies.
As suas ideias, ainda que próximas das de Lamarck, não defendiam a existência de
ancestrais comuns, mas curiosamente, contribuíram para o nascimento da teoria
Darwiniana.
Confronto entre Lamarkismo e Darwinismo:
Lamarkismo:
Darwinismo:
Não existem Extinções
Motor: Lei do uso e do desuso
Admite a hereditariedade
Processo rápido
Existem Extinções e Ancestrais comuns
Motor: Selecção Natural
Admite a Hereditariedade
Processo lento
Darwinismo:
Algumas personalidades, defenderam a visão Darwinista:
Charles Darwin (1804-1882): Darwin, como já vimos foi fortemente influenciado por
muitos pensadores anteriores. A sua viagem marítima permitiu-lhe, mais tarde resumir
os príncipios do evolucionismo.
Os princípios do Darwinismo foram suportados por uma série de ocorrências e de
argumentos:
Argumentos de anatomia comparada:
A existência de diferentes organismos com estruturas de origem embrionária
semelhante e funções diferentes aponta para a existência de antepassados comuns,
bem como a existência de estruturas vestigiais. As espécies terão sofrido evoluções
divergentes. Por seu lado a existência de diferentes organismos com estruturas de
origem embrionária diferente e funções idênticas aponta para a adaptação dos
organismos ao meio, quando sujeitos a pressões selectivas idênticas, por exemplo um
morcego e um insecto voador.
Argumentos paleontológicos:
A existência de fósseis de transição apontam num sentido evolutivo. Através destas
formas intermédias podem-se construir árvores filogenéticas, a base do Darwinismo.
Argumentos da Embriologia:
Estruturas embrionárias semelhantes remetem-nos para um antepassado comum. Entre
os mamíferos por exemplo, as estruturas embrionárias são muito semelhantes.
Argumentos Bio-genéticos:
Alguns aspectos referentes a compatibilidade de DNA são importantes no conceito de
evolução. O Neo-darwinismo baseia-se bastante em argumentos genéticos, sendo
estes a maior prova cientifica para o conceito de evolução.
Selecção Natural:
A Selecção Natural não actua sobre qualquer população em qualquer situação.
Precisa que algumas condições se verifiquem para actuar:




Os organismos têm de se reproduzir ao longo do tempo
Os caracteres adquiridos tenham uma natureza hereditária
Haja variabilidade genética suficiente
Existirem Fitnesses diferenciais na população
A adaptação dos organismos às condições do meio funciona como consequência da
Selecção natural, que pode ser Estabilizadora ou Evolutiva, respectivamente, se
eliminar gradualmente os fenótipos que não se aproximarem do mais comum e se
favorecer, por outro lado, os fenótipos menos comuns. Dentro da Selecção Natural
Evolutiva, existem ainda dois tipos; Direccionada ou Disruptiva como demonstra a
figura:
Direccionada
Disruptiva
A Selecção Natural Evolutiva e Disruptiva é naturalmente a que impulsiona a
formação de novas espécies.
Argumentos Ecológicos:
O uso de insecticidas é um exemplo das implicações da acção humana na evolução
da resistência das populações de insectos. Outros exemplos há de selecção artificial,
nomeadamente a manipulação genética em laboratório.
Darwin foi inovador ao considerar a evolução como um processo lento e gradual
afectado essencialmente por interacções ecológicas. As suas teorias coincidiram com
as de outro importante Naturalista Alfred Wallace.
Louis Agassiz (1807-1873): Disciplo de Cuvier, e igualmente fixista, as suas teorias
suportaram a teoria evolutiva. Cria a escola claudista.
Gregor Mendel (1823 – 1884): Contribui com o seu estudo de hibridação para o pósdarwinismo. Define fitness como a capacidade que 1 organismo tem de sobreviver e
passar os genes à descendência.
Mendel acaba por introduzir um tema ao qual Darwin tinha fugido: a transmissão de
genes entre populações. Para tentar explicar este processo surgem duas escolas, a
dos Mendelianos, que defendiam “macro-mutações” bruscas e coordenadas. Por
outro lado, os Biometristas, apologistas da teoria da selecção natural, defendiam que
pequenas e variadas mutações, em diferentes indivíduos, culminariam em alterações
globais no pool genético da população.
August Weismann (1833-1914): Defendeu a selecção natural, rejeitando a
hereditariedade dos caracteres adquiridos. Teve um papel importante na aceitação
da meiose como base para a diversidade genética.
Na 2ª metade do Séc XX a questão genética viu o seu Boom. Nomes como Watson,
Stebbins, Fisher, Haldane, Morgan, Ford (mecanismo industrial), Chetverikov (moscas
da fruta), Kimura (mutações ao acaso), etc, contribuíram para a unificação das
hipóteses Mendeliana e Darwinista. Definiram os moldes em que varia o pool genético
de uma população e deram a conhecer, muito graças às novas tecnologias, como se
organiza a célula.
As Mutações genéticas das população:
Aceitamos então que as mutações não operam directamente na população mas sim
nos indivíduos. Sabemos através da teoria da selecção natural que uma mutação
apenas perdura se representar uma vantagem para o individuo e que ao perdurar o
gene responsável se irá alastrar pela população. No entanto, um gene que num dado
momento não representa uma vantagem, podendo mesmo ser desvantajoso, não
terá tendência para desaparecer do pool genético. Mantém-se, pelo contrário, num
pequeno mas persistente grupo de indivíduos, com uma frequência dada por:
F=m/s
m = taxa de ocorrência de mutações para o gene em questão
s = coeficiente de selecção (intensidade das pressões de selecção desfavoráveis
sobre o gene em questão)
O motivo pelo qual uma pequena porção populacional preserva o gene desvantajoso
revela-se uma vantagem adaptativa. Se por algum motivo as condições do meio
sofrerem uma reviravolta, a espécie basear-se-á nestes indivíduos para a sua
sobrevivência.
Um exemplo muito conhecido é o das borboletas Biston betularia que durante o
período da revolução industrial mudaram a sua cor, adaptando-se ao escurecimento
provocado pela poluição do meio, como ilustra a tabela do meio.
O Acaso na genética das populações:
Sabe-se então que a evolução é suportada por uma série de processos ecológicos e
biológicos, tais como as migrações, mutações, panmixia (cruzamentos não ao acaso),
selecção natural e deriva genética.
O acaso na genética das populações existe e está correlacionado com a deriva
genética.
Deriva Genética:
A deriva genética pode estar associada à migração de um pequena parcela de
individuos de uma população. Estes indivíduos, chamados fundadores, ao se fixarem
numa nova área geográfica, transportam consigo apenas uma parte do fundo
genético da população, acabando por originar populações totalmente diferentes.
Outro exemplo de deriva genética é o efeito gargalo, em que um população é
reduzida a um número de indivíduos mínimo. A pequena população de sobreviventes
acaba por originar uma população totalmente diferente do ponto de vista genético
da população original.
Modelação genética das populações
O estudo da modelação genética das populações, foi iniciado por Mendel e
respondia a alguns pressupostos, nomeadamente:





Os genes e a sua frequência numa população são conhecidos
A frequência de cruzamentos é igualmente conhecida
Estes mesmos cruzamentos são ao acaso
Não existe nem sobrevivência diferencial dos indivíduos, os índices de
adaptação ao meio é igual para todos os organismos, nem nenhum factor de
evolução(migração, mutação, deriva genética, etc.)
As populações são “infinitamente grandes”
Assim qualquer tipo de evolução contrária os Princípios de Hardy –Weinberg de
seguida expostos.
Numa população com 2 genes (A e a), logo heterozigótica temos:
Probabilidade de 1 indivíduo ser AA = p2
Probabilidade de 2 indivíduos serem AA = (p2)2
Probabilidade de n indivíduos serem AA = (p2)n
No caso de acontecer deriva genética neste população, os fundadores, têm uma
probabilidade de ser Homozigóticos de:
Phomozigotia= [(p2)n+(q2)n]
P refere-se à Homozigotia. Para a
Heterozigotia, utiliza-se a letra Q. Esta
equação respeita o principio de Hardy –
Weinberg.
Que traduz a probabilidade de serem todos os indivíduos AA ou aa. Note-se que
quando a frequência de um gene atinge valor 1 (máximo), diz-se que este mesmo
gene foi fixado, e quando tal acontece, o pool genético da população fica mais
pobre. A probabilidade de um gene ser fixado nesta população de 2N genes, é de
1/2N. A probabilidade de não ser fixado é o contrário, é de 1- 1/2N. A taxa de
surgimento de mutações neutras (mutações sem valor evolutivo), é igual à taxa de
evolução e é representada por μ. O número de mutações neutras é dado por
2N μ / geração.
Para calcular a evolução da frequência de organismos heterozigóticos entre
gerações, utiliza-se a expressão:
H’ = H (1 – 1/2N)
Em que H é a frequência de Heterozigóticos na geração seguinte e H’ é a frequência
de Heterozigóticos na geração anterior. Por estas expressão se depreende que o
tamanho da população (2N) contribui bastante para a diversidade da mesma (H).
De recordar que se se verificarem os pressupostos de Hardy-Weinberg a população
está estável, caso contrário, estamos na presença de uma população ou em
evolução, ou que não é significativa (a amostra de organismos recolhida não
corresponde à realidade estatística da população).
De referir ainda que as espécies tendem gradualmente, ao longo do tempo, para a
uniformidade, para a perda da diversidade genética e para a monozigotia. No
entanto, quanto maior for a população e mais frequentes os contactos reprodutivos
inter-populacionais, mais lenta será a perda da diversidade de alelos. A própria taxa
de mutações influencia a diversidade genética da população, quanto maior a taxa
de mutações, maior a biodiversidade.
Ecologia – 4º Teste
Dinâmica das Populações:
Um individuo em nada contribui para o estudo da dinâmica das populações. O
levantamento estatístico dos diferentes parâmetros da população (taxa de
mortalidade, de natalidade, de emigração, etc.) e a compreensão das suas
interacções ecológicas (intra e interespecíficas) fazem-se sempre tomando a
população como unidade de amostragem.
O cálculo do balanço do número de indivíduos de uma população faz-se utilizando a
expressão:
Nt+1 = Nt + B + I – D – E
Nt = Nº indivíduos actual
B = Nº de nascimentos
I = Nº de imigrantes
D = Nº de óbitos
E = Nº de Emigrantes
A taxa de crescimento da população é dada por:
r = 1 x dN
N dt
Tabelas de Vida e de Fertilidade
A recolha de informação sobre a dinâmica de uma população, pode e dever ser
organizada em tabelas, de forma a facilitar a leitura e interpretação dos dados.
Na construção de tabelas de fertilidade as informações recolhidas junto das fêmeas
são classificadas numa função intrínseca de crescimento natural R o. Quando Ro > 0, a
população está em crescimento.
Da elaboração de tabelas de vida fazem parte alguns conceitos importantes:
X – intervalo de idade
lX – nº de sobreviventes no início do intervalo de idd [X, X+1]
dX – nº de indivíduos mortos no intervalo [X, X+1]
LX – Média de lX
Tx – Somatório de LX
eX – Esperança média de vida (prob. De 1 indivíduo
sobreviver X intervalos de idd) = TX/lX
k – Killing Power = log10(lX) – log10 (lX + 1)
Nota: Estas tabelas obrigam a
uma recolha de informação
durante um período
correspondente ao período de
vida de uma geração inteira,
dependendo da espécie em
estudo.
O “killing power” é nada mais que a intensidade das forças de mortalidade a actuar
numa população. Entenda-se por forças de mortalidade, o nº de óbitos e a redução
da fertilidade da população. Os seus valores são aditivos, logo, o valor de k total
corresponde ao somatório dos valores de k para diferentes idades.
Associado às tabelas de vida, está um conceito importante, o da capacidade de
suporte ou de sustentação do meio, k, que traduz o nº máximo de indivíduos que esse
meio suporta.
O estudo do factor K leva-nos a compreender a extensão dos efeitos da taxa de
mortalidade numa população. Em sintonia com K dá-se, em quase todo o mundo
natural, um processo de Regulação inato que leva a população, através de um
feedback, a controlar a sua dimensão. Normalmente, quando está prestes a
ultrapassar a capacidade de sustentação do meio, a população reage, reduzindo a
sua taxa reprodutiva, e sofre consequências como o aumento da taxa de
mortalidade.
No entanto estas situações não são tão lineares. O crescimento populacional nem
sempre sofre um efeito regulador, mas sim exponencial, em que o número de
indivíduos cresce independentemente do valor de K. Para se ter a certeza de que um
efeito regulador está a actuar sobre uma população, serão precisas pelo menos três
gerações e respectivas tabelas de vida.
Tipos de Mortalidade e seus Factores
O único tipo de mortalidade que pode funcionar como regulador face a K, é a
mortalidade directamente dependente da densidade da população. Esta
dependência pode ser ligeira, ou forte, com consequências diferentes, como iremos
ver adiante.
Modelos de crescimento para uma população isolada
Estamos a trabalhar em intervalos discretos, em que as medições são feitas de
geração em geração. Assim, no gráfico:
Nt
Nt + 1
1/R
B
Y = ax + b
a = (1- 1/R)/k
b = 1/R
A
k
Nt
Nt
logo: Nt / Nt + 1 = 1/R + [(1-1/R)/K].Nt
Nt + 1 = Nt . R / 1+ (R-1)/K . Nt <=>
Nt . R
Nt+1 = ---------1 +aNt
crescimento
sigmóide
a
a – traduz a competição intraespecífica ( a distância a K)
Nt+1 = Nt . R
K
Nt . R
Nt+1 = --------1 +aNt
T
Competição Intraespecífica:
Quando a competição
Intraespecífica tende para 0, temos:
crescimento
exponencial
Nt+1 = Nt . R
R
Atenção: A taxa de Reprodução é dada por: ---------1 +aNt
O que justifica o crescimento exponencial
quando Nt 0, e o crescimento quanto mais sigmóide
quanto > Nt.
Pressupostos:
1º) Leva à diminuição do Fitness potencial de cada individuo da população
2º) O recurso pelo qual se compete é limitante
3º) Todos os indivíduos são competitivamente semelhantes e a população isolada
4º) É um fenómeno dependente da densidade da população.
Existem dois tipos fundamentais de Competição Intraespecífica: Scramble e Contest.
Mortalidade %
N
K=(log19Nb – log10Na)
Killing power
N
Contest:
K=(log19Nb – log10Na)
Killing power
Mortalidade %
Scramble:
Os recursos são distribuídos por todos
os indivíduos equitativamente . A
partir do momento em que a
quantidade de alimento per capita é
insuficiente para a sobrevivência, os
indivíduos morrem TODOS.
b=∞
log10T
Aqui não existe distribuição equitativa dos
recursos, mas sim 3 padrões:
b=1
Se b=1 – Compensação exacta – morre o nº de
indivíduos exacto em excesso.
Se b<1 – Sub-Compensação – não chegam a
morrer todos os indivíduos em excesso.
Se b>1 – Sobre-Compensação – morrem mais
indivíduos do que os que eram necessários
log10T
Nota 1: Quanto maior a população, maiores as
forças de competição intraespecificas, menor a fitness populacional
Nota 2: De reparar que K(killing Power) = log(1+ a Nt) logo: Quanto > a (comp.
Intraespecífica, > K.
Tudo o que referimos aponta para uma relação com consequências negativas entre a
densidade populacional e a competição intraespecífica. No entanto , o Airo (ave), é
um exemplo de como uma densidade populacional baixa, associada a uma
estratégia de baixa natalidade e ao aumento exponencial dos predadores (gaivotas),
pode levar à extinção das espécies.
Hessel, constatou que sendo assim, o valor da regulação populacional (b) seria
sempre 1, o que revela uma compensação exacta. Ora, como já vimos, nem sempre
é assim, por isso mesmo, Hessel definiu a expressão:
Nt . R
Nt+1 = ---------(1 +aNt)b
Se relacionarmos b com R:
A
B
C
D (Caos)
D
R
Dimensão da pop
b
b = intensidade das forças de
competição intra(er)especificas
(quanto > b, > Killing Power (k))
C (Ciclos estáveis perto do limite)
B (Oscilações amortecidas – Regulação parcial)
A (Regulação Perfeita)
T
Curvas de Sobrevivência
I
I – População com baixa taxa de reprodução e
de mortalidade. Os indivíduos sobrevivem até à
velhice. Estratégia de sobrevivência K (ex.: Homem)
II
II – População com uma mortalidade constante e
independente das classes de idade. (ex.: Aves)
sobrevivência
(lX)
III
Idade
III – População com elevada taxa de reprodução
e de mortalidade nos primeiros anos de vida. Os
indivíduos reproduzem-se em massa, não
protegendo as crias. Estratégia de sobrevivência R
(ex.: Peixes)
Princípio de Cotka (1925): Todas as populações que não sofram perturbações
externas, tendem para uma distribuição etária estável, do tipo I.
Na sobrevivência das espécies, importa referir o conceito de “Time Leg” ou Efeito de
Desfasamento, que é o tempo entre um acontecimento e o seu resultado prático, e
que em Ecologia pode ter valores equivalentes a 2 gerações, por exemplo. É então
por vezes importante o acompanhamento da população ao longo de várias
gerações.
Nicho Ecológico segundo Hutchinson
O conceito de Nicho Ecológico proposto por Hutchinson em 1957 diz que o nicho
ecológico de uma população é “O Volume Hiperdimensional dentro do qual a fitness
da espécie é positiva”. Por outras palavras, o nicho ecológico de uma população
segundo Hutchinson é o local onde a espécie encontra condições para sobreviver e é
dado pela intercepção de todas as escalas de tolerância dos organismos dessa
população. Este conceito compreende assim na sua definição, todos os factores que
influenciam a sobrevivência da espécie (alimentação, existência de predadores,
temperatura, etc., etc.) com o intuito de delimitar as fronteiras físicas e ecológicas que
afectam a sua sobrevivência.
Importa compreender a diferença entre Nicho Ecológico Realizado e Potencial. Se
incluirmos as interacções entre populações do mesmo habitat estamos possivelmente
a introduzir o conceito de competição interespecífica, e a assumir que duas
populações podem competir pelos mesmos recursos. Assim, apesar de definido o
nicho ecológico potencial de uma espécie, podemos verificar que o nicho realizado
apresenta valores divergentes e sempre mais limitantes do que os do Nicho Potencial.
Competição Interespecífica
B
B
B
B
B
B
A
++
+-+0
00
-0
Simbiose
Predação, parasitas, parasitóides (só nos insectos), herbivoria
Competição interespecífica
Comensalismo (uma espécie aproveita os restos de outra)
Neutras
Amensalismo (uma espécie sem querer prejudica a outra)
Todos os princípios da Competição Intraespecífica se aplicam à competição
interespecífica, excepto o 4º) pois estamos na presença de 2 espécies distintas, em
que os indivíduos apresentam diferentes índices competitivos.
Principio da Exclusão Competitiva (Park 1954)
Apesar de 2 espécies que competem pelo mesmo recurso limitado, pelos mesmos
processos, tenderem para a eliminação de umas das espécies, verifica-se que a
coexistência mútua é possível, se se preservar a biodiversidade e não se reduzirem as
escalas de tolerância das populações. Para tal é fundamental compreender que os
nichos ecológicos realizados de duas espécies na natureza (quase) nunca são
estritamente iguais, o que significa que a competição não é necessariamente total, e
que basta um parâmetro do nicho ecológico ser diferente para a coexistência ser
possível.
Existem dois tipos extremos de Competição Interespecífica:

Interferência – Divisão equitativa dos recursos acompanhada de uma
sobrevivência de ambas as espécies envolvidas

Exploração – Uma das espécie monopoliza os recursos, provocando ou
a eliminação da outra espécie, ou uma mudança forçada
do seu nicho ecológico, por forma a sobreviver.
Aplicações práticas dos conceitos aprendidos
Sabemos que 2/3 a 3/4 dos organismos existentes são insectos. São precisamente os
insectos os principais responsáveis pelas interacções parasitóides, e por muitas das
infestações existentes nas culturas humanas. Uma boa solução que as interacções
intraespecificas nos dão para o controle de pragas é a introdução de espécies
competidoras numa cultura (ex.: Trichograma) para eliminar a espécie infestante.
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