Ecologia Geral Resumos 3
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Ecologia Geral Níveis de organização Ecológico Biosfera Região biogeográfica Bioma Paisagem Ecossistema Comunidade População Organismo Taxonómico Reino Filo/Divisão Classe Ordem Família Género Espécie Fisiológico Organismo Órgão Tecido Célula Organelo Molécula Algumas definições Ecologia: estudo das interacções de organismos entre eles e com o ambiente físico. Meio ambiente: condições externas e influências que afectam a vida e o desenvolvimento dos organismos. População: todos os membros de uma espécie que se encontram numa dada área. Comunidade: todas as populações que se encontram numa dada área. Ecossistema: a comunidade no seu ambiente físico. Ecótono: zona de transição entre dois ecossistemas. Bioma: regiões principais nas quais grupos de plantas e animais vivem em equilíbrio e estão bem adaptados ao ambiente. Biota: conjunto de seres vivos de uma dada região. Biosfera: a parte da superfície da Terra (ar, água e terra) onde existe vida. Nicho ecológico: o modo de vida de cada organismo, seus hábitos e forma de obtenção de energia e suas interacções no ecossistema; não é apenas o local, é também o seu papel e interacções. Habitat: local onde uma dada espécie vive e desempenha o seu nicho ecológico. NOTA: O coelho tem como habitat a pradaria, enquanto que o seu nicho ecológico entende-se por comer ervas, viver com os outros da mesma espécie, competir por acasalamento, troca de moléculas com o meio ambiente, etc. BIODIVERSIDADE: a variedade (nº espécies) e a variabilidade (diferenças dentro de cada espécie) entre os seres vivos e os complexos ecológicos (ecossistemas) no qual ocorrem. A variabilidade é algo que se torna vantajoso caso as condições ambientais se alterem. A biodiversidade, também conhecida por diversidade biológica desenvolve-se através da evolução e é afectada pelas interacções específicas (interacções entre espécies = predação, mututalismo – organismos tornam-se dependentes um do outro, simbiose – pode ser vantajoso apenas para um organismo, etc.) e pelo meio ambiente (factores físico químicos como luz, por exemplo). Evolução biológica Refere-se às mudanças nas características herdadas de uma população observadas de geração para geração. Pode resultar em nova espécie se as populações já não conseguem reproduzir-se com os membros da espécie original. Quem evolui são as populações, não são os indivíduos! Processos que levam à evolução Mutação – vários agentes físico-químicos originam mutações no DNA que podem ser transmitidas aos descendentes e a sua acumulação leva a variabilidade da população. Se as mutações não forem muito graves (ex: o indivíduo corre menos) podem ficar na população. No entanto se forem muito graves (ex: o indivíduo não desenvolve pulmões) então desaparecem pois o individuo morre antes que possa deixar descendência. Selecção natural – quando alguns dos organismos da população estão melhor adaptados a um dado ambiente. Ex: uma espécie de coelhos brancos a viver num ambiente de neve vai ser menos visível para as aves predadoras do que uma espécie de coelhos pretos, o que faz com que os coelhos brancos vivam mais tempo, deixem mais descendência e a população evolua para ser totalmente de coelhos brancos. Ex: os líquenes (simbiose entre alga e fungo) poisavam nas árvores e em cima destes poisavam as borboletas. Aquando da revolução industrial verificou-se um aumento da poluição que resultou no enegrecimento dos líqunes. Assim quando as borboletas claras lá poisavam eram mais facilmente detectadas pelos predadores, o que levou a uma maior sobrevivência das borboletas escuras. Ex: O DDT começou a ser utilizado como insecticida na luta contra os organismos que transmitiam a malária. Num ambiente pré-DDT alguns organismos possuíam genes com resistência ao DDT. Assim, quando este insecticida começou a ser usado e a matar grande parte dos organismos infecciosos, estes que eram resistentes continuaram a reproduzir-se saudável e rapidamente, levando assim a uma população resistente ao DDT. Migração – a migração de uma população de uma espécie de um habitat para outro. Faz com que determinadas populações deixem de se cruzar e se cruzem com outras novas. Deriva genética – refere-se a mudanças na frequência de um gene numa população que resultam do acaso e não de mutação. Ex: quando vai à caça o Homem tem tendência para caçar carneiros com chifres grandes, o que vai fazer com que este genótipo seja retirado da população. NOTA: O genótipo é a composição genética elementar de um organismo relativamente a uma ou várias características que determinam a transmissão dessas mesmas características por via hereditária. O tipo de genes de um indivíduo, o genótipo, diz respeito às características internas e intrínsecas por oposição à sua aparência exterior, que é caracterizada pelos fenótipos. Ex: a legislação de caça proíbe a caça de juvenis e fêmeas, o que faz com que as espécies de cornos grandes estejam a desaparecer. Interacções entre espécies Simbiose – Associação de dois ou mais seres de espécie diferente, que lhes permite viver com vantagens recíprocas e os caracteriza como um só organismo. Ex: alga e fungo – O fungo ganha alimento (devido à fotossíntese da alga) e a alga ganha protecção (o fungo permite que a alga não seque). Competição – Segundo o Princípio da Exclusão Competitiva, duas espécies que tenham exactamente as mesmas necessidades não podem existir no mesmo habitat. No entanto, isto não limita a biodiversidade porque existem muitos nichos ecológicos possíveis. No limite, há sempre qualquer coisa (ainda que mínima) que diferencia as duas espécies e faz com que uma se desloque para outro sítio. Ex: duas espécies que se alimentem de farinha, mas sendo que uma precisa de calor (espécie A) e outra de frio (espécie B). Num ambiente misto elas dividiriam o habitat. Num ambiente quente, ganharia a espécie A e num ambiente frio ganharia a espécie B, sendo que em qualquer um dos casos a espécie derrotada se mudaria para outro nicho ecológico. Predação – um organismo alimenta-se de outro. Por vezes pode tornar-se vantajoso e aumentar a biodiversidade, na medida em que o predador ao eliminar uma espécie permite que as outras sobrevivam e evoluam. Ex: Num determinado ambiente começaram a existir cactos que acabaram com a biodiversidade característica do local em questão. Ao introduzir nesse ambiente o predador natural do cacto conseguiu-se voltar a repôr a biodiversidade inicial. Parasitismo - Modo de vida de um ser animal ou vegetal que retira de outrém sua nutrição, sem, no entanto, fazer que este morra. Pode aumentar a biodiversidade na medida em que, por exemplo, um organismo ao parasitar o coelho vai baixar a sua competitividade, permitindo assim o aumento da competitividade da lebre e a sua evolução. Factores ambientais na biodiversidade As variações ambientais aumentam a biodiversidade na medida em que, se tudo fosse sempre constante, os menos adaptados seriam eternamente excluídos. As variações podem verificar-se ao nível do clima, tipo de solo, tipo de plantas, tipo de animais, etc. Ex: as cracas são um crustáceo séssil (que não se movimenta). Existem cracas castanhas (mais competitivas em zonas com água) e cinzentas (que sobrevivem sem água). Em zonas marítimas, podemos então observar cracas cinzentas no topo das rochas (onde por vezes não chega a água) e cracas castanhas a meia profundidade (onde há sempre água e portanto estas são as mais competitivas). No fundo do mar não há nenhuma delas porque sofrem predação. Implicações da biodiversidade Diversidade de habitats: diversidade de habitats numa dada área; quanto mais variedade de habitats existirem (ex: plano vs. misto) mais espécies podem existir. Diversidade genética: o nº total de características de uma espécie. Diversidade de espécies: é quantificada pelo número total de espécies (riqueza), pela abundância relativa (uniformidade) e pela dominância (espécie mais abundante). Ex: A gazela poderia ser dominante não pelo número de indivíduos mas pelas vantagens que apresentasse em relação ao ecossistema – gazela herbívora na savana. Ex: A girafa pode ser viável apenas com 2 organismos e o elefante só ser com mais de 10, por isso, num ambiente com 7 elefantes e 2 girafas estas poderiam estar em vantagem. Factores que aumentam a diversidade biológica Habitat fisicamente diverso. Ex: plano, vale, montanha… Pequenas variações nas condições ambientais (ex: precipitação, temperatura, nutrientes). Quantidades moderadas de distúrbio (ex: fogo, tempestades, inundações). Se de vez em quando houver um pouco de vento, as espécies mais resistentes ao vento conseguem deixar os seus genes às gerações futuras. Grande diversidade num dado nível trófico aumenta a diversidade no outro. Ex: muitos tipos de árvores permitem muitos habitats para diferentes aves e insectos. Um ambiente altamente modificado pelos seres vivos. Ex: muitos organismos implicam um solo com muita matéria orgânica, o que permite a existência de mais espécies. Estágios intermédios de sucessões (substituição de um ecossistema por outro, no tempo). Ex: lago pântano pradaria bosque floresta. (Um lago em que ocorra muita sedimentação vai ser substituído por um pântano. Caso existam poucos herbívoros esse pântano vai evoluir para uma pradaria e consequentemente para bosque e floresta.) Evolução. Factores que diminuem a diversidade biológica Stress ambiental. Ex: falta de luz / água / nutriente. – A falta de um sozinho era suportável, mas todos em conjunto não é viável. Ambientes extremos. Ex: escassez de água. Uma limitação severa de um nutriente. Ex: não existir ferro. Quantidades grandes de distúrbio. Ex: fogo intenso. Introdução recente de espécies exóticas (não próprias de um dado local). Ou se adaptam, ou destroem, ou são destruídas. Isolamento geográfico. As novas espécies nunca chegam lá e as existentes nunca chegam a experimentar novas condições. Factores antropogénicos Factores como a urbanização, industrialização e agricultura levam a uma diminuição da biodiversidade, pois o Homem está a consumir recursos que deixam de estar disponíveis. Ocorre uma impermeabilização dos solos, bem como produção de poluentes e ainda ocupação dos espaços que poderiam estar livres para os organismos vivos. Mesmo com a agricultura o Homem acaba com a biodiversidade, ao praticar uma agricultura intensiva, extensiva e em monocultura. NOTAS - Há uma vantagem em estudar espécies mais complexas: estas encontram-se em níveis superiores da cadeia trófica e por isso mesmo as suas actividades são mais importantes. Espécie endémica vs. ubíqua: a primeira só existe num determinado local enquanto que a segunda existe em vários locais. Noções de taxonomia O reino Protista engloba algas, diatomáceas e protistas (unicelulares não fotossintéticos). O reino Fungi é constituído maioritariamente por organismos unicelulares, mas muitos formam micélios. Vivem em solos e plantas e são decompositores. Dentro do reino Animal temos, entre outros: o Filo Porifera – esponjas (muito simples) o Peixes ósseos – robalo o Filo Cnidaria – corais e medusas o Peixes cartilaginosos – raia, tubarão o Filo Molusco – polvos e lulas o Diptenos – moscas (2 pares asas) o Filo Artrópode – carangueijos, insectos, o Upidoptenos – borboletas aranhas o Hipedoptenos – abelhas, vespas, formigas o Répteis – corcodilos, cobras, tartarugas o Roedores – esquilos e ratos (roem frutos, o Anfíbios – sapos, rãs (vivem em habitat vegetais e sementes) misto – água e terra – ou em ambiente o Carnívoros e herbívoros muito húmido) NOTAS - Corais são animais em simbiose com algas; o branqueamento dos corais ocorre quando estes perdem a sua alga. - Os mamíferos diferem das aves porque estes mamam enquanto que as aves põem ovos. Fisiologia Animal Os organismos multicelulares apresentam diversas vantagens em relação aos organismos unicelulares, pois têm um ambiente interno que permite: Existência de um fluído extracelular menos agressivo Ocupação por organismos multicelulares de habitats adversos às células Especialização de células, tecidos, órgãos e sistemas de órgãos. Homeostase: manutenção fisiológica ou comportamental do ambiente interno constante. Se um organismo está num ambiente muito quente: fisicamente vai tentar mudar de sítio e fisiologicamente vai tentar arrefecer. Tecidos animais Tecidos epiteliais – funções de transporte, secreção e absorção; muito importantes na troca de moléculas. Tecidos conjuntivos – funções de suporte, elasticidade e resistência mecânica. Tecidos musculares – funções de movimento. Tecidos nervosos – funções de informação, comunicação e controlo. Tecidos, órgãos e sistemas de órgãos Sistema Nervoso Endócrino Muscular Esquelético Reprodutor Digestivo Respiratório Circulatório Linfático Imunitário Pele Excretor Órgãos Cérebro; espinal-medula; órgãos sensoriais; nervos periféricos Glândulas: pituitária, tiróide, paratiróide, pineal, adrenal, testículos, ovários, pâncreas Músculo esquelético, cardíaco e liso Ossos Fêmea: ovários, oviductos, útero, vagina, glândulas mamárias Macho: testículos, ductos espérmicos, glândulas acessórias, pénis Boca, esófago, estômago, intestinos, fígado, pâncreas, recto, ânus Vias aéreas, pulmões, diafragma Coração e vasos sanguíneos Linfa, vasos e nódulos linfáticos, baço Vários tipos de glóbulos brancos Pele, glândulas sudoríparas, pêlos Rins, bexiga, ureteres, uretra Funções Recepção, integração e armazenamento de informação; controlo de músculos e glândulas Libertação de mensageiros que controlam e regulam outros tecidos e órgãos Produção de força e movimento Suporte estrutural do corpo Produção de células sexuais e hormonas necessárias à procriação Aquisição e digestão de alimentos, absorve e armazena nutrientes e disponibiliza-os Troca de gases com o ambiente Transporte de gases, nutrientes, hormonas e calor pelo corpo Captação dos fluidos extracelulares para o sistema circulatório; ajuda o sistema imunitário Combate de organismos invasores Protecção de organismos e condições físicas agressivas; ajuda à manutenção da temperatura Regula a composição dos fluidos extracelulares e excreta os metabolitos não usáveis Termorregulação A termorregulação pode ser entendida como um conjunto de mecanismos que permitem regular a temperatura corporal interna de um organismo, de forma a mantê-la dentro de valores compatíveis com a vida quando a temperatura do meio externo varia. A temperatura corporal da maior parte dos seres vivos está entre 0-45 °C. As trocas de calor que o nosso corpo faz com o exterior podem processar-se através de: evaporação (muito importante para perder calor), radiação (corpos quentes perdem calor para objectos frios; pode ser directa ou indirecta), convecção (o calor é perdido por convecção quando uma brisa passa pelo corpo a uma temperatura mais baixa que este) ou ainda por condução (transferência directa de calor entre objectos em contacto e com diferentes temperaturas). Q10 é uma taxa que mede a sensibilidade à temperatura de uma reacção ou processo (ex: consumo de oxigénio). Quanto menor for o Q10 maior é a adaptabilidade do metabolismo a variações ambientais. Numa situação ideal o metabolismo não varia com as variações de temperatura. 𝑄10 = 𝑅𝑇 𝑅𝑇−10 RT: taxa de reacção a uma dada T RT-10: taxa de reacção a uma dada T10°C Q10 = 1 situação ideal Q10 = 2 situação média Q10 = 3 situação má Aclimatização – existe uma enzima no organismo que se vai alterando à medida que a temperatura varia (ex: Verão para Inverno) permitindo assim que a taxa metabólica não baixe e que o organismo continue a ser viável. Homotérmico: animal capaz de manter a temperatura corporal constante. Poiquilotérmico: animal cuja temperatura corporal varia com a temperatura ambiente. Heterotérmico: animal capaz de manter a temperatura corporal constante, em parte do tempo. Ectotérmico: animal que depende de uma fonte externa de calor (animais de “sangue-frio”). Ex: répteis, peixes, anfíbios, invertebrados. Endotérmico: animal capaz de regular a temperatura corporal produzindo calor ou dissipando-o activamente (animais de “sangue-quente”). Ex: mamíferos, aves. NOTA: Em geral, os animais ectotérmicos fazem uma regulação comportamental da temperatura, enquanto que os endotérmicos fazem uma regulação não só comportamental mas também fisiológica. No entanto, existem excepções! É o caso das iguanas marinhas das galápagos que, mesmo sendo animais ectotérmicos, fazem uma regulação comportamental e fisiológica da temperatura: à medida que entram na água a sua temperatura corporal vai baixando, e depois quando sai vai logo para o sol para que esta volte a subir; no entanto, para esta variação não ser tão drástica, quando está debaixo de água este animal reduz o batimento cardíaco, reduzindo assim o fluxo de sangue à superfície e as perdas de calor, o que lhe permite aguentar mais tempo debaixo de água (até que não desce mais porque deixaria de ser viável). Termorregulação em ectotérmicos - Alguns animais ectotérmicos produzem calor tremendo, como é o caso das abelhas, escaravelhos, cobra pitão, etc. Ex: Antes de começarem a voar, as traças nocturnas começam a tremer (bater as asas descontroladamente) para chegar aos 25°C e assim já ser viável o seu movimento senão, mesmo gastando toda a energia que tivessem, não conseguiriam mover-se. Ex: Também as abelhas tremem para aquecer a colmeia e as cobras para chocar os ovos. - Outros animais ectotérmicos aproveitam o calor usando um sistema permutador de calor em contracorrente, como é o caso do atum ou do tubarão. Ex: Nos peixes de “sangue frio”, o sangue é bombeado do coração para as guelras onde é oxigenado e arrefecido. De seguida, prossegue pela aorta dorsal, sendo levado até aos tecidos pelas artérias. Ao longo do metabolismo o sangue vai aquecendo, mas quando regressa ao coração, pelas veias, já perdeu um pouco deste calor, chegando ao coração quase à mesma temperatura da água envolvente, sendo apenas um pouco resfriado de novo nas guelras. Nos peixes de “sangue quente”, como é o caso dos grandes predadores (ex: atum, tubarão) há uma necessidade de que a temperatura do sangue seja sempre superior à temperatura da água envolvente, tornando-os assim mais competitivos devido ao metabolismo mais eficiente. Tal acontece pois, os as artérias por onde circula o sangue vindo das guelras estão muito perto das veias por onde circula o sangue que volta para o coração, o que faz com que o sangue mais quente devido ao metabolismo consiga manter permanentemente quente o sangue que chega de novo ao coração por intermédio das veias. Assim o peixe consegue manter o seu sangue quase sempre a uma temperatura superior à da água e ser por isso mais competitivo em termos metabólicos. Termorregulação em endotérmicos Isolamento térmico o Diminuição da área superficial por arredondamento (redução área/volume) o Extremidades curtas (para diminuir a área exposta) o Pêlo/penas o Secreções lipídicas para isolamento de pêlo ou penas (evitam que os animais se molhem porque a transferência de calor na água é muito mais forte) o Tecido adiposo branco (em ambientes quentes não deixa o calor entrar; em ambientes frios não deixa o calor sair) Produção de calor o Tremuras o Tecido adiposo castanho (é vulgar em aves e mamíferos recém-nascidos e vai desaparecendo na fase adulta, excepto nos animais hibernantes, que o têm sempre) o Termogenina (enzima que gera calor por desacoplamento da fosforilação oxidativa) Perda de calor o Transpiração (580 cal/g água evaporada) o Arfar HIPÓTALAMO: é o termostato dos vertebrados; sensível ao calor; existe em endotérmicos e ectotérmicos. O arrefecimento do hipótalamo tem como efeitos: o Constrição dos vasos sanguíneos (evita a perda de calor) o Aumento da produção de calor O aquecimento do hipótalamo tem como efeitos: o Vasodilatação (aumenta a perda de calor) o Diminuição da produção de calor o Transpiração (perda de calor pelas glândulas sudoríparas) Hipotermia (baixa de temperatura) – como combatê-la? Hibernação Existe vantagem de hibernar em vez de migrar pois quando as condições se tornam de novo favoráveis ao animal este já se encontra no seu habitat, não tendo que gastar energia a regressar. Nestes períodos há uma redução em 5x da taxa metabólica. Alguns indivíduos fazem pequenos intervalos na hibernação apenas para excretar metabolitos. Ex: urso, esquilo, morcego, rato, etc. Letargia ou torpor diária Consiste num estado de “vegetação” por parte do organismo, que se caracteriza por um abaixamento no set point. Este set point é mais baixo quando os organismos estão a descansar pois não é necessário que o metabolismo seja tão forte. NOTA: Existem organismos que alteram o seu set point ao longo do dia, como é o caso do camelo que de dia tem um set point à volta dos 40°C enquanto que à noite este valor desce para 34°C pois o metabolismo a esta temperatura já consegue estar próximo da temperatura ambiente a esta hora do dia. Os animais usam vários estímulos físicos e químicos para sentir o ambiente e responder fisiologicamente e/ou comportamentalmente de modo a manter o ambiente interno constante (homeostase). Além disso, a detecção, integração e resposta aos estímulos ambientais servem para funções que vão desde a alimentação à fuga de predadores ou reprodução, entre outras. A visão dos animais usa radiação desde UV até IV, passando pelo visível. Muitos animais também possuem órgãos sensoriais como sensores de corrente eléctrica ou sonares. Regulação da quantidade de água e sais Nos peixes, esta regulação é conseguida por filtração dos fluidos corporais e por secrecção e reabsorção activa de determinados sais. São os rins e as guelras que regulam a concentração de iões e água. Peixes de água salgada: a concentração em sais no exterior é muito superior à concentração em sais no interior, daí que este tipo de peixes perca muita água por osmose (acompanhada de sais que vêm do alimento) tanto pela urina como pelas guelras. Para combater isto, este tipo de peixes bebe água e produz pouca urina (mais concentrada). A retenção de água é crítica! Peixes de água doce: a concentração em sais no interior é muito superior à concentração em sais no exterior, daí que este tipo de peixes acumule muita água no seu interior (que entra por osmose) e tenha que a eliminar pela urina (uma urina muito diluída mas também com alguns sais). A retenção de iões é crítica! Os animais marinhos osmo-reguladores ou osmo-adaptados regulam a concentração dos fluidos para estarem em equilíbrio com o meio externo, conseguindo-o através de: Acumulação de ureia (com o objectivo de não perderem água). Ex: tubarões e raias Acumulação de aminoácidos (com o objectivo de não perder água ou sais, no caso dos peixes de água doce) Excreção activa de sais (por transporte activo os sais são levados da zona mais concentrada – interior – para a zona menos concentrada – água do mar –) NOTA: Um animal que tenha o seu potencial osmótico a 30% e que se encontre em água salgada vai beber água. Mas isso implica também perder água e ao mesmo tempo sais, daí que os tubarões acumulem ureia para aumentar assim o seu potencial osmótico e conseguirem uma concentração de fluidos igual à concentração da água do mar. Potencial osmótico: potencial das moléculas de água para se moverem de zonas hipotónicas (mais água, menos solutos) para zonas hipertónicas (menos água, mais solutos) através de uma membrana semi-permeável. Excrecção de metabolitos (ex: iões simples, ureia, aminoácidos) Esta excrecção é relativamente mais fácil em animais aquáiticos (pela urina, guelras ou boca) do que em animais terrestres (pelas fezes, urina). Em terra a conservação de água é essencial, sendo a dieta alimentar que determina quais os iões a manter. No entanto, em água salgada é o ião fosfato que se torna limitante enquanto que na água doce é o azoto (na forma de nitrato ou de amónia). Com o objectivo de excretar os metabolitos e não perder água o canguru no deserto apresenta uma urina extremamente concentrada que vai perdendo água ao longo do seu caminho no interior do organismo, saindo assim o mais concentrada possível. Também as aves marinhas e os répteis (que têm uma alimentação muito rica em sal) apresentam umas glândulas de excrecção de sal por onde perdem sal (sob a forma sólida), o que lhes permite não perder tanta água pela urina. Regulação de oxigénio e dióxido de carbono O dióxido de carbono forma-se nos organismos como resultado do metabolismo (degradação/redução) de moléculas orgânicas, como é o caso dos açúcares. Este CO2 difunde-se para o sangue dando origem ao sangue venoso, enquanto o oxigénio (libertado pela hemoglobina) se difunde também para o sangue dando origem ao sangue arterial. No caso de animais muito pequenos, a concentração de oxigénio existente no ar é suficiente para que este se difunda para o interior do organismo, sendo no entanto tóxico quando as concentrações forem muito elevadas. Nutrição animal Heterotróficos: No final, toda a energia que é transferida para o ATP proveniente das ligações químicas das moléculas “nutrientes” é libertada sob a forma de calor. Caloria (medida da energia calorífica): é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1g de água em 1°C. Lípidos – 9 kcal/g Hidratos de carbono – 4.2 kcal/g Proteínas – 4.1 kcal/g Água – 0.6 kcal/g A principal reserva de energia são os lípidos devido ao seu conteúdo energético e baixa densidade, ao contrário dos hidratos de carbono. Compostos tóxicos na alimentação: algumas toxinas são retidas e concentradas nos organismos, acumulando-se na membrana e alterando as suas características de tal forma que as trocas são afectadas. Estas toxinas podem ser transmitidas, acumulandose na cadeia trófica e acabando com gerações. Bioacumulação: é o processo através do qual os seres vivos absorvem e retêm substâncias químicas no seu organismo; pode ser de uma forma directa através do ambiente que os envolve (bioconcentração) e indirectamente a partir da alimentação (biomagnificação). Este processo implica várias etapas na cadeia alimentar e diferentes tipos de alimentação. À medida que se sobe no nível trófico maior será a quantidade de químicos acumulados no ser vivo uma vez que este, para além dos compostos que o seu organismo já absorveu, vai ainda concentrar os que provêm da alimentação. Verifica-se que nos animais predadores os valores de concentração são mais elevados que nos animais de que estes se alimentam. Inúmeros são os perigos que advêm para as gerações vindouras pois ao longo da vida uma mulher armazena POPs nos seus tecidos gordos e liberta parte no momento da gravidez e da amamentação. Assim, diminui as reservas que demoraram décadas a acumularem-se e que passam em pouco tempo para o bebé atingindo-o no período mais vulnerável da sua vida. Classificação de plantas Não vasculares: não têm tecidos condutores nem raízes, por isso não vão buscar água profunda. o Hepatófitas, antocerotófitas, briófitas o Ex: musgos. Cada indivíduo por si só é muito pequeno, daí que necessitem de viver em conjunto e num ambiente húmido de modo a realizar o transporte de nutrientes e metabolitos por difusão. Vasculares sem sementes: a vascularização é muito importante para o transporte a longa distância e para o crescimento do organismo. o Licófitas, psilófitas, pterófitas o Ex: fetos. Vasculares com sementes: as sementes permitem a colonização de locais que o organismo sozinho não conseguiria; são muito importantes na medida em que aguentam condições desfavoráveis só germinando na altura ideal. o Gimnospérmicas – ex: pinheiros, abetos. o Angiospérmicas (têm flor, o que atrai os insectos transportadores do pólen, permitindo assim a fecundação cruzada) Parede celular – é constituída por celulose, lehnina (dá o aspecto de lenha rigidez), suberina (molécula com características hidrofóbicas que confere impermeabilidade), plasmodesmos (importantes para a comunicação entre células). Células das plantas Enquanto nos animais existem cerca de 1000 tipos de células, nas plantas são apenas 3 tipos. Células de parênquima – são vivas e realizam várias funções (células fotossintéticas e de meristemas). Células de colênquima – são vivas e realizam funções de suporte (pecícolos, caules não lenhosos). Aumento da grossura das paredes Células de esclerênquima – realizam funções de suporte após morrerem. Tecidos onde circulam os fluidos nas plantas Xilema – é formado por células mortas e ocas - elementos traqueais (traqueídos nas gimnospérmicas e vasos condutores nas angiospérmicas). Estas células são reforçadas com lignina cuja função é evitar a deformação causada pela pressão da seiva bruta que nele circula. A seiva bruta (seiva inorgânica composta por água, sais minerais e nutrientes retirados do solo pela planta) é transportada das raízes até às folhas. As células de xilema têm que morrer para ficar ocas. Floema – é constituído por células vivas (alongadas e anucleadas) e tubos perfurados (a estrutura em tubos com anéis confere flexibilidade e comunicação entre os tubos). Nele circula a seiva elaborada (seiva orgânica, produto da fotossíntese, constituída por água e açúcares resultantes da fotossíntese). Esta seiva é transportada das partes clorofiladas (onde ocorreu a fotossíntese) para as partes vivas da planta onde os açúcares serão convertidos em energia. As células de floema têm que se diferenciar para realizar as suas funções. NOTAS: As folhas das plantas têm um revestimento de cera de origem lipídica, que lhes confere impermeabilidade e evita a perda de água. Na imagem ao lado podem ver-se os anéis de xilema que indicam os anos da planta. No ano seguinte irão existir novas células de câmbio que irão dar origem a mais um anel de xilema para dentro e floema para fora que se junta à parte mais escura já existente. Na Primavera/Verão as células são maiores porque a planta está em crescimento (vão crescendo até morrer). No Outono/Inverno as células começam a deixar de crescer até ficarem tão pequenas que se forma o anel (aglomerado de células pequeninas). Fotossíntese Consiste na transformação de energia luminosa em energia química. Esta transformação é feita com base na seguinte reacção: 𝐿𝑢𝑧 + 𝐶𝑂2 + 6 𝐻2 𝑂 → 𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 6 𝑂2 A fotossíntese não usa o verde porque é essa a cor que as plantas reflectem devido à clorofila, sendo a eficiência fotossintética mais elevada nas zonas onde a clorofila absorve mais. Reacções dependentes da luz (associadas aos tilacóides – sacos onde ocorrem as reacções): ATP e NADPH. Pigmentos: clorofila a, clorofila b e carotenóides (carotenos – amarelados – e xantofilas – avermelhadas –). Os carotenóides são pigmentos associados à fotossíntese, que captam luz e a passam à clorofila. NOTA: No Outono não há luz, por isso não é necessário clorofila, o que faz com que esta seja apenas degradada e não sintetizada. Restam então os carotenos – que tornam as folhas amareladas até que morrem e caem pela falta de fotossíntese e de consequente energia. Reacções independentes da luz (associadas ao estroma – exterior dos tilacóides): HIDRATOS DE CARBONO. Ciclo de Calvin-Benson (C3) – formação de açúcares. Mesmo sendo independentes da luz, estas reacções ocorrem de dia porque usam o ATP e o NADPH que têm um tempo de vida muito curto, por isso têm que ser utilizados mal são sintetizados (o que acontece de dia pois as reacções são dependentes da luz). Anabolismo: conjunto de reacções metabólicas de síntese em que a energia libertada pelo catabolismo (conjunto de reacções metabólicas que libertam energia) é utilizada para construir moléculas complexas. Armazenamento de curta duração: ATP, NADPH Armazenamento de média duração: glicose, sacarose Armazenamento de longa duração: amido (existe em grande quantidade nas plantas porque estas passam muito tempo em quiscência/hibernação), lípidos Fotofosforilação Processo de síntese de adenosina trifosfato (ATP) pelas ATP sintetases, ocorrido na fotossíntese (na membrana dos tilacóides), pela adição de um ião fosfato a uma molécula de adenosina difosfato (ADP), com gasto de energia. Durante a fase luminosa da fotossíntese ocorre transporte de electrões aquando do bombeamento dos protões do estroma para o interior dos tilacóides, o que vai libertar energia e criar um gradiente electroquímico que ao dissipar-se devido à saída dos protões do tilacóide para o estroma (através das ATP sintetases) fornece ainda mais energia (já tinha aquela fornecida pela luz) à fosforilação do ADP para formar ATP. A fosforilação está relacionada com o fluxo de electrões provenientes dos fotossistemas. Consoante a forma como se processa o fluxo de electrões podemos ter fotofosforilação cíclica ou não cíclica. Existem dois tipos de fotossistemas: fotossistema I e fotossistema II. Enquanto que no primeiro o centro de reacção é designado P700 (absorve luz com comprimentos de onda próximos dos 700 nm), no segundo o centro de reacção é designado por P680 (absorve luz com comprimentos de onda próximos dos 680 nm). Quando a clorofila a dos centros de reacção fica excitada pelos fotões liberta electrões, ficando por isso oxidada. Esses electrões são então captados por moléculas aceitadoras de electrões que ficam então reduzidas. A síntese de ATP e NADPH depende deste fluxo de electrões, que se inicia no centro de reacção dos fotossistemas e que pode ocorrer de dois modos: – de forma acíclica – fotofosforilação acíclica; – de forma cíclica – fotofosforilação cíclica. Fosforilação acíclica Na fotofosforilação não cíclica tanto o fotossistema I como o II fazem uso da clorofila a excitada nos seus centros de reacção. Neste tipo de fotofosforilação os electrões são transferidos numa cadeia de agentes redutores, originando ATP, NADPH + H+ e ainda O2. Para que se mantenha este tipo de fotofosforilação ambos os fotossistemas devem continuar a absorver luz. No entanto, a planta necessita de maior quantidade de ATP do que NADPH, daí que por vezes as plantas realizem uma fotofosforilação adicional na qual se gera apenas ATP – fotofosforilação cíclica. Fotofosforilação cíclica Processo que produz somente ATP e envolve apenas o fotossistema I. Neste processo: Os pigmentos do fotossistema I captam a energia luminosa que é transferida para a clorofila a do centro de reacção; A clorofila a excitada transfere os seus electrões para um aceitador (ferredoxina); Os electrões percorrem uma cadeia transportadora, ocorrendo um conjunto de reacções redox que conduzem à libertação de energia (parte da qual é usada para a fosforilação de ADP que origina ATP); No final da cadeia, os electrões voltam ao centro de reacção do fotossistema I, daí que seja um fluxo cíclico de electrões. NOTA: Se tivermos que construir uma cadeia transportadora de electrões começamos pelo par redox com o potencial redox mais negativo, porque terá maior poder redutor. Metabolismos C3, C4 e CAM A fotossíntese é o processo no qual ocorre síntese de glicose e oxigénio a partir da luz solar, dióxido de carbono e água. Este processo utiliza ainda ATP e NADPH produzidos pelos centros reaccionais fotossintéticos que convertem CO 2 em glicerol-3fosfato, que pode então ser convertido em glicose. Esta fixação do carbono é cataliza pela enzima rubisco que é parte integrante do Ciclo de Calvin. Nas plantas podem então ocorrer 3 tipos de fotossíntese, consoante a via que o CO 2 toma até ao Ciclo de Calvin: Fixação do carbono em plantas C3 (as plantas fixam o dióxido de carbono directamente); Fixação do carbono em plantas C4 (as plantas incorporam o dióxido de carbono noutros compostos) Fotossíntese CAM (as plantas incorporam o dióxido de carbono noutros compostos) Plantas com metabolismo C3 São aquelas que fixam o dióxido de carbono atmosférico por meio da rubisco, nas células do mesófilo foliar. Esta enzima utiliza como substracto uma pentose fixando CO2 para produzir duas trioses. Plantas com metabolismo C4 Possuem uma adaptação anatómica chamada estrutura Kranz, que constitui um grupo de células diferentes das que se encontram normalmente no mesófilo, que envolve o conjunto dos terminais de feixes vasculares da folha, e são chamadas células da bainha do feixe. Estas células são contíguas às células do mesófilo, interconectadas por plasmodesmos. Nas células da bainha das plantas C4 acontece a fixação do dióxido de carbono pela PEPcase, produzindo um composto de 4 carbonos, ao contrário da rubisco que forma trioses. Este composto de 4 carbonos é então convertido e passa à célula do mesófilo ao lado, onde é descarboxilado e utilizado pela rubisco para formar trioses, entrando no ciclo de Calvin. Nestas plantas há então uma separação espacial entre a fixação do CO 2 e a redução do composto intermediário de 3 carbonos, pois a PEPcarboxilase fixa na célula do mesófilo, e vai concentrá-lo na célula da bainha, onde ocorrerá a redução (no ciclo de calvin). Plantas com metabolismo CAM Neste tipo de plantas ocorre separação espacial entre a fixação e a redução do CO 2. São plantas adaptadas a viver em regiões áridas (pouca água disponível no ambiente e elevada evaporação), daí que elas tenham que economizar água, evitando a transpiração durante o dia, fechando para tal os estomas. No entanto, ao fechar os estomas não entra o dióxido de carbono necessário à fotossíntese. Posto isto, este tipo de plantas desenvolveu um sistema que consiste em: abrir os estomas durante a noite (quando as temperaturas são mais amenas) e assim o dióxido de carbono entra na célula do mesófilo e é fixado não pela rubisco mas sim pela PEPcarboxilase (maior afinidade com o CO 2) formando o oxaloacetato que é convertido a malato e guardado no vacúolo da célula até que haja sol e possa ocorrer a síntese de ATP e NADPH. Durante o dia este ácido málico é descarboxilado libertando o CO2 que será reduzido pela rubisco no Ciclo de Calvin. As plantas CAM possuem assim vantagem adaptativa em ambientes áridos ao evitarem a perda de água e conseguirem sobreviver, o que lhes confere uma maior eficiência no uso da água. Entre C3, C4 e CAM há a seguinte ordem de eficiência no uso da água: CAM > C4 > C3. Porquê? As plantas C4 apresentam a capacidade de concentrar CO 2 nas células do mesófilo, aproveitando assim melhor a capacidade carboxilativa da rubisco, minimizando assim os efeitos da sua actividade como oxigenase (fotorrespiração) que iria consumir reservas e reduzir assim a eficiência no uso da água. Deste modo, as plantas C4 consomem muito mais água que as plantas CAM mas são mais produtivas que estas. Quanto às plantas CAM, estando habituadas à carência de água possuem células com paredes celulares mais elásticas capazes de absorver muita água durantes as chuvas através de expansão do cloroplasto. Posto isto, as plantas C3 são sempre menos produtivas que as C4 pois não têm o mecanismo de concentração de carbono da C4 (estrutura Kranz), ocorrendo nelas uma fotorrespiração considerável principalmente a altas temperaturas, quando a actividade de oxigenase da rubisco durante o dia consome carbohidratos e liberta CO2. É por isso que as plantas C4 não beneficiam tanto quanto as C3 do aumento da concentração de CO2 pois já o concentram nos seus tecidos, estando a actividade carboxilativa da rubisco próxima do máximo. Factores internos e ambientais que afectam a fotossíntese Luz (qualidade, quantidade e duração) – depende da atmosfera, da época do ano, sombra de outras plantas, etc. Estrutura foliar (forma, tricomas – pêlos que podem reflectir (brancos) ou absorver luz (escuros) e criam um microambiente mais vantajoso para a planta do que o externo, cutícula, parênquima armazenador de água no vacúlo colocando lá sais para que a água entre por osmose, etc.) Água (abertura de estomas) Metabolismo C4 e CAM Ponto compensação da luz – atinge-se quando a fotossíntese iguala a respiração. Há um equilíbrio de biomassa, sendo o que se cria igual ao que se gasta. Factores internos e ambientais que afectam a respiração Temperatura Oxigénio Regulação interna Nota: quem respira mais são as folhas! Processos de transporte em plantas A água permite não só o transporte de solutos e o arrefecimento como também o desenvolvimento de pressão interna para suportar o corpo da planta. Além disso ainda apresenta propriedades coesivas e adesivas, devido às pontes de hidrogénio, que permitem que se crie uma coluna de água e que esta ascenda na planta. A água sobe também devido ao stress hídrico nas folhas provocado por evaporação, que puxa assim a água e os iões. Potencial hídrico – tendência de uma solução receber água Ψ = Ψπ + Ψp (potencial osmótico + potencial de turgescência) - Água pura com água pura Ψ = 0 - Água pura com sal Água pura entra para dentro do tubo com sal Ψ < 0 (quanto mais negativo, mais água entra). A um determinado ponto já não entra mais água devido ao peso da coluna de água – chegou-se à pressão de turgescência. A água que entra numa célula depende dos sais que lá estão dentro e da pressão exercida pela parede celular (pressão de turgescência). Por cada 10 cm é preciso ter um défice de 1.5 atm para que a água consiga subir. Transporte intercelular a curta distância Via simplástica – passa por dentro das células Via apoplástica – passa entre as paredes Transporte intercelular a longa distância: Xilema Mecanismo de transpiração-tensão-coesão Transporte de água através do xilema Controlo do transporte de água pelas células-guarda Células estomáticas (ou guarda) – abrem e fecham em resposta à luz (C3 e C4 abrem, CAM fecham) via activação da H +-ATPase. A diminuição da quantidade de água fecha os estomas devido à produção de ácido absíssico, mas a quantidade de luz também condiciona a abertura/fecho dos estomas. - Acumulação de sais (K+) entrada de água células incham abrem! - O ião Cl- entra por gradiente eléctrico: existem muitas cargas positivas lá dentro e convém as celulares serem electronegativas. - Ψ mais negativo pouca água estomas fecham abertura dos canais de potássio. Células motoras – mecanismo semelhante às células-guarda que permite o movimento foliar. Os trevos fecham à hora de maior calor para evitar transpiração e exposição ao calor; outro exemplo de planta com estas células é o girassol. Transporte intercelular a longa distância: Floema A água passa por osmose do xilema para o floema. A seiva é então empurrada para a raiz. NOTA: os afídeos sugam a seiva das plantas porque esta é muito rica em açúcares; a pressão da seiva é tão forte que o bicho só tem que furar o floema e forma-se logo uma gota no ânus que vai alimentar a formiga, daí que as formigas os protejam. Mecanismos de fluxo de líquido nos tecidos vasculares Origem Local Potencial de pressão da seiva Xilema Transpiração foliar Elementos traqueais mortos Negativo (puxado do topo) Floema Transporte activo de sacarose Tubos crivados vivos Positivo (empurrado da origem) Nutrição vegetal As plantas necessitam de luz, dióxido de carbono, oxigénio, água e vários elementos minerais. A maior parte desses nutrientes necessários às plantas vem do solo (excepto C – que vem sob a forma de CO2), sob a forma iónica. Os solos são não só o suporte mecânico das plantas como também uma fonte de água e outros minerais (plantas terrestres) e oxigénio para as raízes. Número de organismos no solo Insectos Outros artrópodes Bactérias Algas Vermes 6,7*108/ha 9 1,9*10 /ha 9 10 /g solo 1-8*105/g solo 1,8*106/ha Troca Catiónica A planta excreta H+ e capta K+. Outros iões que a planta também capta são o ião nitrato e o sulfato, mas estes são rapidamente lixiviados, caso a planta não os capte logo. Como mantê-los no solo? Normalmente são guardados no solo sob a forma de proteínas (matéria orgânica). A reserva de azoto é a matéria orgânica: os microrganismos do solo convertem esta matéria orgânica em matéria inorgânica, ou seja, convertem o ião nitrato para que as plantas já possam captar o azoto e este não seja lixiviado. Fixação de azoto O azoto é normalmente o nutriente limitante ao crescimento. Em pH ácido é absorvido sob a forma de NH4+; em pH alcalino é absorvido sob a forma de NO3-. Nos oceanos, as cianobactérias (morrem e libertam o azoto fixado sob a forma de proteínas) são as principais responsáveis pela fixação de azoto; em terra são as bactérias do solo (que após a morte libertam azoto) e as bactérias simbióticas com leguminosas. No entanto, o excesso de azoto pode levar à eutrofização!! Mecanismos alternativos de nutrição Plantas parasitas – vão buscar os nutrientes a outras plantas. Ex: visco, rafflesia. Plantas carnívoras – alimentam-se de outras espécies. Ex: sarracenia, armadilha de Vénus. Respostas das plantas a agressões ambientais 1. Microrganismos patogénicos O agente patogénico produz moléculas que a planta identifica como patogénicas; necrose dos tecidos permite confinar a infecção; lenhificação (e também suberina e cutina) e fecho dos plasmodesmos. 2. Herbívoros As plantas defendem-se dos herbívoros através do aumento da produção de biomassa, por via do aumento da fotossíntese nas folhas que restam, visto que: O azoto é dividido por menos folhas; A exportação de açúcares aumenta pois as raízes não diminuem; Aumento da disponibilidade de luz para as folhas jovens; Remoção de rebentos apicais estimula o crescimento de rebentos laterais; Dispersão de pólen e sementes. Outra forma que as plantas têm de se defender dos herbívoros é através de defesas químicas. A planta pode também produzir um insecticida e o insecto morre porque come inibidores de proteases, não conseguindo assim sintetizar as suas proteínas. 3. Extremos hídricos – Como se defendem as plantas destes? Xerófitas – plantas que lidam bem com a falta de água. “Fuga” à seca – quando não há água não germinam, mantêm-se sob a forma de sementes; Cutícula espessa – camada molecular impermeável que impede a perda de água; Criptas estomatais com pêlos; Pêlos – reflectem (brancos) ou absorvem (escuros) a luz; Suculência – plantas carnudas têm reservas de água nos vacúolos; Surgimento de folhas apenas quando há água; Ausência de folhas (espinhos) e presença de caules fotossintéticos – os espinhos funcionam como os pêlos; Folhas que enrolam ou folhas verticais – nas horas de maior calor evitam a exposição e a perda de água; Raízes superficiais muito reticuladas – acumulam água de maiores regiões; Raízes muito profundas – conseguem chegar aos aquíferos; Acumulação de prolina nos vacúlos – permite entrada de água; Metabolismo CAM – estomas fechados de dia para não perderem água. Excesso de água: é um problema ao nível do solo porque leva à falta de oxigénio, o que faz com que as plantas só realizem respiração anaeróbia, não produzam ATP e por isso não haja entrada de água e sais. Pneumatóforos (raízes aéreas) – oxigénio entra pelo ar; Raízes pouco profundas – porque a água desce por gravidade; Aerênquima (folhas) – ex: nenúfares que guardam ar nas folhas. 4. Halófitas São plantas adaptadas a ambientes salgados (solo ou água); existe uma grande acumulação de sais nas folhas (que se faz notar pela existência de pontos brancos, resultantes da excreção de sal que em conjunto com o potencial hídrico negativo puxam a coluna de água) e por isso apresentam muitas das adaptações das xerófitas. Estes sais vêm muitas vezes das ETAR’s, onde não são filtrados e por isso chegam aos rios. Dos rios vão parar às barragens e por fim às águas de rega das plantas. 5. Tóxicos É o caso dos metais pesados que são tóxicos porque vão substituir outros minerais necessários ao eficaz funcionamento dos mecanismos da planta. Algumas plantas conseguem excretar ou não absorver estes metais – são as que se dão bem nas minas. 6. Extremos de temperatura As plantas defendem-se de extremos de temperatura através de: Transpiração – em situações de calor, a planta transpira; Hsps (chaperonas) – enzimas que ajudam a recuperar a estrutura 3D das proteínas que é destruída pelo calor; Proteínas anticongelantes – evitar que se formem cristais de gelo que podem matar as células.
