FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA

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1 FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA Luís Chícharo e Sofia Gamito DEMOECOLOGIA 2 1

2 Demoecologia Demo povo / população (do grego) Demoecologia estudo da ecologia das populações Estuda as flutuações da abundância das espécies em condições naturais e quando exploradas pelo Homem. 3 Demoecologia Populações - conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que coexistem no tempo e no espaço Demos Populações locais. 4 2

3 Características das populações a distribuição espacial dos indivíduos a densidade a taxa de crescimento a taxa de mortalidade (curvas de sobrevivência pirâmides de idade) variação da reprodução com a idade proporção dos sexos (sex-ratio) o polimorfismo genético 5 Tipos de distribuição espacial dos indivíduos 6 3

4 Tipos de distribuição espacial dos indivíduos 7 Tipos de distribuição espacial dos indivíduos 8 4

5 Características das populações DENSIDADE A densidade é o número de indivíduos presentes por unidade de superfície ou de volume determina a influência de uma espécie no ecossistema 9 Taxa de crescimento O crescimento das populações depende: Factores ambientais Taxa de Natalidade (N) Composição etária Taxa de aumento ou decréscimo da população Taxa de Mortalidade (M) (in Krebs, 2001) 10 5

6 Taxa de crescimento O crescimento das populações depende: da mortalidade (-) da natalidade (+) E também: da emigração (-) da imigração (+) N t+1 = N t + N + I M E ΔN = N + I M E 11 Taxa de crescimento N t+1 = N t + N + I M E ΔN = N + I M E N t tamanho da população no tempo t. Por convenção, utilizamos t = 0 para indicar o ponto de início. As unidades de t variam de acordo com o organismo considerado: Bactérias minutos ou horas; tartarugas ou algumas espécies de árvores anos ou décadas. Se a população for fechada, ou seja, se não houver migrações: ΔN = N M ou r = N M r taxa de crescimento da população 12 6

7 Taxa de crescimento Se a população for fechada, ou seja, se não houver migrações: ΔN = N M ou r = N M r taxa de crescimento da população ΔN = r 13 dn = rn dt Modelo exponencial dn = dt rn O N = N. e 0 rt r - é a taxa de crescimento exponencial ou parâmetro de Malthus N Nº de indivíduos da população N 0 Nº de indivíduos no tempo zero. 14 7

8 Modelo Exponencial: Se o crescimento da população for contínuo, então: dn = ( n m N dt ) dn O = rn dt Em que n e m representam as taxas instantâneas de natalidade e de mortalidade e r a taxa intrínseca de crescimento. Crescimento da população para diferentes valores de r O Tamanho da população Crescimento exponencial A população crescerá de forma exponencial se tiver recursos ilimitados. Para o ilustrar vamos seguir o crescimento de uma bactéria comum no intestino, E. coli. Neste exemplo estabelecemos 5 pequenas colónias de igual tamanho numa caixa de petri contendo um meio nutritivo. Nestas condições de amplos recursos, as células dividem-se todos os 12 min, em média. O que significa que, a cada 12 min, as cinco colónias duplicam em área. Quando se tornam visíveis, rapidamente 16 cobrem a caixa de petri (crescimento exponencial) 8

9 Modelos de crescimento No modelo exponencial assume-se que os recursos necessários para o crescimento da população são ilimitados, e por consequência as taxas de natalidade e de mortalidade per capita serão constantes. n 0 m 0 Tamanho da população Taxa de mortalidade (m) Taxa de natalidade (n) Mas na realidade, quando a população aumenta de tamanho, os recursos começam a escassear e será de esperar que a taxa de natalidade per capita diminua. E quanto à mortalidade? Será de esperar que aumente com o aumento da população menos recursos, maior risco de subnutrição, 17 Modelo Logístico As taxas de natalidade e de mortalidade deixam de ser constantes. Um modelo resultante poderá ser o Modelo Logístico, em que o crescimento da população depende da sua densidade e de K, a capacidade de carga ( carrying capacity ) ou de suporte do ambiente. dn = rn dt K N K K representa o tamanho máximo da população que um 18 9

10 Modelo Logístico 200 Tamanho da população (N) K= Tempo (t) 19 Crescimento logístico e exponencial Carrying capacity Comparação entre as curvas de crescimento exponencial (r) e logística (k). Ex.: Escherichia coli - em 36 horas cobriria a superfície da Terra 20 10

11 Crescimento logístico Quando o tamanho da população aumenta, os recursos normalmente, torrnam-se escassos ou limitantes (k carrying capacity). 21 Crescimento da população humana World Population Growth Per Time Unit Time unit Births Deaths Natural Increase Year 131,571,719 55,001,289 76,570,430 Month 10,964,310 4,583,441 6,380,869 Day 360, , ,782 Hour 15,020 6,279 8,741 Minute Seconds

12 Crescimento da população humana (Adaptado de Botkin e Keller, 2003) 23 Crescimento da população humana (in: Botkin e Keller, 2003) 24 12

13 Crescimento da população humana 25 Controlo do crescimento das populações redução progressiva da população controlo da taxa de mortalidade Ex.: aves - Variação da mortalidade com a densidade em aves (Apus melba)

14 Controlo do crescimento das populações redução progressiva da população controlo da taxa de fecundidade Ex.: elefantes Densidade da população pouco densa muito densa Idade de maturação 11 anos 18 anos Intervalo entre nascimentos das crias 4 anos 7 anos 27 Controlo do crescimento das populações redução brusca da população Ex.: populações de cervos (Odocoileus hemionus) 28 14

15 Controlo do crescimento das populações redução brusca da população Ex.: fitoplâncton (Asterionella formosa) 29 Taxa de mortalidade e curvas de sobrevivência (in: Krebs, 2001) Taxas de mortalidade variáveis com a idade diferentes tipos de curvas

16 Taxa de mortalidade e curvas de sobrevivência (in: Krebs, 2001) Comparação entre as curvas de sobrevivência de diferentes tipos. Tipo I - Ex.: população humana; Tipo II - Ex.: populações de aves; Tipo III - Ex.: peixes e invertebrados marinhos. 31 Taxa de mortalidade e curvas de sobrevivência Influência da densidade na sobrevivência 32 16

17 PIRÂMIDES DE IDADE Podem considerar-se 3 tipos de pirâmides de idade: - de base alargada - elevada proporção de jovens - de tipo intermédio - de base pequena - populações senis 33 PIRÂMIDES DE IDADE Entre 1960 e 2000 a proporção de jovens (0-14 anos) diminuiu de cerca de 37% para 30%. As projecções apontam para que a proporção de jovens continuará a diminuir, para atingir os 21% do total da população em Ao contrário, a proporção da população com 65 ou mais anos regista uma tendência crescente. De referir ainda que o ritmo de crescimento da população idosa é quatro vezes superior ao da população jovem. Pirâmide de Idades, Portugal In:

18 PIRÂMIDES DE IDADE Em muitas espécies as pirâmides de idades teóricas têm sido modificadas pelo Homem. Ex. resultado da malhagem das redes de 35 pesca SEX-RATIO Condiciona a reprodução e consequentemente a natalidade e a taxa de crescimento da população Nas populações poligâmicas, a proporção entre machos reprodutivos e fêmeas é desigual. Nestas populações, é mais importante o número de machos do que o de fêmeas para a geração seguinte. O tamanho global de uma subpopulação tem assim pouco significado, sendo mais importante o tamanho efectivo, Ne. Ne é igual ao número de adultos que contribuem com gâmetas para a geração seguinte

19 SEX-RATIO Tamanho efectivo, Ne Se os sexos estiverem em igual proporção e todos os indivíduos adultos tiverem igual probabilidade de produzirem descendentes, Ne é igual ao número de adultos reprodutores. Se um dos sexos estiver em menor proporção, então Ne é menor. Tamanho efectivo da população :50 40:60 30:70 20:80 10:90 64 Relação entre machos e fêmeas reprodutoras 36 (Adaptado de Primack, 2002) 37 POLIMORFISMO GENÉTICO Possibilita a adaptação das populações e a sua capacidade de resposta às alterações ambientais do meio. A selecção natural actua no sentido da obtenção de valores máximos das taxas de crescimento forte pressão da selecção melhor adaptação maior crescimento 38 19

20 Flutuações das populações flutuações regulares e periódicas: interanuais, sazonais O sucesso reprodutor do insecto Pieris brassicae é reduzido em diferentes escalas na mesma e entre várias posturas por: doenças nos adultos; parasitismo sobre adultos; predação; doenças das crisálidas; parasitismo sobre as crisálidas 39 Flutuações das populações flutuações irregulares em torno de valores médios Mosquito da malária boa capacidade de resistir às alterações ambientais negativas capacidade reduzida de aproveitar situações favoráveis 40 20

21 Flutuações das populações flutuações resultantes de explosões demográficas Crescimento da população de ovelhas introduzidas na Austrália. 41 Factores causadores das flutuações das populações Dependentes da densidade: Alimento disponível Competição Predação Parasitismo Doenças Independentes da densidade: Factores climáticos Factores genéticos: Selecção r e k 42 21

22 Factores dependentes da densidade ALIMENTO DISPONÍVEL AMPLITUDE DA VARIAÇÃO Crescimento da população do coleóptero Tribolium confusum em função da quantidade de alimento disponível. A quantidade de recursos alimentares disponíveis limita a densidade das populações. A disponibilidade de alimento é sobretudo determinante para as flutuações das populações de carnívoros. 43 Factores dependentes da densidade COMPETIÇÃO Saccharomyces Schizosaccharomyces Curvas de crescimento dos fungos Saccharomyces e Schizosaccharomyces em culturas puras e em culturas mistas. (in Krebs, 2001) 44 22

23 Factores dependentes da densidade PREDAÇÃO Crescimento de 2 populações - predador (Didinium nasutum) e presa (P. caudatum). 45 Factores dependentes da densidade PARASITISMO Flutuações típicas das populações de parasitas e hospedeiros

24 Factores dependentes da densidade DOENÇAS Quanto maior a densidade -maior a propagação Cultivo intensivo de enguias 47 Factores independentes da densidade homogeneidade/heterogeneidade do habitat 48 24

25 Factores independentes da densidade factores climáticos. Ex.: nevões, incêncios 49 Estratégias de reprodução Parâmetro Clima / Ambiente Mortalidade Sobrevivência Tamanho da população Estratégia r Variável ou imprevisível Catastrófica, independente da densidade Mortalidade juvenil elevada, relativamente constante para os indivíduos adultos (Tipo III) Variável, muito inferior a K. Ecossistemas não saturados com nichos ecológicos vazios. Estratégia K Relativamente constante ou previsível Dependente da densidade Sobrevivência até uma idade avançada, ou mortalidade constante (Tipo I ou II) Constante, próximo de K. Ecossistemas saturados. Adaptado de: Pité e Avelar,

26 Estratégias de reprodução Parâmetro Competição intraespecífica Características favorecidas Longevidade Estratégia r Variável, em geral fraca Desenvolvimento rápido Fecundidade elevada Reprodução precoce Tamanho pequeno Um único acto reprodutor Curta, inferior a um ano Estratégia K Em geral intensa Desenvolvimento lento Fecundidade baixa Reprodução tardia Tamanho grande Vários actos reprodutores Longa, superior a um ano Adaptado de: Pité e Avelar, Referências: Bolen, E. G. & Robinson, W. L. (1995). Wildlife ecology and management, 3 edition. Prentice Hall, New Jersey. Botkin, D. & Keller, E. (2003). Environmental Science. Earth as a living planet, 4 edition. John Wiley & Sons, New York. Krebs, C. J. (2001). Ecology. The experimental analysis of distribution and abundance, 5 edition. Benjamin Cummings, San Francisco. Pité, M. T. & Avelar, T. (1996). Ecologia das populações e das comunidades. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa. Primack, R. B. (2002). Essentials of conservation biology, 3 edition. Sinauer Associates Inc, Sunderland