Biologia 3. Ecologia

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1 Biologia 3 Ecologia 1

2 This document is published under the conditions of the Creative Commons Attribution License (abbreviated cc-by ), Version 2.5. This document is published under the conditions of the Creative Commons Attribution License (abbreviated cc-by ), Version 2.5. Este documento é publicado sob condições de criatividade comum Atribuição 2

3 I. Biologia 3, Ecologia Por: Dr. John Kiogora Mworia, University of Nairobi Vegetação alpina sobre Mt.Kenya John Mworia II. Pré-requisitos O estudante deve: - Ter o ensino secundário completo e nele ter feito biologia com introdução à ecologia. - Ter tido os requisitos mínimos exigidos para entrar no nível universitário. III. Duração 120 horas (mais 84 ) IV. Materiais Para completar com sucesso este módulo, o estudante deve ter acesso a um computador com conecção à internet. Serão necessários instrumentos simples para conduzir algumas actividades de campo. Alguns desses materiais incluem fita métrica, régua, fio, quadrante (1x1m), rede de arrasto, armadilhas e marcadores. Ostrich courtesy of John Mworia 3

4 V. Racionalidade do Módulo Neste módulo, o estudante vai aprender, por um lado, como é que os organismos interagem uns com os outros e, por outro, como eles interagem com o meio ambiente. Serão, também, abordados os conceitos ecológicos chave na organização dos organismos, crescimento e dinâmica das populações que constituem importantes componentes do curriculum da Ecologia no nível pré-universitário. O módulo é traçado para ser exposto usando ICT e no final, o estudante estará em condições para elaborar um curso relevante em Ecologia e levar a cabo futuros estudos em ciências ambientais. VI. Vista geral O módulo é constituido por 5 unidades e cada unidade contém pelo menos 4 actividades de aprendizagem. Primeiro, o estudante será introduzido à Ecologia, definindo os seus vários ramos e conceitos. A seguir, vai aprender como os organismos estão organizados dentro das populações e comunidades e os factores que regulam as suas mudanças ao longo do tempo. Os organismos interagem uns com os outros, de modo a afectar as suas populações. Portanto, neste módulo, estudar-se-ão os vários tipos relações entre populações e as suas implicações. Tendo percebido como os organismos se encontram organizados nos níveis de populações e comunidades, continuará a ver-se as suas interacções com o meio ambiente através de dois processos chave do ecossistema: o fluxo de energia e o ciclo dos nutrientes. A seguir, o estudante vai aplicar os conceitos de ecologia aprendidos para analisar a estrutura e o funcionamento das principais comunidades de vegetação de África. Para concluir este estudo, vai-se avaliar o efeito ecológico da actividade humana que leva à degradação do habitat caracterizado pela deflorestação, desertificação e pela perda da biodiversidade. Wildebeest Courtesy of John Mworia 4

5 6.1 Resumo Unidade Número de horas 1. Introdução aos conceitos de ecologia Ecologia das populações Ecologia das comunidades Ecologia dos ecossistemas Conservação dos recursos naturais Organograma Ecologia Conceitos de ecologia Ecologia - Populações Ecologia - Comunidades Ecologia - Ecossistemas Conservação Rec. Naturais 5

6 VII. Objectivo(s) Geral(ais) Para atingir os objectivos específicos alistados no parágrafo seguinte, subdividiu-se o objectivo geral em 3 pontos, nomeadamente: a. Conceitos básicos em ecologia das populações e comunidades; b. Contribuição dos factores ambientais na distribuição das espécies; c. Princípios básicos de conservação dos recursos naturais. Ecology students courtesy of John Mworia VIII. Objectivos específicos de aprendizagem Unidade 1: Introdução a conceitos ecológicos Quando terminar esta unidade, o estudante deverá ser capaz de: Definir Ecologia como ciência e descrever os seus ramos; Identificar as componentes chave do ambiente abiótico e biótico; Compreender como as principais componentes ambientais tem influência na distribuição das espécies. Unidade 2: Ecologia das populações Quando terminar esta unidade, o estudante deverá ser capaz de: Compreender os princípios básicos da selecção natural e especiação; Conceitualizar e explicar os modelos matemáticos que descrevem o crescimento das populações; Descrever os diferentes tipos de interacções entre as populações, incluindo a competição, a predação e a simbiose. 6

7 Unidade 3: Comunidade ecológica Quando terminar esta unidade, o estudante deverá ser capaz de: Descrever a estrutura de uma comunidade; Descrever os diferentes estágios da dinâmica de uma comunidade; Caracterizar a estrutura e as adaptações das principais comunidades de vegetação em África. Unidade 4: Ecossistema Quando terminar esta unidade, o estudante deverá ser capaz de: Articular factores que influenciam a produção primária terrestre e aquática; Explicar o conceito de nível trófico num ecossistema; Descrever o processo do ciclo dos nutrientes nos ecossistemas terrestres. Unidade 5: Conservação dos recursos naturais Quando terminar esta unidade, o estudante deverá ser capaz de: Definir biodiversidade e enumerar os índices da sua medição; Resumir as formas comuns de degradação de habitats em África e os seus métodos de restauração; Indicar os processos de desertificação e de aquecimento global. IX. Actividades de ensino e aprendizagem 7

8 9.1 Avaliação de conhecimentos sobre Ecologia Racionalidade: A aprendizagem efectiva depende do que já se sabe sobre a disciplina antes de se tentar adquirir novos conteúdos para o nível seguinte. Assim sendo, de seguida, o estudante vai fazer um mini-teste para avaliar os seus conhecimentos em relação ao conteúdo deste módulo. QUESTÕES 1. O termo população, quando aplicado em ecologia, refere-se a: a) qualquer indivíduo de uma espécie numa determinada área; b) muitos indivíduos de diversas espécies em várias áreas; c) todos indivíduos encontrados numa determinada área; d) todos indivíduos de uma espécie encontrados numa determinada área. 2. Comensalísmo é uma relação entre dois organismos onde: a) ambos organismos têm benefícios resultantes da relação; b) ambos organismos têm prejuízos como resultado da relação; c) apenas um se beneficia da relação, enquanto que o outro não é afectado; d) um se beneficia da relação enquanto que o outro é prejudicado. 3. As plantas requerem nutrientes. Que grupo de nutrientes são classificados como macronutrientes? a) Aqueles que são extraídos do solo. b) Aqueles que são armazenados no cáule. c) Aqueles que são necessários em grandes quantidades. d) Aqueles que são perdidos através da excreção de grande quantidades. 4. Em ecologia, qual é o significado do termo cadeia alimentar? a) Uso da radiação fotossintenticamente activa (RFA) na produção de alimentos. b) Ilustração da transferência do alimento a partir dos produtores primários. c) Estágios pelos quais os nutrientes passam antes de serem usados. d) Ilustração do movimento da água dentro de um ecossistema. 5. Quais dos seguintes factores não têm efeito no crescimento das plantas? a) Quantidade de nutrientes na troposfera. b) CCC. c) Quantidade de água no solo. d) Concentração de dióxido de carbono na atmosfera. 6. Quando é que os ecologistas consideram que uma espécie está extinta? 8

9 a) Quando já não se pode encontrá-la na floresta. b) Quando restam menos de 10 indivíduos. c) Quando a espécie emigra do seu habitat natural. d) Quando a espécie já não existe mais na terra. 7. No âmbito do corpo de água eutrófico, qual das afirmações está correcta. a) Ter magnesium como único nutriente; b) Ser podre em nutrientes; c) Ter cálcio como único nutriente; d) Ser rico em nutrientes. 8. Em ecologia, qual o significado do termo produção primária bruta? a) Produção primária total por ano. b) Produtividade primária bruta mais a energia usada na respiração. c) Produtividade primária bruta por dia. d) Produtividade primária bruta menos a energia usada na respiração. 9. Qual é a importância dos restos vegetais no ciclo de nutrientes? a) Os restos vegetais não desempenham nenhuma função. b) Os restos vegetais agem como acumuladores de nutrientes. c) Os restos vegetais transferem os nutrientes das plantas para o solo. d) Os restos vegetais transferem os nutrientes das plantas para as folhas. 10. A diversidade de espécies numa área refere-se a(o): a) Total do número de indivíduos numa área; b) Média do número de espécies numa área; c) Total de espécies numa área; d) Total do número de indivíduos de uma determinada população. 11. Um animal que manifesta um comportamento territorial significa que: a) não tem um habitat; b) defende parte da sua população; c) está confinado a um habitat; d) não migra para outros habitats. 9.2 Chave de respostas 9

10 1.D: A palavra população refere-se a todos indivíduos de uma espécie numa determinada área. 2.C: Apenas um se beneficia da relação, enquanto que o outro não é afectado. 3.C: Alguns macronutrientes incluem Nitrogénio enquanto que os micronutrientes são aqueles requeridos em quantidades pequenas. 4.B: Um exemplo de uma cadeia alimentícia seria capim antílope leão. 5.A: A troposfera é a camada externa da atmosfera através da qual as plantas não tem nenhum acesso. 6. D: Uma espécie é extinta quando não existe nem no cativeiro nem na selva. 7. D: Eutróficos são corpos de água que têm altas quantidades de nutrientes, especialmente como resultado de poluição agrícola ou industrial. 8. D: Produção primária total é a energia total capturada, enquanto produtividade líquida primária é aquela que resta depois da respiração. 9. C: Quando o lixo cai é decomposto e liberta nutrientes no solo. 10. C: Quando se considera a diversidade como o número total de espécies é crítico. 11. D: Comportamento territorial ocorre quando um animal ou grupos de animais defendem uma secção da área onde habitam. Comentários Pedagógicos para os estudantes A pré-avaliação foi elaborada a partir dos conteúdos de biologia do nível secundário. A área da dinâmica das comunidades que foi testada na questão 7 é muito abrangente e espera-se que tenha sido abordada, exaustivamente, no nível secundário. Se o estudante conseguir um resultado abaixo de 60% de respostas correctas, recomenda-se que faça revisão dos conteúdos pré-universitários antes de dar seguimento a este módulo. X. Conceitos Chave (Glossário) ESPÉCIES Uma população que constitui o grupo de indivíduos reprodutivamente compatível. POPULAÇÃO Um grupo de indivíduos pertencentes a mesma espécies numa determinada área geográfica. COMUNIDADE Grupos de populações em interação numa dada área. 1

11 ECOSSISTEMA Conjunto de comunidades de organismos e de factores bióticos e abióticos que se envolvem e interagem com as comunidades. PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA Taxa através da qual a matéria orgânica é produzida ou, através da fixação de energia radiante ou, através da fotossíntese por unidade de área e por unidade de tempo. DIVERSIDADE BIOLÓGICA / BIODIVERSIDADE Riqueza das espécies ou número de espécies e sua variação genética. FAUNA Termo que se refere a todos animais que existem numa determinada área. FLORA Plantas ou formas bactérias existentes numa determinada área. EDÉMICA Uma taxa ou espécies que está restrita à uma certa zona geográfica e que pode não ser encontrada em qualquer outro lugar. Assim, essas espécies serão ditas edémicas a essa área. BIOTA Conjunto de organismos vivos numa área especifica. A Biota inclui tanto as plantas como os animais. PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA BRUTA Toda matéria orgânica produzida (incluindo aquela usada na respiração) numa unidade de área por unidade de tempo. SUCESSÃO 1

12 Este é um processo de desenvolvimento rápido ou gradual de uma comunidade vegetal em substituição à outra. A comunidade pioneira modifica o habitat tornandoo acessível para invasão por outras que eventualmente a substituam. CONSERVAÇÃO É a gestão dos recursos naturais destinada a restauração e manutenção dos balanço entre as necessidades humanas e as necessidades de outras espécies. A conservação pode ser focalizada a uma espécie individual, à ecossistemas, aos biomas ou até mesmo à biosfera. XI. Leituras Obrigatórias XII. Recursos Multimédia XIII. Links Importantes 1

13 XIV. Actividades de aprendizagem Título: Introdução ao conceito de ecologia Objectivos específicos (1) Definir Ecologia e descrever os respectivos ramos; (2) Identificar as principais componentes do meio biótico e abiótico; (3) Compreender como é que as principais componentes da ecologia influenciam a distribuição das espécies. Sumários das actividades de aprendizagem Nesta actividade, primeiro é ilustrada uma introdução do tópico, na qual se aborda a conceitualizaçao de ecologia e os seus ramos, as componentes do meio ambiente e conceitos básicos de ecologia. O estudante deverá fazer uma série de actividades que o ajudarão a compreender melhor o tópico. A unidade está organizada da seguinte forma: 1.1 Introdução ao conteúdo o que é ecologia níveis de organização ramos da ecologia conceitos básicos 1.2. Acesso a internet: leia mais sobre Biomas 1.3. Trabalho escrito: efeito da distribuição desigual do calor na distribuição das espécies 1.4. Trabalho de campo: fazer um exercício de classificação das formas de vida dentro uma comunidade natural Conceitos fundamentais Ecologia é definida como a ciência que trata das interrelações entre animais, plantas e o ambiente. Níveis de organização de organismos coprrespondem ao indivíduo, a população e a comunidade. 1

14 Os principais ramos de ecologia podem ser amplamente divididos em quatro categorias: 1. Ecofisiologia, Ecologia das Populações; 2. Ecologia da Comunidade; 3. Ecologia de Ecossistema e 4. Ecologia de Paisagem. O ecossistema é um sistema em interação, que inclui a comunidade de organismos e o seu ambiente físico não vivo. As componentes do ambiente podem ser divididas em bióticos e abióticos. Componentes de físico-químicos do ambiente influenciam a distribuição das espécies e sua diversidade, através dos seus efeitos no crescimento e funcionamento das plantas. Forma e estrutura dos seres vivos estão altamente correlatadas às suas adaptações para o ambiente. Palavras chave: Sinecologia, Auto-ecologia, Ambiente, Ecossistema, Bioma, Forma de Vida. Lista de leituras Compulsórias 1

15 1.1 Introdução ao conteúdo O que é ecologia? Já deve ter observado que muitos animais, incluindo o homem, dispõem das plantas para o seu alimento, e outros usam-nas como seus abrigos. Do mesmo modo, já deve ter visto reportagens do efeito do gado overstocking ou muitos animais numa determinada área que contribuem para a erosão ou degradação dos solos. Assim, denomina-se Ecologia à ciência que lida com as interacções de animais e plantas dentro do seu ambiente natural. Estas interacções afectam a abundância e distribuição dos organismos. O termo ecologia é derivado das palavras oikos que significa casa ou habitat e logo que significa estudo (estudo dos habitats) Níveis de organização No estudo sobre a ecologia verá que os organismos estão organizados em 3 principais níveis que podem ser sucintamente abordados como indivíduo, população e comunidade. (a) O indivíduo é a unidade fundamental das populações, comunidades, ecossistemas e biomas. (b) Uma população é composta por todos os membros de uma espécie unida que ocupa uma área particular. (c) Uma comunidade biológica é formada por todas as populações de diferentes espécies de organismos que coexistem numa determinada área Ramos de ecologia A ecologia é muito vasta e é considerada como uma disciplina multi-disciplinar, uma vez que abrange as diferentes interacções de um organismo com o seu ambiente, o que necessita do complemento de informações que são fornecidas por outros ramos de ciências tais como geografia, meteorologia, ciência do solo, etc. No entanto, os ramos da ecologia podem ser descritos como: (a) Ecofisiologia (ou Fisiologia ecológica) quando se refere apenas às plantas; (b) Autoecologia ou ecologia das populações quando concentra-se numa espécie, ou seja, lida apenas com aspectos como tamanho e dinâmica da população, o comportamento reprodutivo e sua especiação. (c) Ecologia das comunidades ou Sinecologia concentra-se no estudo ao nível de uma comunidade. Incorpora muitos ramos, alguns dos quais incluem a 1

16 paleoecologia que estuda as comunidades vegetais ao longo das eras geológicas passadas e a dinâmica que está nas mudanças ao longo do tempo. (d) Ecologia dos ecossistema, aqui os ecologistas estudam os processos que envolvem as comunidades e o meio ambiente, como o ciclo de nutrientes e o fluxo de energia. (e) Ecologia Paisagística é a mais vasta área da ecologia e foca as inter-relações e processos que ultrapassam os ecossistemas Conceitos básicos de Ecologia Ecossistemas O conceito ecossistema é o centro dos estudos sobre a ecologia. Ele abrange o estudo de uma comunidade e a sua interrelação com o seu ambiente. Um ecossistema, portanto, inclui interacções entre os organismos de uma comunidade assim como, as interacções entre organismos e seu ambiente físico. Um ecologista do ecossistema pode por exemplo, estudar a relação entre a salinidade do solo e a distribuição das espécies num pântano. Desta forma, o pântano será considerado como sendo um ecossistema. Qual é o tamanho de um ecossistema? Um ecossistema pode ter tamanhos muitos variáveis, por exemplo, uma floresta pode ser estudada como um ecossistema. Existem dois processos importantes que ligam as componentes de um ecossistema, que são o fluxo de energia e o ciclo de nutrientes num ecossistema. No curso deste módulo, far-se-a um estudo detalhado de cada uma das componentes e dos processos de um ecossistema. 1

17 Biomas e Biosfera O bioma, na ecologia terrestre, é o nível seguinte de organização acima da comunidade e do ecossistema. O bioma é extenso e corresponde a regiões relativamente distintas, caracterizadas por uma particular combinação de solos, plantas, animais e clima, por isso as suas características devem ser abrangentes. Os limites de um bioma, largamente, coincidem com os limites de um determinado tipo de clima, sendo a temperatura e a precipitação os mais importantes determinantes nesta delimitação. Por exemplo, a temperatura é o mais importante factor de delimitação nas regiões em direcção aos pólos, enquanto que a precipitação é mais importante nas regiões temperadas e tropicais. A seguir, apresenta-se uma lista dos tipos de Biomas e suas principais características : Tundra (o bioma predominante do Norte) Ela existe na latitude mais a Norte e está exposta a invernos longos e intensos e verões curtos. É dominado por musgos, líquenes, capim e sedges. Taiga Esta está a Sul da Tundra e é dominada por coníferas. É também referida como floresta limitífora. Constitui uma larga área sempre verde no Norte da América e Europa. As plantas dominantes são os abetos vermelhos e os pinheiros. Floresta Tropical Temperada Este bioma consiste numa floresta coerente que ocorre nas latitudes intermediárias onde a precipitação anual é elevada, o tempo é fresco e o nevoeiro, denso. Floresta Decíduas Temperadas Aqui os verões são muito quentes, os invernos são breves e a precipitação anual é mm. Este bioma é dominado por uma densa copa de folhas largas com uma vegetação rasteira de rebentos e arbustos. 1

18 Pradarias Temperadas Este bioma ocorre nas latitudes intermediárias, onde a precipitação é moderada. A vegetação dominante é o capim. A pradaria temperada é também referida, apenas, como pradaria no Norte da América, estepe na Euroásia e veld no Sul de África. Chaparral Este bioma pode ocorrer em ambientes temperados com bastante precipitação, combinada com invernos moderados e verões secos. Este é tipicamente chamado clima do Mediterrâneo mas que, também, ocorre em outros lugares do mundo. É caracterizado por arbustos densos perenes e árvores pequenas. Desértico Este bioma ocorre onde há uma precipitação muito reduzida. Os desérticos ocorrem em todos os continentes, principalmente ao longo dos trópicos de Capricórnio e de Câncer. O desértico de Saara é o maior do mundo, enquanto que o desértico de Atcma, no Chile, é o mais seco. Savana Este bioma é caracterizado por ter árvores espalhadas e nele predominam as gramíneas tropicais. A África possui a maior porção de savana mas ela, também, é encontrada na América do Sul, Austrália e Índia. A savana africana é rica em vida selvagem e é largamente usada pelas comunidades pastorícias. Floresta tropical Este bioma, geralmente, ocorre onde as temperaturas são amenas ao longo do ano e a precipitação é elevada e distribuída uniformimente. Os solos são pobres em nutrientes e a maioria das árvores com flores são perenes. Pradarias dos Alpinos Estes estão associados ao clima do topo das montanhas altas. Como vermos na unidade 3.0, o clima nesta região é desafiador para as plantas como consequência de baixas temperaturas, radiações de ondas curtas penetrantes, entre outros factores. Eles ocorrem na Nova Guine, no Leste de África, na América do Sul, na estepes do planalto Tibetano e noutros habitats similares no mundo. 1

19 Nota: Neste modulo, com mais detalhes na unidade 3.0, estudar-se-a a estrutura e função das principais comunidades de plantas em África. 2.1 Acesso o internet: Leia mais sobre biomas Visite as referências abaixo fornecidas: WWF. (2006). Habitats. Retrieved September 2006 from news_facts/education/university/habitats/index.cfm (Read section on terrestrial habitats). Wikipedia. (2006). (read sections on Tundra, Taiga and Rainforests). Livros Odum E.P. & Barrett, G. W. (2007). Fundamentos de Ecologia. 5ª Ed. Thomson Learning. São Paulo. Pag Auto-avaliação 1. Qual é a tendência da fertilidade dos solos ao longo dos biomas? 2. Qual a tendência de biodiversidade? 3. Existe alguma relação entre a latitude, a temperatura e a precipitação? 1

20 Biosfera A biosfera é constituída por todas as comunidades da terra, o que inclui todos os organismos. Ela interage com a atmosfera, a hidrosfera que é a água da terra, e a litosfera que é constituída pelo solo e pelas rochas. Componentes Abióticos e Bióticos do meio ambiente Certamente já ouviu falar do termo ambiente, amplamente usado em diferentes situações. Este termo, simplesmente, refere-se ao meio em volta. É, portanto, um complexo contituído por diversos factores que não interagem apenas com os organismos mas, também, entre sí. O ambiente inclui aspectos da terra e do clima e é de grande importância para um ecologista porque influencia crescimento e o desenvolvimento das plantas e, por conseguinte, determina sua distribuição e abundância. Pode-se dividir o meio ambiente em duas componentes principais: Físico-químico e Biológico. Algumas componentes do ambiente são abaixo descriminadas: Ambiente Físico-químico Radiação Temperatura Água superficial e subterrânea Gases e Vento Nutrientes do solo Geologia Topografia Ambiente Biológico Fauna e Flora Árvores, Capim e arbustos Decompositores Aves, répteis e mamíferos Parasitas Simbióticos Influência dos factores ambientais na distribuição das plantas A maioria dos factores ambientais físico-químicos, listados acima, podem influenciar a distribuição e abundância das plantas. Nesta secção, discutir-se-a, de forma breve, o efeito da temperatura na distribuição e abundância das plantas (referências para os outros factores, especialmente radiação, água e topografia, encontrará na secção de leitura). 2

21 Temperatura Temperatura é uma indicação da quantidade de energia calorífica no sistema. A temperatura relaciona-se, de perto, com a radiação porque uma grande porcentagem de radiação solar absorvida pelas plantas (>70%) é convertida em energia calorífica. As plantas, ao contrário dos humanos, não podem regular efectivamente a sua temperatura, consequentemente tendem a assumir a temperatura do ambiente. Assim, elas são designadas Poicotérmicas ou Organismos Ectotérmicos. Por outras palavras, a temperatura do seu corpo muda com a variação da temperatura do ambiente. Plantas em condições de temperatura diferentes terão diferentes tipos de adaptações. Por exemplo, algumas plantas das zonas alpinas, nas montanhas altas, têm troncos cobertos por uma camada densa de folhas secas, mortas, para isolar os seus tecidos internos. Na unidade 3 ver-se-á, com mais pormenores, as adaptações das plantas às várias temperaturas. Desta forma, a temperatura tem uma forte influência no crescimento e funcionamento das plantas, regulando as taxas dos numerosos processos físicos e bioquímicos, como a transpiração, a fotossíntese, a respiração e outros processos metabólicos. Normalmente, o crescimento das plantas é inibido rapidamente à temperaturas de 0 C e aumenta rapidamente com a elevação de temperatura até um intervalo óptimo de C. Acima do intervalo óptimo de temperaturas, a taxa de crescimento começa a nivelar-se e, consequentemente, começa a diminuir. 3.1 Trabalho escrito: Efeito da distribuição desigual do calor na distribuição das espécies O estudante executará esta tarefa escrita com base no material fornecido na actividade aprendizagem 1.1 e nas referências abaixo indicadas: Douglas, A. K. (2004). Climatic determinants of global patterns of biodiveristy.in P.Moyle & D. Kelt (Eds.), Essays of wildlife conservation Retrieved September 20, 2006 from (Read sections; Introduction, 2

22 Earth s seasons, Why does it rain so much in the tropidcs, and Why are deserts generally located at about 30 latitude?) Wikipedia. (2005).Intertropical Convergence Zone. Retrieved September 20, 2006 from Wikipedia. (2005). Low pressure. Retrieved September 20, 2006 from Tarefa: Escreva uma composição ( palavras) intitulada Efeitos de distribuição desigual de calor na distribuição das planta e da diversidade. Em sua composição, certifique-se que vai abordar os seguintes assuntos: 1. Natureza de radiação solar, sua composição e como as suas porções alcançam a troposfera da terra; 2. Causas da distribuição desigual de calor no globo; 3. A Inter-zona de Convergência tropical (ITCZ) e sua influência no padrão de chuvas em África - chuva unimodal e chuva de bimodal. Classificação das formas de vida As adaptações para as condições ambientais são reflectidas, principalmente, através da forma e da estrutura da matéria viva. O estudo da forma e da estrutura das comunidades vegetais naturais é designa-se Fisionomia. Nas secções anteriores, abordaram-se as condições ambientais extremas predominantes nos diferente biomas. Há muitos tipos de sistemas de classificação de plantas por exemplo, classificação do habitat, classificação funcional, etc. Porém, nesta actividade concentraremo-nos, apenas, no que une a fisionomia ao clima. Batize Raunkiaer, um botânico Dinamarquês, usou as formas de crescimento que tinham algum valor adaptativo, como meios quantitativos para relacionar a estrutura da vegetação com o clima. Essa técnica é agora referida como formas de Vida. De salientar que, Raunkiaer usou um único princípio característico, a altura do tecido de perene da superfície do solo. O tecido perene é definido como sendo o tecido embrionário (meristemático) que permanece inactivo durante os efeitos ambientais adversos (inverno e estação seca) e depois retoma crescimento com o 2

23 retorno das condições favoráveis (primavera, verão ou estação chuvosa). São incorporados neste tipo de tecidos os brotos, as sementes, os rizomas, o tubérculo, os bolbos, etc. O que significa que, a posição que o indivíduo vê a flor ou fruta é uma indicação da altura do tecido perene. Sabe-se que, os órgãos perenes tornam possível a sobrevivência das plantas durante estações climáticas desfavoráveis, assim o local deste tecido é uma característica essencial da adaptação da plantas para clima específico. Quanto mais severo for o clima, menor é a probabilidade das espécies de plantas terem brotos longe da superfície do solo, onde estarão completamente expostos ao frio ou efeito secante da atmosfera. Isto quer dizer que, as espécies com órgãos perenes expostos serão mais resistentes em climas húmidos e pouco quentes, do que em climas frios ou secos. Por outro lado, as adaptações para o clima de inverno ou estação seca com intensidade variada são alcançadas através de formas de vida onde os órgãos perenes são enterrados ou formados próximos do solo. O caso extremo é representado por plantas anuais que só sobrevivem sob formas altamente resistentes de sementes dormentes. Observe-se, de seguida, as principais categorias de forma de vida desenvolvidas por Batize Raunkiaer: Fanerófitos plantas aéreas com os órgãos de perenes (brotos) acima de 25cm sobre o solo, por exemplo, árvores, arbustos e trepadeiras. Epífitos plantas aéreas sem raízes no solo e suportadas por outras árvores e arbustos, em alguns casos são parasitas. Hemicriptófitos estas são ervas perenes e gramas com o tecido perene sobre, ou, imediatamente debaixo da superfície do solo. Caméfitos estes são arbustos pequenos ou anões, ervas, musgos ou samambaias com 0-25cm de broto de perenes do solo. Criptófitos plantas com brotos perenes no subsolo ou debaixo da água. 2

24 Terófitos estas são anuais ou efémeras que sobrevivem em estações desfavoráveis como sementes. Por exemplo gramas sazonais. Após classificar as plantas numa comunidade particular, o estudante deverá desenvolver um espectro de forma de vida. Quando converter os números das espécies em cada uma das formas de categorias de vida duma comunidade ou área geográfica em porcentagens, então, terá um espectro de forma vida. 4.1 Trabalho de campo: classificação das formas de vida Nesta fase, o estudante deverá conduzir uma prática com vista a ganhar habilidades para relacionar os factores climáticos ao tipo de vegetação. Procedimentos: 1. Identifique, na sua área, um local com vegetação natural, ou seja, um local que não tenha sido muito perturbado. Perturbação aqui significa abate de árvores ou prática de Agricultura. 2. Caminhe pela área e identifique todas as espécies que não as conheças e, a seguir, nomeie-as usando símbolos apropriados. Não conte uma espécies mais do que uma vez. 3. Coloque a cada espécie na respectiva categoria de forma de vida. Para a maioria das espécies, a forma de vida pode ser determinada através da observação directa da sua altura e posição dos brotos perenes ou da flor. 4. Tabue seus resultados, com vista a mostrar o total de espécies em cada categoria de vida e, então, ilustre-os em forma de percentagem (por exemplo, se identificar 10 ervas anuais que são Therophytes, o número de total de espécies será de 40, categoria de forma de vida, leitura 25). 2

25 5. Por fim, preencha os seus resultados na tabela que se segue: Forma de vida relação com Formas de vida clima F C H Cr t Características Tua área F= Fanerófitos C= Caméfitos Hemicriptófitos Cr= Criptófitos T= Terófitos Questões: 1. Usando seus dados e os dados apresentados na tabela acima, identifique qualquer relação entre as variáveis ambientais e o tipo de vegetação. 2. Em que bioma se enquadra a tua área? 3. Em que área esperaria ter maior frequência de Fanerófitos, Terófitos, e Hemicriptófitos? 2

26 Actividade 2 Tema: Ecologia das populações Objectivos específicos de aprendizagem O estudante deverá ser capaz de: Compreender os princípios básicos de selecção natural e especiação; Explicar os modelos conceituais e matemáticos que descrevem o crescimento da populações; Descrever os diferentes tipos de interacções entre populações incluindo competição, predação e simbiose. Resumo das actividades de aprendizagem Nesta actividade, far-se-à apresentação do tópico ao estudante, explicando as teorias de selecção natural, especiação, crescimento da população e interacção entre as populações. O estudante levará a cabo várias actividades que o ajudem entender o tópico. As actividades que levará a cabo estão organizadas da seguinte forma: 2.1 Introdução para o conteúdo Selecção natural Especiação Crescimento populacional Interacções entre as populações 2.2 Estudo de caso: Acesso à Internet para rever a selecção natural dentro de peppered moth. 2.3 Aplicação dos conhecimentos: Use um caso hipotético de tartarugas para predizer os efeitos de mudança ambiental na especiação. 2.4 Listagem e resolução dos problemas: Que barreiras conduzem ao isolamento genético? 2.5 Estudo de caso: Aceder a internet para rever o que é simbiose e sua ligação a evolução. Conceitos fundamentais 2

27 Selecção natural é o processo que conduz uma população para a adaptação ao seu ambiente. Este conceito moderno enfatiza mais a reprodução de diferencial bastante do que a sobrevivência. Existem 3 tipos de selecção natural, nomeadamente: selecção estabilizadora, selecção direccional, e selecção diversificadora. Especiação acontece quando uma secção da população é isolada por um longo período de tempo e diversifica-se suficientemente, por forma a que se considere uma espécie distinta. Barreiras de isolamento estas conduzem à especiação e podem ser motivadas por um isolamento genético, um isolamento geográfico, ou por diferentes extremidades climáticas. Modelo de crescimento exponencial descreve o crescimento da população na ausência de limitações de recursos. O modelo de crescimento logístico descreve o crescimento de uma população com presença de um factor limitante. A densidade de equilíbrio é K ou a capacidade de carga que não pode ser excedida sempre. Interacções entre as espécies podem ser classificadas em competição, predação e simbiose. Mais adiante, as relações simbióticas podem ser classificadas em amensalísmo, mutualismo, parasitísmo e comensalísmo. Palavras chave Selecção natural, Especiação, Crescimento populacional, Simbiose. 2.1 Introdução ao conteúdo Nesta actividade, o estudante estudará os conceitos fundamentais de ecologia da população. Primeiro, abordar-se-à selecção natural, que é o processo que assegura que organismos individuais com características favoráveis tenham mais probabilidades de sobreviver e de reproduzir do que aqueles com características desfavoráveis. Focará-se a teoria de especiação, que é o processo que conduz ao desenvolvimento de novas espécies. 2

28 O tamanho de uma população não é estático, portanto observar-se-ão os modelos de crescimento da população. Para concluir a actividade de aprendizagem, o estudante aprenderá os tipos de inter-relações que existem entre populações: competição, predação e simbiose Selecção natural A teoria de selecção natural foi avançada por Charles Darwin em 1859, no seu livro intitulado Na origem de espécies por meio de Selecção Natural ou a Preservação de Raças desfavorecidas na Luta pela Vida. Ela constitui, basicamente, o processo que resulta na adaptação de uma população ao ambiente biótico e abiótico. Darwin descreveu selecção natural como processo por qual indivíduos bem adaptados são seleccionados em detrimento daqueles que estão mal adaptados, através de processos naturais. O centro do conceito é que os indivíduos ou espécies bem-adaptadas sobrevivem para reproduzir e contribuir em prol do gene da população, o que significa que só os mais fortes sobrevivem. A sobrevivência dos mais fortes é manifestada através da competição por recursos críticos, essenciais para a sobrevivência de um indivíduo. De salientar que, a selecção natural ocorre dentro e entre espécies que compartilham o mesmo espaço ou recurso. O conceito moderno de selecção natural enfatiza a reprodução de diferencial no lugar de sobrevivência de diferencial. Nesta visão, os factores que tem influência sobre as diferenças no sucesso reprodutivo ou no número de descendência sobrevivente contribuem para selecção natural das espécies. Desta forma, os factores que contribuem para a reprodução de diferencial são sobrevivência, longevidade (palmo de vida), fertilidade, competição, selecção sexual (por meio das quais, em algumas espécies, a fêmea pode produzir machos em tempos bons e mais fêmeas em tempos maus). Outros factores incluem padrões de comportamento tais como habits restringidos ou alimentação selectiva. Operacionalização da selecção natural Os indivíduos duma determinada população são únicos, excepto quando um zigoto (ovo fertilizado) se divide para produzir gémeos idênticos ou há multiplicação por meio de clones. Assim ocorre a diversidade genética dentro da população de algumas espécies, requisito essencial para a efectivação da selecção natural. 2

29 A Selecção natural ocorre quando uma pressão selectiva, como por exemplo a condição ambiental que selecciona certas características, favorece a alguns indivíduos em detrimento de outros.. Tipos de selecção Natural Existem 3 tipos de selecção natural, nomeadamente a selecção estabilizadora, a selecção direccional e a selecção divergente. Selecção estabilizadora Esta age contra variantes extremas, favorecendo o fenótipo intermediário. Este tipo de selecção reduz a variação e melhora a adaptação de uma população em relação aos aspectos do ambiente que permanecem relativamente constantes (Blake et al.2002). Por exemplo, estudos mostraram que a taxa de mortalidade de bebés humanos tende a ser alta em bebés que pesam 1.5kg e 4.5kg, e que o bom peso de nascimento é de 3.4 kg. Selecção direccional Esta é comum quando ocorre em mudanças ambientais. Este tipo de selecção natural favorece os fenótipos de um extremo sobre o outro e resulta numa curva de distribuição de fenótipos que variam naquela direcção (Blake et al. 2002). Por exemplo, a troca de selecção direccional que ocorreu no cavalo, uma vez que, este evoluiu do tamanho de um cão adaptado para florestas, para o seu tamanho actual adaptado para o capim. Selecção divergente (Disruptiva) Ocorre quando os extremos de fenótipos diferentes são parentes favorecidos para fenótipos intermediários. Um bom exemplo disso são as mudanças adaptáveis em forma de corpo, como se verifica em insectos de vara (Praying mantis) e borboletas Especiação A dispersão da descendência faz com que, com o passar do tempo, as plantas e animais mudem de localização da sua descendência. É possível que possam ser isoladas numa secção ou várias secções da população por muitas gerações. Por conseguinte, a secção isolada da população torna-se adaptada ao seu ambiente e isto conduz à formação de espécies que exibem adaptações e características fenotípicas locais, conhecidas como raças. 2

30 De salientar que, as populações que estiveram isoladas por muito tempo podem divergir, suficientemente, de modo a que se tornem espécies distintas e, portanto, não podem se cruzar com a população original. As formas de barreiras incluem, primeiro, o isolamento genético que poderia estar presente devido a falta de padrões de compatibilidade. Segundo, as barreiras geográficas como oceanos, montanhas que separam partes de uma única população. E, em terceiro lugar, as grandes diferenças de temperatura ou humidade entre áreas e grandes mudanças de climas, geralmente, entre húmidos e secos ou frios e quentes Crescimento da população As populações de organismos vivos, incluindo dos seres humanos, são dinâmicas: elas variam constantemente. Que processos são relevantes para a variação do tamanho de uma população? O crescimento da população será abordado em duas situações. (a) A primeira é uma situação hipotética de população que cresce com todos os recursos disponíveis, sem nenhum tipo de limitação; (b) A segunda é a situação hipotética do crescimento de uma população com recursos limitados. (a) Crescimento ilimitado da população Os processos fundamentais do crescimento da população incluem, por um lado, o nascimento e a imigração (movimento de indivíduos para a população) e ambos conduzem à sua expansão em tamanho. Por outro lado, a morte e emigração (movimento para fora da população). Estes factores podem ser expressos numa equação como: Taxa de Crescimento Taxa de Nascimento Imigração _ Taxa de Mortalidade Emigração Tamanho da População As taxas de nascimento e de mortalidade são frequentemente chamadas de taxas vitais da população. Por conseguinte, a taxa de crescimento líquido é igual à taxa de natalidade menos o índice de mortalidade. Expressões simples das taxas vitais 3

31 (a) taxa de nascimento, b = Número de nascimentos por unidade tempo / média da população. (b) taxa de morte, d = número de mortes por unidade de tempo /média da população. (c) taxa de Crescimento, r = número de nascimentos - número de mortes / média da população num intervalo de tempo. A mudança actual em número da população (rn) durante certo período de tempo ( t) é igual rn. Se r fosse constante, o crescimento de população seria exponencial (veja Figura 1a) Figura 1a: mostra que a população poderia crescer mais, se os recursos fossem ilimitados. Figura 1b: mostra como uma população poderia crescer onde os recursos alimentares fossem limitados. O modelo de crescimento exponencial permite fazer os cálculos das taxas de crescimento da população que não segue a fissão binária simples. A equação para este modelo pode ser descrita da seguinte forma: N t = N 0 (e rt ). Nela e = base de logaritmos natural (= 2.718) e r = uma constante para uma população particular sob condições ambientais específicas. O valor de r é diferente para todas espécies e é conhecido como o potencial de biótico ou a taxa intrínseca de aumento natural de uma população num bom 3

32 ambiente para as espécies. A taxa intrínseca de aumento natural (r) pode ser facilmente calculada quando as taxas de natalidade e de mortalidade são conhecidas, por exemplo, se uma população tem natalidade =0.028 e mortalidade =0.008 então r = por ano = 0.02 por ano. Nenhuma população pode crescer exponencialmente por um longo período. O r nunca é constante porque é a diferença entre os índices de nascimento e de mortalidade, pelo que as mudanças podem resultar da variação dentro de qualquer uma ou de ambas taxas. (b) Crescimento limitado da população Para muitos organismos, as taxas de natalidade e de mortalidade relacionam-se com a densidade da população. Se a densidade for alta, a taxa de natalidade é baixa, por causa da nutrição inadequada e de outros factores associados à aglomeração. Assim, a população tenderá a crescer exponencialmente no princípio, mas encontrará um factor que irá limitar o seu crescimento exponencial. O crescimento da população decresce e pode, eventualmente, estabilizar num tamanho de população bastante constante dentro de um certo intervalo de flutuação. Este modelo ajusta-se ao modelo de crescimento logístico (veja figura 1b). O modelo de crescimento logístico é caracterizado por uma densidade em equilíbrio ou por uma capacidade de carga representada por K. Usando o Cálculo diferencial, a equação é representada como dn/dt=rn(k-n/k) onde: r = potencial biótico ou taxa intrínseca de aumento natural e representa o crescimento da população sem limitação de recursos; K = capacidade de carga; dn/dt = mudança em tamanho da população com tempo. 3

33 Factores limitantes Que factores limitam o crescimento de uma população, elevando a sua estabilização ao redor de um certo intervalo? (veja Figura 2). Os factores podem ser amplamente divididos em ambientes físicos e ambientes biológicos. As categorias estão colectivamente referidas como resistência ambiental. Observe-se algumas delas. Físicos (a) Disponibilidade de matérias-primas, por exemplo as plantas exigem nitratos para produzir proteína e a água é necessária para transporte. (b) disponibilidade de espaço. (c) Luz para o caso das plantas. (d) Abrigo. (e) Acumulação de resíduos. Biológicos Os organismos em ambiente natural sempre interagirão uns com os outros. Estas interacções incluem competição, predação e simbiose e podem agir como factores limitantes (aspectos discutidos em detalhes na secção 2.1.4) Pontos fracos do modelo Ao contrário das expectativas, o modelo de crescimento logístico é comum em populações naturais porque levanta as seguintes suposições: (a) se o ambiente é constante, então r e k são constantes, o que não corresponde a verdade, uma vez que o ambiente sofre mudanças constantemente. 3

34 (b) o crescimento é contínuo e a estrutura etária não muda. Isto não é verdade, porque o crescimento da população não é contínuo e sua idade estrutura mudanças em gerações sucessivas. (c) as exigências e respostas de indivíduos à densidade são as mesmas. Não constitui verdade, uma vez que os dois atributos variam em função da idade e do sexo. Desta forma, chega-se a constatação de que o modelo logístico não pode ser usado directamente para predizer a mudança da população em comunidades naturais Interacções entre populações Nenhuma espécie existe independente de outros organismos. As espécies interagem umas com as outras de variadas formas. Quando as interacções são desencadeadas dentro das espécies, são referidas como a intra-específicas, e quando são desencadeadas entre espécies diferentes, elas são referidas como interespecificas. A predação, competição e simbiose são os principais tipos de interacções entre espécies num ecossistema. Competição A competição ocorre entre dois organismos quando estes requerem um único recurso que, normalmente, está em provisão limitada. Ela pode ser intra-específica ou inter-especifica. Predação Predação é o consumo de uma espécies (a presa) por outra (o predador). Isto inclui herbívoros que comem capim e carnívoros que comem outros animais. Ela tem um papel importante na evolução das espécies, uma vez que os predadores desenvolvem estratégias mais eficientes para caçar as presas e, por conseguinte, as presas desenvolvem melhores estratégias para escaparem dos predadores. Simbiose A simbiose descreve uma associação entre indivíduos de duas ou mais espécies. Os intervenientes nesta relação são chamados de simbiontes. Existem diferentes tipos de simbiose e podem ser classificados como mutualismo, comensalísmo e Parasitísmo. 3

35 Teoricamente, as populações podem interagir em combinações que são benéficas (+), prejudiciais (-) ou sem nenhum efeito (0). Isto pode ser resumido da seguinte forma: Tipo de interacção Espécies 1 Espécies 2 Natureza de interação Amensalísmo - 0 População 1 é inibida enquanto 2 não é afectada. Parasitísmo + - População 1 tem benefícios de parasita, e é geralmente menor que 2 Comensalísmo + 0 População 1, o commensal, ganhos, o anfitrião que população 2 não é, Mutualismo + + A interacção é favorável para ambas populações. 2.2 Estudo de caso: peppered moth Faça a revisão da betularia de moth (Biston apimentado clássico), estudo que mostra como as proporções de alguns herdaram características pela mudança de população em resposta às mudanças do ambiente. Wikipedia. (2006). Peppered moth. Retrieved September 20, 2006 from en.wikipedia.org/wiki/peppered_moth Avaliação formativa 1. Feito os indivíduos, haverá mudança de cor na vida deles/delas? 2. Explique o termo pressão seletiva'. 2.3 Aplicação de conhecimento: mudança ambiental e especiação Mudança global de clima está conduzindo as correntes de oceano que estão cada vez mais frias. Tome um caso hipotético de uma espécie de tartaruga de água na Costa Africana Oriental e discuta as possíveis trocas dentro da sua população tendo em conta a gordura do seu corpo. Considere reprodução próspera, troca direccional, e número de alelos para população com mais gordura corporal. 2.4 Listagem e resolução de problemas: Isolamento Genético 1. Liste as possíveis barreiras que podem conduzir a um isolamento genético; 3

36 2. As floras Afroalpinas de Leste e a África Central têm um grau muito alto de endemismo (80% da taxa). Tendo conta o que aprendeste nesta actividade, discuta as possíveis causas deste fenómeno. 2.5 Estudo de caso: Simbiose Para entender as relações simbióticas, o estudante deverá rever os estudos documentados sobre relações Simbióticas. Wikipedia. (2006). Symbiosis. Retrieved September 20, 2006 from en.wikipedia.org/wiki/symbiosis 1. Reis, C.M. (n/a) Relações intra-específicas e&print=true. Naturlink Avaliação formativa 1. A relação entre a Garça e o búfalo é do tipo parasitária ou mutualística. Justifique a sua posição. 2. Qual é a ligação entre simbiose e evolução? 3

37 Actividade 3 Título de Actividade: Ecologia das Comunidades Objectivos específicos de aprendizagem (1) Determinar e descrever a estrutura de comunidades; (2) Descrever as fases em dinâmica de comunidades de plantas; (3) Caracterizar a estrutura e adaptações de comunidades de vegetação fundamentais em África. Resumo da actividade de aprendizagem Nesta actividade proporciona-se uma introdução ao tópico, explicando os conceitos de estrutura e dinâmica da comunidade e, a seguir, faz a análise da estrutura e função das comunidades de vegetação fundamentais em África. As actividades para ajudar entender o tópico estão estruturadas da seguinte forma: 3.1 Introdução ao conteúdo Habitats e nichos Estrutura da comunidade Dinâmica da comunidade Estrutura e função das comunidades das principais vegetação africanas 3.2 Prática de Campo para determinar estrutura de uma comunidade vegetal 3.3 Estudo de caso: Sucessão Ecológica 3.4 Tarefa de escrita: Descrição dos vários tipos de savanas 3.5 Pesquisa na Internet: Tipos e distribuição de florestas em África. 3.6 Pesquisa de literatura: A distribuição e usos de mangais em África 3.7 Tarefa de escrita: Factores que influenciam a zonação dos mangais e pântanos. Conceitos Chave O termo habitat indica onde certas espécies vivem enquanto que nicho refere-se ao seu papel funcional e sua posição. Considera-se que o nicho é fundamental, quando há ausência de competição e que o nicho é realizado, quando há presença de competição. 3