Ecologia de ecossistemas: aula de revisão

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Inês Palma Ventura
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1 Ecologia de ecossistemas: aula de revisão Profa. Mariana Bender Departamento de Ecologia e Evolução Laboratório de Macroecologia e Conservação Marinha

2 O QUE SÃO ECOSSISTEMAS? energia matéria

3 O QUE SÃO ECOSSISTEMAS? uma comunidade biológica de organismos que interagem e seu ambiente físico

4 Lindeman, Ecology.

5 Lindeman, Ecology.

6 Produtividade Energia radiante à Fotossíntese à Herbívoros à Carnívoros à Decompositores Ecossistemas terrestres: biomassa de plantas Ecossistemas aquáticos: [ ] de O 2 e CO 2

7 Produtividade primária Biomassa/ unidade de área: J/m 2 /dia Kg/ha/ano Produtividade primária bruta (PPB) = total produzido pela fotossíntese PPB Respiração autotrófica= PPL (produtividade primária líquida)

8 Produtividade primária Radiaçãosolar + água + nutrientes

9 Produtividade primária Radiaçãosolar + água + nutrientes

10 Produtividade primária E NOS OCEANOS?

11 Produtividade primária Ressurgência de nutrientes, águas frias

12 Fatores limitantes da produtividade Disponibiliade de água Nutrientes Qualidade e quantidade de luz

13 Pirâmides ecológicas

14 Níveis e grupos tróficos Transferência de energia entre níveis tróficos 10%

15 Interações entre grupos tróficos

16 Redes de interação Redes ecológicas Uma tentativa de resumir a infinidade de interações potenciais entre espécies de uma comunidade, representando as espécies como nós da rede e utilizando ligações(links) entre estesnós para denotar a interação entre estas espécies.

17 Tipos de interação Interações agonísticas: benefício para uma das espécies interatoras Predação Teias alimentares Hospedeiro- parasita Interações mutualistas: benéfica para ambas as espécies Polinização Dispersão de sementes Limpeza (marinho) Herbivoria Resulta no consumo parcial mas não à morte de indivíduos, necessariamente

18 Redes mutualistas Estudo mais recente deste tipo de rede Mais comuns e importantes redes de interação mutualistas: Polinização Dispersãode sementes Estima- se que 90% das angiospermas tropicais dependamde animais para polinização e para a dispersão de suas sementes (Bawa 1990, Jordano 2000)

19 Redes mutualistas

20 Redes mutualistas: topologias

21 Redes mutualistas: redes de limpeza

Teias/ redes alimentares (food webs) Introduzidas na ciência ecológica por Elton, em 1927 Diagramas que representam a relação de consumidores com

22 Teias/ redes alimentares (food webs) Introduzidas na ciência ecológica por Elton, em 1927 Diagramas que representam a relação de consumidores com seus recursos, ou presas; Rede estrutural, ou de conectância (Paine 1980): links tróficos entre recursos e consumidores são representados por setas

23 Teias/ redes alimentares (food webs) Redes de conectância: presença/ ausência (0/1) Redes muito comuns fácil coleta Redes baseadas em indivíduos ou espécies Propriedade estruturais: TOPOLOGIA O que ainda podemos representar numa rede de interação?

Redes estruturais Rede de interação, per se Identifica a força da interaçãoentre espécies numa comunidade Reconhece, de maneira implícita, que nem

24 Redes estruturais Rede de interação, per se Identifica a força da interaçãoentre espécies numa comunidade Reconhece, de maneira implícita, que nem todas as espécies tem a mesma importância (medir a força e frequência de interações) POUCOS LINKS FORTES E MUITOS LINKS FRACOS FEW STRONG, MANY WEAK LINKS

25 Redes estruturais: estabilidade

26 Redes estruturais: estabilidade Diagrama mostrando que a presença de interações fracas em teias alimentares simplificadas pode tornar as comunidades mais estáveis. Top: Força das interações entre predadores, herbívoros e plantas antes (acima) e depois (abaixo) de um distúrbio. Uma rede é dominada por poucas interações fortes e outra por muitas interações mais fracas. Exemplo de prey release à esquerda, e uma grande mudança na estrutura da comunidade (efeitos em cascata).

27 Redes estruturais e espécies- chave Redes que apontam a força de interação à permitem identificar espécies- chave Algumas espécies tem papel extraordinárionas comunidades em ques estão inseridas Espéciescujo efeito na comunidade é desproporcionalmente maiorem relação à sua abundância

28 Controle top- down Robert Paine (1966) American Naturalist Experimentos com estrelas- do- mar Pisaster e Heliaster em costões rochosos

29 Controle top- down Robert Paine (1966) American Naturalist Experimentos com estrelas- do- mar Pisaster e Heliaster em costões rochosos

30 Controle Top- down CASCATA TRÓFICA Efeito indireto Predador reduz a abundância de sua presa, o que tem efeito em cascata no nível trófico abaixo, de modo que os recursos da presa aumentam em abundância

31 Espécies- chave e REDUNDÂNCIA COMO ESTES DOIS CONCEITOS ESTÃO RELACIONADOS? Grupos funcionais fundamentais para o funcionamento do ecossistema qual o grau de redundância dentro destas funções?

32 Biodiversidade = espécies

33 Componentes da diversidade

34 Componentes da diversidade ATRIBUTOS Dieta? Tamanho? Área de ocupação? Especificidade de hábitat?

35 Componentes da diversidade Aplicação da diversidade funcional atualmente: Respostas de espécies às mudanças e Perdas funcionais Estruturação de comunidades Novas métricas de diversidade funcional

36 Redundância funcional Riqueza de espécies dentro dos grupos funcionais. A redundância funcional é baseada na observação de que algumas espécies tem papéis semelhantes em comunidades e ecossistemas, e podem ser substituídas sem que os processos ecossistêmicos sejam afetados (Lawton and Brown 1993) Estrutura funcional Grau de redundância Modified from Bellwood et al., degradado

37 Diversidade e estabilidade Diversidade promove a estabilidade 1950 s MacArthur (1955) Elton (1958) e Odum (1959): Comunidades contendomais espécies seriamprotegidas Invasões Extinções de espécies Distúrbios ambientais

38 Componentes da estabilidade Estabilidade Resiliência vs. Resistência Global vs. local Comunidade dinamicamente frágil vs. robusta

39 Componentes da estabilidade Relação entre diversidade funcional (redundância) e estabilidade do ecossistema recifal ABORDAGEM DA ESTABILIDADE TEMPORAL: ESTRUTURA DA COMUNIDADE

40 Diversidade e funcionamento de ecossistemas Cedar Creek Biodiversity Experiment, Minessota

41 Diversidade e estabilidade Estabilidade temporal da dinâmica da biomassa de espécies aumentou com a riqueza de espécies (Tilman et al 2006) Plots com maior diversidade à 70% mais estáveis na sua produção de biomassa

42 Diversidade e estabilidade Estabilidade de espécies de plantas (b) declinou significativamente com o aumento do número de espécies na comunidade. Efeitonegativo na estabilidade temporal de abundância de espécies.

43 Diversidade e invasibilidade Fargione & Tilman (2005) Cedar Creek Plots Biomassa (acima) e número de plantas invasoras (abaixo) diminuem com o aumento da riqueza em comunidades locais (plots com 2-16 espécies).

44 Diversidade e funcionamento de ecossistemas Tilman & Downing 1994 Riqueza de espécies de plantas tem um efeito positivo no funcionamento do ecossistema. Resistência à seca é positivamente relacionada à riqueza de espécies.

45 Diversidade e funcionamento de ecossistemas

46 Diversidade e funcionamento de ecossistemas Biomassa sobre o solo (Aboveground) (a,c) e sob o solo (b,d) no ano de 2006, 13 ano do experimento de Cedar Creek, em função do número de plantas e da composição funcional. Mueller et al. 2013

47 Take- home messages 1 Ecossistemas são definidos como conjuntos de organismos em seu ambiente físico, reunindo componentes bióticos e abióticos; Água, nutrientes e radiação solar são fatores limitantes da produtividade de ecossistemas, inclusive, definindo biomas mundiais; Lindemann (1942), ao estudar o funcionamento de um lago, introduziu o conceito de produtividade e fluxo de energia para o entendimento de ecossistemas; A produtividade corresponde à eficiência dos organismos em converter energia em biomassa, dentro de um nível trófico (e.g. produtores primários e ganho de biomassa); Água, nutrientes e radiação solar são fatores limitantes da produtividade, definindo biomas mundiais; Nos oceanos, os nutrientes são determinantes da produtividade de ecossistemas (desertos marinhos);

48 Take- home messages 2 As pirâmides ecológicas são representações da estrutura trófica de um ecossistema; As redes ecológicas buscam reproduzir as interações entre espécies numa comunidade (nós e links), como redes mutualistas, teias alimentares e demais redes agonísticas; As teias alimentares representam as interações entre espécies numa comunidade, e as vias de fluxo de matéria e energia num ecossistema; Através do estudo da topologia de redes é possível identificar padrões na estrutura de interações, como espécies generalistas e especialistas; Entre as topologias de rede temos redes aninhadas, modulares, aleatórias e ono- to- one; Cascata trófica é um tipo de controle top- down em ecossistemas, tendo no experimento de Pisaster um exemplo clássico;

49 Take- home messages 3 A estrutura das interações (força das interações e conectância) dentro de uma rede influencia a estabilidade desta rede à perda de espécies, levando à alteração de processos locais (e.g. prey release e herbivoria); Através da força das interações e número de links é possível identificarespécies- chave nos ecossistemas; A redundância dentre de funções como de espécies- chave pode proteger os ecossistemas contra a perda da biodiversidade; A biodiversidade está ligada ao funcionamento e estabilidade de ecossistemas através das funções de espécies; Resistência e resiliência são componentes da estabilidade, as quais podem variar localmente e globalmente ; Experimentos com comunidades vegetais tem revelado a importância da diversidade funcional para o funcionamento de ecossistemas (produtividade, estabilidade e resistência).

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