ECOLOGIA Unidade 4 ORGANISMOS INDICADORES DE POLUIÇÃO INDICADORES FISICO-QUÍMICOS Temperatura Umidade Pluviometria Turbidez ph Concentração salina Velocidade do vento Teor de matéria orgânica Oxigênio dissolvido... BIOINDICADORES São espécies, grupos de espécies ou comunidades biológicas cuja presença, abundância e condições são indicativos biológicos de uma determinada condição ambiental. Os bioindicadores são importantes para estabelecer correlações com um determinado fator antrópico ou um fator natural com potencial impactante. Permitem a avaliação da integridade ecológica de uma área, definida pela comparação da estrutura e função de uma comunidade biológica entre uma área impactada e áreas de referência. A B NÚMERO DE INDIVÍDUOS 1 4 5 2 3 NÚMERO DE INDIVÍDUOS 3 2 5 6 6 7 7 8 9 8 ESPÉCIES ESPÉCIES 1
Os bioindicadores mais utilizados são aqueles capazes de diferenciar entre oscilações naturais (ciclos sazonais de chuva e seca) e estresses antrópicos. Indicadores negativos de qualidade: invasores como o Bagre Africano e invertebrados como o Tubifex, alterações em plantas e plantas invasoras. Indicadores positivos de qualidade: líquens, planárias, larvas de alguns insetos aquáticos (como libélulas). Bagre africano Tubifex Plantas bioindicadoras apresentam sintomas visíveis como necroses, cloroses e distúrbios fisiológicos, tais como redução no crescimento, redução no número e diâmetro das flores. Exemplo: Plantas bioindicadoras de poluição por ozônio Solanum lycocarpum é uma planta pioneira e heliófila popularmente conhecida como lobeira, pertence à família Solanaceae e ocorre em todo o território brasileiro, principalmente em ambientes perturbados de cerrado. É invasora de pastagens e cultivos. Líquens Planária Líquens 2
Náiades de libélulas Trichoptera Caso 1: Macroinvertebrados bentônicos como bioindicadores Ciclos de vida longo: podem viver de semanas a mais de 1 ano ( organismos sentinelas ); São organismos grandes, sésseis ou de pouca mobilidade: mais fáceis de serem amostrados do que os organismos nectônicos, como os peixes; Diversidade taxonômica e identificação relativamente fácil (até o nível de gênero); Sensíveis a diferentes concentrações de poluentes no meio, fornecendo ampla faixa de respostas a diferentes níveis de contaminação ambiental. LEITURA Caso 2: Reprodução de peixes como ferramenta bioindicadora Necessidade de laboratório para estudo histológico de testículos e ovários (mas observações macroscópicas também podem ser feitas com relativo sucesso); Fácil identificação dos estágios do ciclo reprodutivo a partir da histologia das gônadas; Fêmeas são mais sensíveis do que os machos às alterações ambientais. 3
RELAÇÕES ENTRE OS SERES VIVOS 4
COLÔNIAS CORAL CARAVELA SOCIEDADE: ABELHAS PROTOCOOPERAÇÃO BERNARDO-EREMITA (PAGURO) + ANÊMONAS MUTUALISMO COMENSALISMO TUBARÃO + RÊMORA LÍQUENS 5
INQUILINISMO EPIFITISMO PEPINO-DO-MAR (HOLOTÚRIA) + PEIXE-AGULHA (FIERASFER) ECOLOGIA BROMÉLIA ECOLOGIA (EPÍFITA) CANIBALISMO COMPETIÇÃO INTRAESPECÍFICA CANIBALISMO EM ECOLOGIA GIRINOS COMPETIÇÃO INTERESPECÍFICA Número de indivíduos Número de indivíduos Paramecium caudatum Paramecium aurelia Tempo (dias) Tempo (dias) Número de indivíduos Paramecium aurelia Paramecium caudatum SEPARADOS JUNTOS Tempo (dias) 6
SEPARADOS JUNTOS SEPARADOS JUNTOS PARASITISMO CIPÓ-CHUMBO = HOLOPARASITA PARASITISMO PULGÃO (AFÍDEO) CARRAPATO VÍRUS ERVA-DE-PASSARINHO = HEMIPARASITA PREDATISMO: LINCES X LEBRES ANTIBIOSE: FUNGOS X BACTÉRIAS ECOLOGIA 7
ESCLAVAGISMO: FORMIGAS X PULGÕES SUCESSÃO ECOLÓGICA Alterações graduais, ordenadas e progressivas no ecossistema resultante da ação contínua dos fatores ambientais sobre os organismos e da reação destes últimos sobre o ambiente. PIONEIROS ESTÁGIOS SERAIS ESTRUTURA CLÍMAX DIVERSIDADE 8
SUCESSÃO PRIMÁRIA LÍQUENS SUCESSÃO PRIMÁRIA LÍQUENS ECOLOGIA ECOLOGIA SUCESSÃO PRIMÁRIA SUCESSÃO PRIMÁRIA SUCESSÃO PRIMÁRIA DUNAS 9
SUCESSÃO SECUNDÁRIA Classificação dos processos de sucessão ecológica: * Quanto às forças que direcionam o processo: Sucessão autogênica: mudanças ocasionadas por processos biológicos internos ao sistema Sucessão alogênica: direcionamento das mudanças por forças externas ao sistema (incêndios, tempestades, processos geológicos) * Quanto à natureza do substrato na origem do processo: Sucessão primária: em substratos não previamente ocupados por organismos. Exemplos: afloramentos rochosos, exposição de camadas profundas de solo, depósitos de areia, lava vulcânica recém solidificada...) Sucessão secundária: em substratos que já foram anteriormente ocupados por uma comunidade e, consequentemente, contêm matéria orgânica viva (brotos, sementes) ou morta (detritos). Exemplos: áreas desmatadas ou incendiadas, fundos expostos de corpos de água. Clímax: comunidade que expressa o máximo de desenvolvimento possível do ecossistema sob as condições do local em que a sucessão ocorreu. Disclímax = (clímax de distúrbio): comunidade mantida em uma etapa anterior ao clímax, devido à ação de distúrbios repetidos (incêndios, sobrepastejo), muitas vezes decorrentes de atividades antrópicas. TEORIAS SOBRE COMUNIDADE CLÍMAX Monoclimáxica: para uma região geográfica, espera-se um único tipo de comunidade clímax, condicionada pelo padrão climático local (clímax climático); Policlimáxica: além do padrão climático regional, outros fatores limitantes atuam no estabelecimento de tipos diferentes de clímax, como o edáfico (solo), topográfico (relevo), biótico (ação de organismos) Gradiente ambiental: uma área com padrão climático definido pode conter diversas comunidades clímax, de acordo com gradientes de condições ambientais. Modificações ao longo da sucessão ecológica ATRIBUTOS DO ECOSSISTEMA NO INÍCIO NO CLÍMAX CONDIÇÕES AMBIENTAIS variável e imprevisível constante ou previsivelmente variável POPULAÇÕES Mecanismos de determinação de abióticos, independentes de bióticos, dependentes de tamanho populacional densidade densidade Tamanho do indivíduo pequeno grande Ciclo de vida curto/simples longo/complexo Crescimento rápido, alta mortalidade lento, maior capacidade de sobrevivência competitiva Produção quantidade qualidade Flutuações + pronunciadas - pronunciadas (BASEADO EM: Odum 1971; Margalef 1968 ATRIBUTOS DO ECOSSISTEMA NO INÍCIO NO CLÍMAX ESTRUTURA DA COMUNIDADE Estratificação (heterogeneidade espacial) pouca muita Diversidade de espécies) baixa alta Diversidade bioquímica baixa alta Matéria orgânica total pouca muita ENERGÉTICA DA COMUNIDADE PPB/R >1 = 1 Cadeia alimentar linear (simples) em rede (complexa) NUTRIENTES Ciclo de minerais aberto fechado Nutrientes inorgânicos extrabióticos intrabióticos Troca de nutrientes entre organismos e ambiente rápida lenta Papel dos detritos na regeneração de nutrientes não importante importante POSSIBILIDADE DE EXPLORAÇÃO PELO HOMEM Produção potencial alta baixa Capacidade de resistir à exploração grande pequena DIMINUIÇÃO DA PRODUTIVIDADE LÍQUIDA COMUNIDADE PIONEIRA FOTOSSÍNTESE (PPB PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA BRUTA) CONSUMO (R) RESPIRAÇÃO + FERMENTAÇÃO PL = 0 PRODUTIVIDADE LÍQUIDA (PPB R) COMUNIDADE CLÍMAX TEMPO 10
MODELOS PARA RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS http://www.viveiroalameda.com.br 11
MODELOS PARA ENRIQUECIMENTO DE ÁREAS EM RECUPERAÇÃO CRESCIMENTO POPULACIONAL CONCEITOS -- NATALIDADE (nascimentos) (b = birth) -- MORTALIDADE (mortes) (d = death) -- IMIGRAÇÃO ( entrada ) -- EMIGRAÇÃO ( saída ) -Pop. Final = Pop. Inicial + N + I M E FATORES LIMITANTES DO CRESCIMENTO POPULACIONAL ABIÓTICOS: Temperatura, pluviosidade, salinidade da água, ph do solo, turbidez da água, disponibilidade de sais minerais, vento, umidade do ar... BIÓTICOS: Relações harmônicas e desarmônicas entre as espécies: cooperação, comensalismo, predatismo, parasitismo, competição... 12
Mecanismos Compensatórios Certas espécies podem apresentar formas compensatórias em relação aos fatores que limitam o crescimento de suas populações, evitando a eliminação da população. Exemplos: -- Maior taxa de natalidade em populações - sujeitas a grande predação. -- Maior produção de sementes por plantas - que sofrem grande herbivoria. Padrões de distribuição da população AGRUPADO ALEATÓRIO UNIFORME Padrões de distribuição da população AGRUPADO Exemplos: Tendências sociais. Tendência dos filhotes em permanecer próximos aos pais. Salamandras preferem viver sob troncos caídos. Pássaros migram em grandes grupos pela segurança do grupo. Plantas podem ter dispersão limitada de suas sementes ou capacidade de sobrevivência restrita a pontos com condições satisfatórias. Na distribuição agrupada, os indivíduos estão agregados nas partes mais favoráveis do habitat. Padrões de distribuição da população ALEATÓRIO Exemplos: Ausência de antagonismo social ou atração mútua. Algumas espécies vegetais e animais dentro da mata. Na distribuição aleatória, supõe-se uma homogeneidade ambiental levando a um comportamento não seletivo. Padrões de distribuição da população UNIFORME Exemplos: Surge comumente de interações diretas entre indivíduos. Territorialidade: - Manutenção de distância mínima - Distância de ninhos de aves - Plantas muito próximas à maiores sofrem - com a sombra e competição de raízes. -Situações artificiais: reflorestamento. ZONAÇÃO Na distribuição uniforme, interações negativas entre indivíduos (como, por exemplo, a competição por alimento ou espaço) resultam em espaçamento uniforme entre os indivíduos. 13
CRESCIMENTO POPULACIONAL MODELOS: 1 - CRESCIMENTO EXPONENCIAL 2 - CRESCIMENTO LOGÍSTICO MODELO DE CRESCIMENTO EXPONENCIAL Características: O crescimento pode ser modelado exponencialmente para populações com gerações sobrepostas e reprodução contínua em um ambiente ilimitado. Representa o crescimento populacional como um processo contínuo. A forma da equação diferencial para o crescimento exponencial da população é: dn/dt = r max N N = Tamanho da população dn = Mudança no tamanho da população dt = Mudança no tempo r max = taxa máxima de crescimento per capita ou taxa intrínseca de crescimento A forma da equação diferencial para o crescimento exponencial da população é: dn/dt = r max N Como o tamanho da população aumenta (N), a taxa de crescimento populacional (dn/dt) aumenta. r max é obtida em populações sob condições ambientais ideais, com taxas constantes de nascimento, morte e distribuição de classes de idade. Geralmente r max > r. 14
Tamanho da população (N) 16/04/2015 Número de gerações O crescimento exponencial ocorre na realidade? Sim, algumas populações naturais podem crescer a taxas exponenciais por limitados períodos de tempo, quando os seguintes critérios são alcançados: 1. Ambientes favoráveis, com recursos abundantes 2. Baixo crescimento populacional inicial O crescimento populacional exponencial pode ser importante para populações que estão: Colonizando novos habitats. Explorando condições ambientais favoráveis transitórias. Recuperando-se de alguma forma de stress. Crescimento exponencial em uma população de renas na Ilha de St. Paul (Alasca) após a sua introdução em 1910. Efeitos estocásticos (aleatórios ou casuais) Em populações reais, é provável que r varie de ano para ano como resultado de variações randômicas nas taxas de nascimento (b) e morte (d) per capita. Esta variação randômica pode ser gerada de duas formas: 1. Estocasticidade demográfica: Variação das taxas de nascimento e mortes devido às variações ao acaso em populações finitas. 2. Estocasticidade ambiental: Variação nas taxas de nascimento e morte devido às variações ao acaso das condições ambientais. 15
Que outros fatores que alteram as taxas de nascimento (b) e morte (d)? O modelo exponencial assume isto: Mas para muitos organismos b e d são DEPENDENTES DA DENSIDADE. Fatores densidade-dependentes: Ocorre regulação do crescimento do tamanho populacional por mecanismos controlados pelo tamanho da população. O efeito aumenta com o aumento do tamanho da população. A competição por espaço e alimento podem modificar o tamanho populacional afetando os seguintes processos: 1. Respostas comportamentais A. Diminuição do acasalamento B. Diminuição do cuidado parental C. Aumento do comportamento agressivo 2. Respostas fisiológicas A. Aumento dos abortos espontâneos B. Alteração do ciclo reprodutivo C. Mudanças hormonais Youtube: Infested Insane Mouse Plague Não podemos esquecer também que as doenças e a predação são fatores dependentes da densidade que afetam o tamanho populacional. FATORES INDEPENDENTES DE DENSIDADE São fatores nos quais a sua intensidade não é relacionada com a densidade populacional. Incluem eventos como variações climáticas extremas favoráveis ou desfavoráveis. 16
VOLTANDO AO MODELO DE CRESCIMENTO EXPONENCIAL MODELO DE CRESCIMENTO LOGÍSTICO O matemático belga Pierre F. Verhurst propôs, em 1837, um modelo que supõe que uma população poderá crescer até um limite máximo, a partir do qual tende a se estabilizar. O modelo proposto por Verhurst atende a uma condição em que a taxa de crescimento efetiva de uma população varia ao longo do tempo. Esse modelo é uma alternativa ao modelo de crescimento exponencial em que a taxa de crescimento é constante e não há limitação para o tamanho da população. Para espécies animais de vida livre, por exemplo, a disponibilidade de alimento, abrigo e água são fatores limitantes para o crescimento populacional. Esse limite máximo sustentável é denominado capacidade de suporte (K). Assim, para uma população de tamanho N, com taxa de crescimento r, o modelo de crescimento logístico contínuo pode ser representado pela equação MODELO DE EXERCÍCIO Pode-se observar, na equação acima, que quando a população tende a se igualar à capacidade suporte (K), tem-se que dn/dt = 0, e o tamanho da população permanece estável. O que se espera que ocorra é que haja ou uma elevação da taxa de mortalidade devido à competição por alimento e abrigo ou uma redução da taxa de natalidade. NÚMERO DE INDIVÍDUOS (N) potencial biótico NÚMERO DE INDIVÍDUOS (N) potencial biótico RESISTÊNCIA DO MEIO RESISTÊNCIA DO MEIO K (3) (4) capacidade suporte K (3) (4) capacidade suporte (1) (2) r varia com o tempo conforme a relação entre o tamanho da população (N) e a capacidade suporte (K). (1) (2) r varia com o tempo conforme a relação entre o tamanho da população (N) e a capacidade suporte (K). TEMPO (t) TEMPO (t) 17
Com base nos parâmetros K e r da equação do modelo logístico, surgiram duas definições usadas em ecologia: a de populações K e r estrategistas. Uma população K estrategista é aquela para a qual a capacidade de suporte do meio (K) é um fator restritivo. Por conseguinte, os indivíduos dessa população tendem a preparar a prole para a competição por alimento, e a apresentar um tempo de vida mais longo. Como exemplo de espécie K estrategista pode-se citar as onças nas matas brasileiras. Para as espécies r estrategistas, por outro lado, a capacidade de suporte não é um fator restritivo, com indivíduos com tempo de vida mais curto, e que tendem a não apresentar cuidado com a prole. Um exemplo seriam mosquitos que proliferam em áreas próximas a rios ou lagos. 18