ECOLOGIA IBB-057 AULAS 6-7 I. Respostas dos organismos a variação climática e ambiental Como e porque variam o clima e os ambientes? Adaptação à vida em ambientes variantes Conceitos de fenótipo e genótipo Estratégias para lidar com a variação ambiental Teoria de forrageamento ótimo Forrageio e risco Intervalo ótimo de condições A maioria dos organismos funciona melhor dentro de um intervalo estreito de condições ambientais Esses ótimos podem ser deslocados pela evolução para combinar melhor com as condições ambientais dentro das quais o organismo vive Economia da Natureza, R.E. Ricklefs - Capítulos 4 e 9 Prof. Cintia Cornelius - UFAM Que determina a variação ambiental (climática?) Variação Ambiental A variação no Ambiente Físico O regime de chuvas varia entre anos na Amazônia determina os diferentes biomas e a sazonalidade determina a variação ano a ano Eventos El Niño - La Niña A temperatura dos oceanos influencia na incidência de precipitação e nas condições dos ventos que transportam a umidade pela região A variação no Ambiente Físico A variação no Ambiente Físico Evolução da temperatura da superfície do mar nos Oceanos Atlântico e Pacífico tropical Novembro de 2009 e Outubro de 2010 Diminuição das precipitações na parte norte da bacia El Niño é um fenômeno oceânico-atmosférico que afeta o clima regional e global, mudando a circulação geral da atmosfera. O fenômeno El Niño ocorre ciclicamente em intervalos de 2 a 10 anos e persiste de 6 a 15 meses. www.cptec.inpe.br 5 6
A variação no Ambiente Físico Padrões Globais de Temperatura As flutuações do clima (locais ou afetando grandes regiões da terra) são uma manifestação das mudanças no ambiente terrestre menor ângulo = maior área mudanças na radiação do sol incidente padrões espaciais dados pela forma e posições das bacias oceânicas, continentes e cadeias montanhosas da terra próprios processo físicos e biológicos podem estabelecer novos padrões de variação 7 maior ângulo = menor área O efeito do aquecimento do Sol é maior no Equador 8 Padrões Globais de Temperatura Por que chove mais em latitudes tropicais? Padrões Globais de Temperatura e Chuva Deserto de Sonora America do Norte Por que se formam desertos ao sul e norte do equador? Deserto de Atacama America do Sul 9 10 Padrões Globais de Temperatura Padrões Globais de Temperatura Solstício de Verão no Sul Solstício de Inverno no Sul A orientação do eixo da terra muda entre o inverno 11e o verão causando a variação sazonal A variação anual média das temperaturas mensais e maior nas altas latitudes do Hemisfério Norte 12
Ventos superficiais e sombras de chuva Flutuações locais do Clima É difícil predizer o clima? Sim, sobre tudo com muita antecedência São todos os anos iguais de quente ou de chuvosos? Oceano Pacifico Cordilheira dos Andes Patagonia Áreas montanhosas influenciam os padrões de precipitação local 13 Seca de 2005 14 El Niño Oscilação do Sul El Niño Oscilação do Sul Corrente de Peru ou de Humboldt águas frias e produtivas ao longo da costa do pacifico sul 15 16 El Niño Oscilação do Sul El Niño Oscilação do Sul Índice El Niño Oscilação do Sul: diferença entre as pressões das estações de Darwin (Australia) e Taiti 17 18
El Niño Oscilação do Sul Grandes mudanças na cobertura de vegetação ao longo do tempo em um mesmo local Adaptação em Ambientes Variantes Todos os organismos devem lidar com um ambiente variado e constantemente em mudança Os organismos que se ajustam melhor a essas mudanças têm maior chance de sobreviver e se reproduzir Mecanismo fisiológicos de aproveitamento da agua Ilha Isabella (Galápagos) antes e durante um Ajuste da temperatura corporal a traves de comportamento evento El Niño 19 Dipodomys spectabilis 20 Como ocorre o processo de Seleção Natural? Genótipo Como ocorre o processo de Seleção Natural? Indivíduos com características que permitem atingir taxas reprodutivas altas deixam mais descendentes e assim os genes responsáveis por esses atributos passam a generações futuras Constituição genética única de cada indivíduo produto da combinação de genes da mãe e pai Variabilidade genética na população Essencial para o processo de evolução por seleção natural 21 Sucesso Reprodutivo = Ajustamento Evolutivo ( fitness ) 22 Como ocorre o processo de Seleção Natural? O Fenótipo Três principais processos na evolução por seleção natural: Variação entre indivíduos Herança daquela variação Diferença no sucesso reprodutivo ou ajustamento Mudanças evolutivas em uma população podem resultar de uma mudança ambiental Genótipo Constituição genética única de cada indivíduo produto da combinação de genes da mãe e pai Fenótipo Expressão externa do genótipo na forma e função de cada organismo O processo que cria a seleção é ecológico (relação do organismo com o ambiente) 23 Todo fenótipo tem uma base genética O ambiente influencia o Fenotipo? 24
O Fenótipo O Fenótipo As variações ambientais induzidas no fenótipo são denominadas plasticidade fenotípica Um mesmo genótipo pode expressar um fenotipo diferente dependendo das condições ambientais As variações ambientais induzidas no fenótipo são denominadas plasticidade fenotípica Um mesmo genótipo pode expressar um fenotipo diferente dependendo das condições ambientais A capacidade de um organismo de desenvolver diferentes fenótipo (respostas diferentes) dependendo do seu ambiente é um atributo desenvolvido por seleção natural 25 26 Adaptação em Ambientes Variantes Todos os organismos devem lidar com um ambiente variado e constantemente em mudança Bioma Cerrado Temperatura em diferentes micro-habitats no cerrado Os organismos que se ajustam melhor a essas mudanças têm maior chance de sobreviver e se reproduzir -> ajustamento evolutivo Microambiente: partes do habitat que podem ser distinguidas por suas condições Arbusto Pasto Serapilheira Solo exposto Dipodomys spectabilis Mecanismo fisiológicos de aproveitamento da água Ajuste da temperatura corporal a traves de comportamento 27 O uso do ambiente pode variar ao longo do dia Vitt et al 2007 28 Iguana do Deserto do sul da California Dipsosaurus dorsalis Uso de diferentes micro-habitats ao longo do dia Aclimatação e Mudança Ambiental Aclimatação: é uma mudança reversível na estrutura ou funcionamento de um organismo em resposta à mudança ambiental mudança no intervalo de tolerância fisiológica do indivíduo demandam tempo estratégia restrita a variações sazonais em ambientes com mudanças cíclicas (custosa) 29 30
Aclimatação e Mudança Ambiental Outras estratégias para lidar com as mudanças Aclimatação: é uma mudança reversível na estrutura ou funcionamento de um organismo em resposta à mudança ambiental Astronotus ocellatus Tolerância a ambientes anóxicos e de alta temperatura em peixes em lagos de várzea na Amazônia Requer de ajustes metabólicos e fisiológicos em determinadas épocas do ano 31 Muusze et al 1998 particularmente animais que voam ou nadam movimentos de longa distância (continentais) em resposta a mudanças climáticas que levam a diminuição de alimento podem ocorrer também em resposta a aumentos de densidade populacional (Gafanhotos) 32 Outras estratégias para lidar com as mudanças Outras estratégias para lidar com as mudanças Aves Migratórias Neotropicais Especies de aves que se reproduzem em primavera na América do Norte e passam o inverno no Mexico, Caribe e América do Sul Rotas de aves migrantes neotropicais 33 34 Outras estratégias para lidar com as mudanças Armazenamento quando a migração não é uma possibilidade e existe uma diminuição de recursos armazenamento de recursos na época de abundância estratégia utilizada por organismos de climas temperados especialmente em plantas (Cactaceas armazenam agua) animais acumulam gordura (custo associado - mais suscetíveis a predação) Armazenamento de alimento no subsolo para posterior recuperação 35 Outras estratégias para lidar com as mudanças Armazenamento Dormência Fisiológica Quando os ambientes se tornam extremos e o organismo não pode funcionar normalmente Perda de folhas no inverno ou durante a cheia na várzea e igapó Alguns mamíferos hibernam porque não podem encontrar comida no inverno Requerem de uma série de mudanças fisiológicas no indivíduo reduzindo a troca com o ambiente capacitando as plantas e animais escapar condições desfavoráveis 36
Estímulos para as Mudanças Forrageio e Ajustamento Quais são os estímulos que indicam às aves que passam o inverno nos trópicos que a primavera está se aproximando nas florestas do norte? Fatores de proximidade permitem avaliar o estado do ambiente mas não atingem diretamente aos indivíduos comprimento do dia - fotoperiodo Pistas que disparam as mudanças Fatores últimos permitem avaliar o estado do ambiente e atingem diretamente aos indivíduos suprimento de alimento 37 Os animais forrageiam maximizando seus ajustamentos (sobrevivência e reprodução) Dado que os ambientes são variáveis os animais tem que constantemente avaliar os custos e benefícios sobre como se comportar onde forragear? quanto tempo se alimentar em um certo lugar ou habitat? que tipo de alimentos comer? quais lugares são mais seguros para procurar alimento? quanto tempo procurar por um alimento preferido? 38 Forrageio e Ajustamento Forrageio e Ajustamento Teoria de Forrageamento Ótimo Explica as decisões dos animais em termos dos custos e benefícios prováveis de cada possível comportamento Espera-se que os animais selecionem o comportamento que produza o maior benefício Como medir o beneficio? sucesso reprodutivo / sobrevivência -> ajustamento evolutivo quantidade de alimento obtida por unidade de tempo Como medir o custo? tempo e energia gastos para obter o alimento Teoria de Forrageamento Ótimo Área Central de Forrageamento qual e a distância máxima do ninho para procurar alimento? quanta comida deve levar ao ninho? quanto tempo deve demorar coletando alimento? Quanto maior a abrangência maior a quantidade de alimento disponível porem é maior o gasto energético de cada viagem, aumenta o tempo e o risco durante cada saída para procurar alimento 39 40 risco de predação Teoria de Forrageamento Ótimo Teoria de Forrageamento Ótimo Qual é a melhor estratégia em termos de quantidade e tempo gasto em levar a comida ao ninho? é levar o máximo de comida possível? é levar um inseto de cada vez? Taxa de presas capturadas = numero de presas / tempo de busca Taxa de presas capturadas = numero de presas / tempo de busca 41 42
Forrageamento e Risco Forrageamento e Risco Toda atividade contem um risco de mortalidade! Experimento com peixes menos alimento mais alimento O valor da área de alimentação não depende apenas da disponibilidade de alimento Forrageamento e Risco Forrageamento sensível ao risco Experimento com peixes Experimento com peixes menos alimento mais alimento menos alimento mais alimento Os peixes pequenos so passavam a forragear no lado de mais alimento quando a densidade de alimento foi aumentada ao dobro Quando havia três predadores o aumento de alimento tinha que ser quatro vezes maior Outros custos e benefícios Escolha de presa Cada tipo de alimento tem um valor diferente Dieta mista valor nutritivo dificuldade de manipulação perigo potencial com toxinas Quão pobre deve ser um tipo de presa para um consumidor não se interessar? tipos de alimentos diferentes podem ser complementares