Ecologia: Conceitos introdutórios

Introdução à Ecologia

• Autoecologia estuda um organismo individual ou espécie e suas interações com o ambiente.
• A sinecologia examina grupos de organismos e suas relações com o ambiente.
• A demoecologia enfoca o estudo das populações.
• A biocenótica se dedica ao estudo das biocenoses, também conhecidas como comunidades bióticas.
• A ecologia pode ser dividida de acordo com o nível de organização em: organismos, populações, comunidades e ecossistemas.
• A biosfera integra todos os seres vivos em um sistema ecológico global.
• O ecossistema é uma unidade funcional com componentes bióticos e abióticos, onde matéria e energia são trocadas continuamente.
• A comunidade biótica (ou biocenose) consiste em um conjunto de espécies que coexistem em um local específico.
• A população é um grupo de indivíduos da mesma espécie que vivem juntos em um local determinado.
• O habitat é o local onde um organismo vive.
• O nicho ecológico é a posição de um organismo dentro da comunidade ou ecossistema.
  • Inclui seu comportamento alimentar, reprodutivo e territorial, bem como adaptações estruturais e fisiológicas.
• O ambiente abrange os fatores bióticos e abióticos que influenciam os seres vivos.

Populações: Características e Dinâmicas

• Uma população é um grupo de indivíduos da mesma espécie que coabitam em um local específico.
• Um conjunto de indivíduos pode ser estudado no contexto de uma investigação populacional.
• O efetivo populacional é uma característica geral, medida por tamanho e densidade, através de métodos de avaliação.
• A distribuição espacial é uma característica geral da população.
• Natalidade e mortalidade são características gerais da população
• As tabelas de vida e curvas de sobrevivência são características gerais da população.
• A estrutura etária também compõe as características gerais.
• O tamanho de uma população é o número total de organismos.
• A densidade é o número de indivíduos por unidade de área ou volume, especialmente em organismos aquáticos.
• O censo total envolve a contagem de todos os indivíduos.
• A estimativa é uma amostragem aleatória representativa da população, como o método de captura-recaptura.

Método de Captura-Recaptura para Estimativa Populacional

• Envolve a captura de M indivíduos da população N.
• Os indivíduos capturados são marcados e liberados.
• Em um segundo momento, n indivíduos são capturados.
• Se m destes forem marcados, pode-se estimar o tamanho da população N .
• O cálculo é feito a partir da formula N= (M*n) / m.

Distribuição Espacial em Populações

• Na distribuição aleatória, a presença de um indivíduo não afeta a presença de outro.
• Na distribuição uniforme ou regular, cada indivíduo tenta manter uma distância mínima dos outros, comum em animais territoriais.
• Na distribuição agrupada, os indivíduos se agregam devido a fatores como ambiente heterogêneo ou comportamento social.

Natalidade e Mortalidade: Indicadores Demográficos

• Taxa bruta de natalidade é calculada por: (nascimentos/população média) * 1000.
• A população média é medida no meio do ano.
• Taxa bruta de mortalidade é calculada por: (mortes/população média) * 1000.
• A população média é medida no meio do ano.
• A taxa de mortalidade específica ajusta as mortes por grupo etário e população média respectiva.
• A taxa de fecundidade geral relaciona nascimentos com o número de mulheres férteis.
• A taxa de fecundidade específica considera nascimentos por idade das mulheres.
• Taxas brutas abrangem toda a população, enquanto taxas específicas analisam frações da população.

Tabelas de Vida: Demografia e Sobrevivência

• Apresentam uma sinopse de dados vitais de uma população, incluindo informações sobre sobrevivência e fecundidade.
• As tabelas de vida podem ser estáticas, especificando um dado momento no tempo, e medindo as idades na população para estimar a sobrevivência.
• As tabelas podem ser dinâmicas, onde um grupo de indivíduos nascidos ao mesmo tempo é seguido até a morte do último.

Análise de Estrutura Etária e Crescimento Populacional

• A estrutura etária é a distribuição de indivíduos por classes etárias, incluindo machos e fêmeas.
• As pirâmides etárias são diagramas que representam a estrutura etária, podendo ser de base larga, estreita ou tipo intermediário.
  • As pirâmides etárias são divididas em três categorias: pré-reprodutiva, reprodutiva e pós-reprodutiva.
• O modelo exponencial descreve o crescimento populacional em condições ideais com recursos ilimitados.
  • O crescimento é independente da densidade, representado por uma curva em forma de "J".
  • É limitado pela taxa de crescimento da espécie (rmax), que é inversamente relacionada ao tempo de geração.
  • Ocorre raramente na natureza devido à variação ambiental e recursos finitos.
  • A população aumenta: os recursos por organismo diminuem, a competição aumenta e as taxas de mortalidade aumentam. Simultaneamente, as taxas de natalidade e de crescimento diminuem. Todos estes efeitos são dependentes da densidade.
• O índice de envelhecimento compara a população de 65+ anos com a de 0-14 anos.
• O modelo logístico descreve o crescimento populacional com recursos limitados, levando em conta a densidade dependente.
  • O crescimento é dependente da densidade, resultando em uma curva sigmóide em forma de "S".
• A capacidade de suporte (K) é a população máxima que um habitat pode suportar indefinidamente.

Regulação Populacional e Fatores de Influência

• A capacidade de suporte (K) se refere à população máxima sustentável em um habitat.
  • O crescimento populacional cessa quando se atinge este ponto.
• Fatores dependentes da densidade intensificam seus efeitos à medida que a população aumenta.
  • Incluem competição intraespecífica, doenças infecciosas, interações entre espécies (predação) e emigração.
• A competição intraespecífica por recursos limitados (alimento, abrigo, território) diminui a taxa de natalidade.
  • A competição intraespecífica causa um aumento da taxa de mortalidade.
• Fatores independentes da densidade incluem condições climáticas extremas, mudanças sazonais e perturbações ambientais.
• Existem ciclos de predador-presa.

Comunidades Bióticas: Conceitos e Estrutura

• Uma comunidade biótica é um conjunto de espécies que coabitam em um dado local.
• Uma comunidade biótica é um conjunto de populações que interagem no espaço e tempo, em um termo amplo.
• Biomas são comunidades de grande amplitude que ocupam vastas áreas geográficas, como desertos.
• A estrutura específica da comunidade é influenciada por riqueza de recursos, competição e predação, heterogeneidade ambiental, adversidades ambientais (ambientes extremos) e variações climáticas.
• Riqueza de espécies é o número total de espécies em uma comunidade.
  • A medida da diversidade de uma comunidade depende da abundância relativa das espécies - distribuição de indivíduos por cada espécie.
• Índices de diversidade consideram o número de espécies e sua abundância relativa.
• A relação entre o número de espécies e a área é um padrão de riqueza.
• A riqueza decresce com a diminuição da área disponível.
• As "ilhas" mais isoladas (afastamento de áreas-fonte) têm menor número de espécies .
• O número de espécies diminui com o aumento do isolamento.
• Os gradientes latitudinais indicam que a riqueza de espécies aumenta dos pólos para o equador.
• A riqueza diminui com o aumento da altitude e da profundidade
• Existem índices de diversidade, a diversidade (H) é igual à soma ponderada da proporção de indivíduos por espécie.
  • Se todos os membros pertencerem à mesma espécie, a diversidade (H) é nula
  • Se todas as espécies são igualmente abundantes, Hmax = ln S.
• A equidade (J) é igual ao inverso de J.
  • Se todos os indivíduos pertencem à mesma espécie, equidade é nula

Estrutura Trófica e Nicho Ecológico

• Os produtores (autotróficos) sintetizam compostos orgânicos a partir de moléculas simples:
  • Utilizam energia solar (ex: plantas fotoautotróficas) ou energia de compostos inorgânicos (ex: bactérias quimioautotróficas).
• Os consumidores (heterotróficos) usam compostos orgânicos produzidos pelos produtores:
  • Herbívoros (consumidores primários) alimentam-se de plantas.
  • Carnívoros (consumidores secundários e terciários) alimentam-se de outros animais.
• Os decompositores (invertebrados, bactérias e fungos) decompõem matéria orgânica morta, transformando-a em matéria inorgânica.
• A cadeia alimentar (trófica) é a sequência de organismos que se alimentam uns dos outros.
• O nível trófico é a posição ocupada por um organismo na cadeia alimentar, onde obtém o alimento.
• A teia alimentar é o conjunto de cadeias alimentares interligadas.
• Segundo Hutchinson (1957), existe o nicho fundamental e o nicho realizado.
  • O nicho fundamental é o nicho potencial na ausência de interações negativas.
  • O nicho realizado é o nicho após as interações negativas.
• A competição interespecífica é a interação mais importante na restrição do nicho fundamental.
• Segundo MacArthur (1968, 1972), o nicho é considerado na prática como uma função de utilização de recursos.
  • Cada tipo de recurso corresponde a um dos eixos do hipervolume teórico.
  • Os recursos mais estudados são alimento e espaço.
• A competição interespecífica determina a largura e a sobreposição tolerável dos nichos, bem como o número de espécies do mesmo nível trófico que podem coexistir em um dado local.
• O número de espécies coexistentes depende da largura do nicho realizado por cada uma delas.
  • Especialistas têm nicho estreito.
  • Generalistas têm nicho largo.
• Princípio da exclusão competitiva (Princípio de Gause):
  • Duas espécies não podem ocupar o mesmo nicho e competir pelos mesmos recursos por um período prolongado de tempo, pois uma delas acabará por eliminar ou excluir a outra.

Dinâmicas de Comunidades Bióticas e Interações Ecológicas

• A coexistência de espécies competidoras em ambiente estável resulta da diferenciação de nichos, com cada espécie utilizando uma fração dos recursos.
• O Índice de Levins estima a largura do nicho.
• O Indice de Planka estima a sobreposição de nichos.
• Espécies-chave são essenciais para a organização e estrutura da comunidade.
• A extinção da Estrela-do-mar provoca a dominância do mexilhão, extinguindo outras especies.
• A lontra marinha ao consumir animais marinhos permite o crescimento das algas que servem de amparo para mais animais.
• Interações diretas são relaçôes antagônicas.
  • Uma espécie é beneficiada e outra prejudicada (predação, parasitismo e herbivoria).
  • Ambas as espécies são prejudicadas (competição).
  • Uma especie é prejudicada e a outra não é afetada (amensalismo).
• Interações diretas são relações benéficas.
  • Ambas as espécies são benificiadas (mutualismo).
  • Elas podem ser facultativas ou obrigatórias.
• Interações indiretas de comensalismo: uma é beneficiada e a outra não é afetada.
• Forese (transporte de alguns organismos por outros)
• Inquilinismo (partilha de uma toca ou ninho).
• Quando há competidores de uma determinada espécie, a ação do predador varia a consoante a preferência do predador. - Se o dominanate é consumido mais frequentemente, permite a coexistência das especies. - Ao consumir o competidor inferior, o predador acelera a extinção desse competidor.
• Competição aparente: quando há espécies que competem entre si sendo da mesma espécie, o predador ao se alimentar de um prejudica a sobrevivência total.

Sucessão Ecológica e Biomas

• A sucessão ecológica é uma sequência de estados transitórios em uma comunidade, até atingir um estado durável após perturbações.
• Inclui a alteração das espécies e culmina em um estado final estável.
• O clímax é o estado final de uma sucessão, autoperpetuável em equilíbrio com o ambiente.
• Dependendo do clima, pode ser climático ou edáfico
• Na sucessão primária, a região nunca teve vida antes.
• Na sucessão secundária, a região já teve vida antes.
• Os estágios da sucessão ecológica são: inicial com especies pioneiras, intermediário com plantas de ciclos mais longos, e tardio com plantas mais lentas.
• Modelos explicativos do processo sucessivo.
• A faciliação ocorre quando especies pioneiras transformam o ambiente para as próximas
• A inibição ocorre se as espécies impedem a instalação de outras..
• A tolerância se as espécies iniciais não afetam as outras, e as mais tadiras acabam eliminando as primeiras.
• A competição interespecífica pode influênciar o ambiente.
• Biomas são amplas comunidades caracterizadas por condições ambientais e formas de vida específicas.
• Os biomas terrestres se distinguem pelos tipos vegetais e alguns desses são: tundra, taiga, floresta temperada caducifólia, pradaria, chaparral, deserto, savana, floresta tropical.
  • A tundra tem baixas temperaturas e precipitação em forma de neve, com uma camada de solo permanentemente gelado (permafrost).
  • A taiga ou floresta boreal tem verões amenos e invernos frios com precipitação em forma de neve.
  • A floresta temperada caducifólia tem um clima moderado e precipitação adequada, com árvores que perdem as folhas.
  • A pradaria é caracterizada por planícies sem árvores com vegetação de gramíneas.
  • O chaparral tem um clima mediterrânico com verões quentes e secos.
  • O deserto tem temperaturas extremas e pouca precipitação, com plantas adaptadas à aridez.
  • A savana tem altas temperaturas e alta precipitação com vegetação predominante de gramíneas e árvores menores.
  • A floresta tropical tem altas temperaturas, alta humidade e pluviosidade. Tem vegetação característica.

Ecossistemas: Componentes, Produtividade e Ciclos

• Ecosssistema são conjuntos formadaos por comundidades bióticas+biótopos e são sistemas ecológicos com influência mútua.
• O ecossistema é constituído por unidades funcionais com componentes bióticos (produtores, consumidores, decompositores) e abióticos (recursos e condições ambientais).
• A produtividade primária é a taxa de biomassa produzida pelos vegetais por unidade de área, medida em energia ou matéria orgânica seca.
• A produtividade primária bruta é a taxa de conversão da energia solar em energia química.
• A produtividade primária líquida é a taxa de produção de biomassa disponível para os heterotróficos (PPL = PPB - Respiração).
• A produtividade primária e limitada pela disponibilidade de água, temperatura e nutrientes.
• Nem toda a biomassa vegetal é consumida ou assimilada, e parte da energia assimilada é perdida por calor.
• As eficiências ecológicas incluem: % da produtividade total disponível consumida num nível trófico e % da energia alimentar assimilada.
• Eficiência de transferência refere-se a energia acumulada e usada em um dado nível.
• A energia dissipada não pode ser reutilizada, e o fluxo de matéria envolve ciclos biogeoquímicos.

Ciclos Biogeoquímicos Essenciais

• O Ciclo Hidrológico é impulsionado pela energia solar, com evaporação, precipitação, ventos e drenagem.

• O Ciclo do Carbono é conduzido pela fotossíntese e respiração, com trocas entre atmosfera, hidrosfera e biota.

• No Ciclo do Azoto, o azoto atmosférico é imprescindível e e possui microorganismos. A amônia, nitritos e nitratos podem ser convertidos.

• O ciclo do Azoto fixado vai para plantas leguminosas, decompositores, e bactérias.

• No Ciclo do Fósforo, as reservas principais são água e rochas, com tendência para transporte e sedimentação.