Material Teórico sobre Bioclimatologia e Orientações de Estudo

Ciências do Ambiente e Bioclimatologia Material Teórico Responsável pelo Conteúdo Profa Esp Valéria Leite Aranha Revisão Textual Prof Ms Claudio Brites Bioclimatologia Introdução Definição sobre Bioclimatologia Variação na Temperatura Conforto Térmico Considerações Finais Compreender como os elementos climáticos afetam a vida animal OBJETIVO DE APRENDIZADO Bioclimatologia Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja uma maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional siga algumas recomendações básicas Assim Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina Por exemplo você poderá determinar um dia e horário fixos como o seu momento do estudo Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo No material de cada Unidade há leituras indicadas Entre elas artigos científicos livros vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade Além disso você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados Após o contato com o conteúdo proposto participe dos debates mediados em fóruns de discussão pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento além de propiciar o contato com seus colegas e tutores o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Determine um horário fixo para estudar Aproveite as indicações de Material Complementar Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma Não se esqueça de se alimentar e se manter hidratado Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias Isso amplia a aprendizagem Seja original Nunca plagie trabalhos UNIDADE Bioclimatologia Introdução Ao estudar a distribuição das espécies pelos diversos habitats da Terra os ecólogos evolutivos têmse perguntado porque determinada espécie existe em certos locais e não em outros ou o que faz uma espécie ter distribuição mais ampla do que outra Como vimos nas unidades anteriores as respostas a essas questões são determinadas pela existência de certos eventos e elementos do meio ambiente que podem agir diretamente sobre o funcionamento do organismo e sobre o seu ciclo de vida Esses eventos chamados de fatores ecológicos foram divididos em abióticos que compreendem os elementos não vivos do meio ambiente como os físicos químicos e edáficos e os fatores bióticos envolvendo a ação de outros seres vivos através das relações ecológicas Embora essa divisão não considere que esses fatores se sobrepõem na natureza por exemplo na Amazônia o clima fator abiótico importante para a sobrevivência de muitas espécies é influenciado pela vegetação fator biótico O estudo do efeito dos fatores ecológicos sobre os seres vivos levou os ecólogos a enunciarem a Lei da Tolerância estabelecendo que toda espécie apresenta para cada fator ecológico um valor máximo e mínimo entre os quais consegue sobreviver chamados de limite de tolerância Assim por exemplo a carpa peixe nativo dos lagos do leste asiático tem para a temperatura um mínimo tolerado de 5ºC e um máximo de 24ºC Outros peixes de aquário e tanque de água doce têm limites mais restritivos como o acarábandeira originário dos rios da região amazônica cujo mínimo de tolerância é de 28ºC e o máximo de 30ºC O fisiologista e químico Liebig propôs em 1890 outra lei que rege a ação dos fatores ecológicos sobre os seres vivos a chamada Lei do Mínimo segundo a qual a distribuição de uma espécie é regida pelo fator ecológico para o qual o organismo possui menos controle e menores limites de tolerância Esse fator ecológico é denominado fator limitante pois restringe a ocupação de outros habitats pela espécie e é diferente para cada espécie O fator limitante tornase crucial quando os indivíduos da espécie estão mais frágeis e sensíveis e portanto com seus limites de tolerância mais estreitos É o que ocorre no período da reprodução os filhotes são mais indefesos e menos capazes de se adaptar às mudanças bruscas no ambiente Mesmo os adultos são afetados já que o cuidado com a prole é muito desgastante Pássaros adultos empregam 80 do seu tempo cuidando da alimentação da ninhada Em compensação passam eles próprios a se alimentar menos prejudicando sua resistência e diminuindo seus limites de tolerância A espécie deve ter ajustadas as suas características corporais e comortamentais aos fatores ecológicos de seu habitat principalmente aos fatores limitantes Esse ajustamento é chamado adaptação Essa adaptação contínua acumula modificações na estrutura genética até produzir uma espécie totalmente nova 8 9 Além de modificações corporais que tornam os seres vivos adaptados ao ambiente e que são moldadas ao longo de milhares de anos há outra forma de adaptação muito mais dinâmica e eficiente o comportamento entendido como qualquer alteração na conduta animal provocada por um estímulo Por exemplo quando a temperatura diminui e o alimento começa a faltar estímulo muitos pássaros migram comportamento fugindo assim de uma condição ambiental que ameaça a sobrevivência O comportamento tem duas fontes básicas a herança genética e a aprendizagem O comportamento que passa geneticamente de geração a geração é chamado inato Costuma ser mais simples não se modifica durante a vida do indivíduo e restringe se a atividades básicas de sobrevivência alimentação defesa e reprodução O comportamento inato programa o indivíduo para as respostas fixas a situações ambientais e de vida que não se alteram ao longo de muitas gerações e que devem ser iguais para todos os indivíduos da espécie Um exemplo típico é o canto de acasalamento dos pássaros que deve ser sempre igual para permitir o fácil reconhecimento pela fêmea O comportamento aprendido por outro lado é adquirido durante a vida do indivíduo é próprio de cada ser e não é transmitido geneticamente Depende do condicionamento e memória do animal sendo mais comum entre aves e mamíferos A capacidade de aprendizagem permite uma adaptação mais rápida e maleável às mudanças do ambiente como a procura de locais adequados para a alimentação ou abrigo ou técnicas mais eficientes de caça Um exemplo é o das abelhas que aprendem onde estão as melhores flores da região e em qual época elas produzem mais néctar espécie ausente mínimo número de indivíduos ótimo zona ótima zona de sobrevivência limites de tolerância da espécie máximo valor do fator espécie ausente espécie rara espécie rara espécie comum espécie comum espécie abundante Figura 1 Lei da Tolerância A abundância de carpas varia em função do nível de intensidade do fator ecológico considerado por exemplo a temperatura É uma representação grafi ca que permite visualizar a Lei da Tolerância Fonte Adaptado de Sariego 1994 p 17 9 UNIDADE Bioclimatologia Definição sobre Bioclimatologia É o estudo dos fenômenos naturais do ambiente influenciando a vida animal e vegetal Algumas definições da bioclimatologia surgiram definindo esta ciência como ramo da climatologia e da ecologia que trata dos efeitos do ambiente físico sobre os organismos vivos Tito 1998 conceitua a bioclimatologia animal como ciência que busca entender as relações entre elementos climáticos e a fisiologia animal tendo como perspectiva a superação de barreiras limitações impostas pelo meio ambiente sobre a expressão do potencial genético dos animais Segundo Silva 2000 a bioclimatologia é o campo especializado da climatologia que se ocupa das relações entre biosfera e atmosfera e é também compartilhada com a ecologia Bioclimatologia Animal é a ciência que busca entender as relações existentes entre os elementos climáticos e a fisiologia animal tendo como meta o bom desempenho animal de acordo com o potencial genético Bioclimatologia entre as mais variadas definições sobre bioclimatologia a forma mais simples e ao mesmo tempo a mais ampla é a que a define como o estudo da interrelação entre clima solo planta e animais complementado como um ramo da ecologia que estuda as reações e adaptações dos organismos vivos no e ao ambiente em que vivem Nossos estudos de bioclimatologia darão ênfase à área da zootecnia atendendo assim aos objetivos desta unidade de estudo que é o de compreender como os elementos climáticos afetam a vida animal Variação na Temperatura Animais Ectotérmicos e Endotérmicos A temperatura dos organismos e determinada pelas trocas de energia com o ambiente externo As temperaturas ambientais variam muito em toda a biosfera como ja vimos na unidade anterior e a sobrevivência e o funcionamento dos organismos estão fortemente relacionados a sua temperatura interna A temperatura de um organismo esta relacionada ao balanço entre os ganhos e as perdas de energia para o ambiente externo Portanto os organismos devem ou tolerar variações 10 11 em sua temperatura interna quando a temperatura do ambiente externo muda ou modificar sua temperatura interna por alguns modos fisiológicos morfológicos ou comportamentais As temperaturas ambientais particularmente seus extremos são portanto importantes e determinantes da distribuição dos organismos como demonstrado pelas relações entre os biomas e os padrões climáticos globais discutidos nas unidades anteriores A temperatura controla a atividade fisiológica A produção metabólica de energia química e a produção de componentes para o crescimento e a reprodução dependem de reações bioquímicas sensíveis a temperatura Cada reação tem uma temperatura ótima relacionada a atividade de enzimas moléculas baseadas em proteínas que catalisam as reações bioquímicas As enzimas são estruturalmente estáveis em uma faixa limitada de temperaturas A temperaturas elevadas as proteínas constituintes perdem sua integridade estrutural ou tornamse desnaturadas quando suas ligações se rompem A maioria das enzimas tornase desnaturada a temperaturas variando entre 40ºC e 70ºC A temperatura letal superior para a maioria dos organismos e menor do que a temperatura na qual suas enzimas tornamse desnaturadas provavelmente porque a coordenação metabólica entre as rotas bioquímicas e perdida nessas temperaturas O limite extremo inferior para a atividade enzimática e cerca de 5ºC WILLMER et al 2005 Os peixes e crustáceos antárticos podem alcançar temperaturas corporais de 2ºC porque a concentração de sais na água do mar na qual eles vivem diminui seu ponto de congelamento A temperatura também determina as taxas de processos fisiológicos influen ciando as propriedades de membranas particularmente a baixas temperaturas As membranas das células e organelas são compostas de duas camadas de moléculas lipídicas A baixas temperaturas essas membranas podem se solidificar e as pro teínas e enzimas embebidas nelas podem perder sua função afetando processos tais como a respiração mitocondrial As membranas também perdem sua função seletiva quando solidificam vazando metabolitos celulares A sensibilidade do fun cionamento da membrana às baixas temperaturas parece estar relacionada a com posição química das moléculas lipídicas da membrana A temperatura influencia processos fisiológicos em organismos terrestres afetando a disponibilidade hídrica Como vimos na unidade anterior quanto mais quente o ar mais vapor de dágua ele pode reter Em consequência disso a taxa na qual os organismos terrestres perdem água de seus corpos esta relacionada a temperatura do ar Os animais influenciam sua temperatura modificando o balanço de energia Em um dia quente dar um mergulho na piscina e então sentarse a sombra com uma brisa alivia o calor opressivo Os elefantes adotam uma rotina similar nadando e borrifando água nas costas com a tromba Esse tipo de comportamento facilita a perda de calor de vários modos O contato direto de sua pele aquecida com a 11 UNIDADE Bioclimatologia água fresca leva a perda de energia pelo processo de condução a transferência de energia do quente moléculas movendose mais rapidamente para o frio moléculas movendose mais lentamente Quando água e ar movemse na superfície de seu corpo a energia calórica e perdida por convecção A mudança no estado da água do líquido para o vapor quando ela evapora sobre a superfície de sua pele absorve calor transferência de calor latente Menos óbvia e a perda de calor quando nos movemos para a sombra e irradiamos calor para os objetos mais frios nas imediações O balanço entre os ganhos e as perdas de energia determina se a temperatura de um objeto vivo ou não aumentara ou diminuirá Ajustando esse balanço de energia com o ambiente os organismos podem influenciar sua temperatura e portanto sua atividade fisiológica Evitar temperaturas adversas por meio do comportamento e de modificações morfológicas do balanço energético e uma estratégia utilizada pelos animais que também exibem vários graus de tolerância às variações da temperatura corporal Alguns animais em particular aves e mamíferos tem a capacidade de gerar calor internamente A perda evaporativa de calor não está largamente distribuída entre os animais Exemplos notáveis de refrigeração evaporativa em animais incluem a transpiração nos seres humanos a respiração ofegante em cães e outros animais e a ação de lamber o corpo por alguns marsupiais sob condições de extremo calor A geração interna de calor por alguns animais representa um avanço ecológico fundamental Os animais capazes de geração metabólica de calor conseguem manter relativamente constantes as temperaturas internas próximo ao ótimo para a atividade fisiológica ao longo de grande faixa de temperaturas externas e como resultado disso podem expandir suas áreas de distribuição geográfica Existem vários graus de dependência da geração interna de calor dentro do reino animal Animais que regulam principalmente sua temperatura corporal pela troca de energia com o ambiente externo os quais incluem a maioria das espécies animais são chamados ectotermos Os animais que dependem principalmente da geração interna de calor chamados de endotermos incluem mas não estão limitados a aves e mamíferos A geração interna de calor é também encontrada em peixes como exemplo o atum e insetos como as abelhas as quais geram calor para funções metabólicas e defesa ΔHanimal Variação de energia térmica do animal RS radiação solar IRg Ganho de radiação infravermelha IRp Perda de radiação infravermelha Hconv Transferência convectiva de calor Hcond Transferência condutiva de calor Hevap Transferência de calor por evaporação Hmet Geração metabólica de calor ΔHanimal RS IVg IVp Hconv Hcond Hevap Hmet Figura 2 Modificação do balanço energético de animais Fonte Acervo do Conteudista 12 13 Regulação da temperatura e tolerância em ectotermos Geralmente os ectotermos têm maior tolerância para a variação na temperatura corporal do que os endotermos presumivelmente porque não podem alterar suas temperaturas corporais com tanta facilidade como os endotermos A troca de calor com o ambiente quer para refrigeração ou aquecimento depende da quantidade de área superficial relativa ao volume do animal Uma grande área superficial em relação ao volume permite maior troca de calor mas torna mais difícil manter uma temperatura interna constante em face das temperaturas externas variáveis Uma área superficial menor em relação ao volume diminui a capacidade do animal para ganhar ou perder calor Essa relação entre área superficial e volume impõe um limite sobre o tamanho e a forma do corpo de animais ectodérmicos Para uma forma corporal semiesférica quando o tamanho do corpo aumenta a razão entre a área de superfície e o volume diminui e a capacidade de trocar calor com o ambiente diminui Pequenos ectotermos aquáticos geralmente permanecem a mesma temperatura que a água circundante Alguns animais aquáticos maiores entretanto demonstram capacidade para manter temperatura corporal significativamente mais quente do que a água circundante Por exemplo o atumsaltador Katsuwonis pelames usa a atividade muscular em conjunto com a troca de calor entre vasos sanguíneos para manter a temperatura corporal até 14ºC 25ºF mais quente do que a água do mar circundante Outros grandes peixes oceânicos usam mecanismos circulatórios de troca de calor para manter os músculos aquecidos isso e particularmente importante para espécies predatórias que dependem de aceleração rápida para capturar presas as quais são auxiliadas por terem músculos mais aquecidos Músculo vermelho de natação A B Geração interna de calor do atum Vértebra Os músculos vermelhos de natação geram calor 193ºC 213ºC 233ºC 253ºC 273ºC 293ºC 314ºC 193ºC 213ºC 233ºC 253ºC 273ºC 293ºC 314ºC Figura 3 A Geração interna de calor pelo atum Calor gerado nos músculos vermelhos de natação do atumsalta dor usados para atravessar a agua aquece o sangue que fl ui por eles e e conduzido por veias próximo a superfície do corpo Essas veias funcionam em paralelo as artérias que carregam o sangue oxigenado frio proveniente das brânquias aquecendo esse sangue antes que ele chegue aos músculos de natação B Um corte transversal de um atum mostra que as temperaturas em seu núcleo permanecem mais quentesdo que aquelas da agua circundante Fonte Adaptado de Cain 2011 p 95 13 UNIDADE Bioclimatologia A mobilidade de muitos ectotermos terrestres lhes permite se mover para locais mais quentes ou mais frescos para ajustar sua temperatura corporal Aquecerse ao sol ou moverse para a sombra permite a esses animais ajustarem ganhos e perdas de energia via radiação solar condução e radiação infravermelha Por exemplo répteis e insetos emergindo de esconderijos após uma noite fria irão exporse ao sol para aquecer o corpo antes de iniciarem suas atividades diurnas Em regiões temperadas e polares as temperaturas caem abaixo do ponto de congelamento por extensos períodos Os ectotermos que habitam essas regiões devem evitar ou tolerar a exposição a condições de congelamento A evasão pode tomar a forma de migração sazonal movendose para uma latitude mais baixa ou o movimento para microambientes locais onde a temperatura situase em torno ou acima do congelamento enterrandose no solo A tolerância a temperaturas abaixo de zero envolve minimizar o dano associado com a formação de gelo nas células e tecidos Se o gelo toma a forma de cristais eles irão perfurar as membranas celulares desorganizando o funcionamento metabólico Alguns insetos que habitam climas frios contêm altas concentrações de glicerol composto químico que minimiza a formação de cristais de gelo e diminui o ponto de congelamento dos fluidos corporais Esses insetos passam o inverno em estado semicongelado emergindo na primavera quando as temperaturas são mais apropriadas à atividade fisiológica Vertebrados ectodérmicos geralmente não toleram o congelamento no mesmo grau que os invertebrados ectodérmicos devido aos tamanhos maiores e à maior complexidade fisiológica Raros anfíbios entretanto podem sobreviver parcialmente congelados Figura 4 Animais móveis podem usar o comportamento para ajustar sua temperatura corporal Esse lagarto dearvoreornamentado Urosaurus ornatos moveuse para um local ensolarado para absorver radiação solar e elevar sua temperatura corporal a uma faixa adequada a realização de suas atividades diarias Fonte iStockGetty Images Regulação da temperatura e tolerância em endotermos Apesar de tolerarem uma faixa mais estreita de temperaturas corporais do que os ectotermos 30ºC 45ºC 86ºF 113ºF a capacidade dos endotermos para gerar calor internamente lhes tem permitido expandir grandemente suas áreas de 14 15 distribuição geográfica Os endotermos podem permanecer ativos a temperaturas abaixo de zero algo que a maioria dos ectotermos não podem fazer O custo de ser endotérmico é uma alta demanda por energia alimento para suportar a produção metabólica de calor A taxa de atividade metabólica em endotermos está associada com a temperatura externa e com a taxa de perda de calor A taxa de p erda de calor por sua vez está relacionada ao tamanho do corpo devido a sua influência sobre a razão entre a área de superfície e o volume Pequenos endotermos têm taxas metabólicas maiores e requerem mais energia e taxas de alimentação maiores do que grandes endotermos Animais endotérmicos mantém taxa metabólica basal constante ao longo de uma faixa de temperaturas ambientais conhecida como zona termoneutra Quando a temperatura ambiental cai para um ponto em que a perda de calor é maior do que a produção metabólica de calor a temperatura corporal começa a cair provocando elevação na geração metabólica de calor Esse ponto é chamado temperatura crítica inferior A zona termoneutra e a temperatura crítica inferior diferem dentro das espécies de mamíferos Como seria esperado animais do Ártico têm temperaturas críticas inferiores abaixo daquelas de animais de regiões tropicais Observe também que a taxa de atividade metabólica aumenta mais rapidamente abaixo da temperatura crítica inferior em mamíferos tropicais do que em mamíferos do Ártico ÁRTICO TROPICAL Esquilo do solo Filhote do urso polar Mais frio B A Superior Inferior Mais quente Zona termoneutra Temperatura crítica inferior 400 300 200 100 70 50 30 10 10 30 Temperatura corporal Temperatura mais baixa no Ártico Temperatura ambiental C Taxa metabólica normalizada em brasal Raposa ártica e grandes mamíferos Filhote de cão esquimó Lêmingue Taxa metabólica basal 100 Doninha Quati Ratodomato Sagui Humano nu Observada Extrapolada Macacodanoite Guaxinim Preguiça Taxa metabólica Quando a temperatura ambiental cai abaixo da temperatura crítica inferior a taxa metabólica começa a aumentar a fm de gerar mais calor A taxa metabólica basal permanece a mesma enquanto a temperatura ambiental situase dentro da zona termoneutra Figura 5 As taxas metabólicas em endotermos variam com as temperaturas ambientais A A taxa metabólica basal de um endotermos permanece constante ao longo de uma faixa de temperaturas conhecida como zona termoneutra Quando as temperaturas ambientais alcançam um limite inferior conhecido como a temperatura crítica inferior sua taxa metabólica aumenta para gerar calor adicional B As zonas termoneutras e as tempera turas críticas inferiores dos endotermos variam com seus habitats As temperaturas críticas inferiores de endo termos articos são menores do que aquelas de endotermos tropicais e suas taxas metabólicas aumentam mais lentamente abaixo dessas temperaturas críticas como mostrado pelas inclinações mais baixas das curvas Fonte Adaptado de Cain 2011 p 96 15 UNIDADE Bioclimatologia Qual é a razão para essas diferenças entre animais de diferentes biomas Explor Para a endotérmica funcionar eficientemente os animais devem ser capazes de reter o calor do corpo Portanto a evolução da endotérmica em aves e mamíferos requer isolamento térmico plumagem pelagem e gordura Essas camadas isolantes proporcionam uma barreira que limita a perda condutiva de calor e em alguns casos convectiva A pelagem e a plumagem isolam principalmente ao proporcionar uma camada de ar estacionário similar à camada limítrofe adjacente à pele Diferenças no isolamento ajudam a explicar as diferenças nas temperaturas críticas inferiores e a velocidade de elevação da taxa metabólica entre os endotermos Os mamíferos árticos geralmente mantêm pelagens mais espessas do que mamíferos de climas mais quentes Em climas mais quentes a capacidade para se refrescar por meio da condução e convecção e inibida pelo isolamento e a pelagem espessa pode ser um impedimento para a manutenção da temperatura corporal ótima Alguns endotermos apresentam aclimatização sazonal a temperatura pelo crescimento de uma pelagem mais espessa no inverno a qual e trocada quando as temperaturas se tornam mais quentes Climas frios são severos para endotermos pequenos Mamíferos pequenos por necessidade têm pelagem fina visto que a pelagem espessa inibiria sua mobilidade A elevada demanda por energia metabólica abaixo da temperatura crítica inferior os baixos valores de isolamento de sua pelagem e sua baixa capacidade de armazenar energia tornam os pequenos mamíferos residentes improváveis de habitats polares alpinos e temperados Entretanto as faunas de muitos desses climas frios contêm muitos endotermos pequenos às vezes em grandes abundâncias O que explica essa aparente discrepância Explor Endotermos pequenos tais como roedores e beijaflores são capazes de alterar a temperatura crítica inferior durante períodos frios entrando em um estágio de dormência conhecido como torpor As temperaturas corporais dos animais em torpor podem cair tanto quanto 20ºC abaixo de suas temperaturas normais A taxa metabólica de um animal em torpor e 5090 menor do que sua taxa metabólica normal proporcionando substancial economia de energia SCHMIDTNIELSEN 1997 Entretanto energia ainda e necessária para despertar o animal do torpor e trazer a temperatura corporal de volta a seu valor usual Portanto a duração de tempo que um animal pode permanecer em torpor e limitada por suas reservas de energia Pequenos endotermos podem passar regularmente por um torpor diário para minimizar a energia necessária durante noites frias O torpor que dura várias semanas durante o inverno e possível somente para animais que têm acesso a alimento suficiente e podem armazenar reservas de energia suficientes tais como 16 17 marmotas O torpor e relativamente raro em climas polares devido a falta de alimento para proporcionar suficiente armazenamento de energia em gordura para atravessar o inverno sem comer Alguns grandes animais tais como ursos entram em sono hibernal de longa duração durante o qual a temperatura corporal diminui apenas levemente em vez de entrarem em torpor de oxigênio mlhora Taxa metabólica consumo Temperatura corporal C Dias 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Torpor Profundo Despertar Torpor Temperatura corporal normal Durante o torpor a taxa metabólica diminui substancialmente diminuindo a demanda energética Figura 6 Torpor de longa duração em marmotas O torpor permite as marmotas Marmota fl aviventris conservarem energia durante o inverno quando a comida e escassa e a demanda por energia metabólica para se manterem aquecidas e alta Fonte Adaptado de Cain 2011 p 97 Conforto Térmico Conforto térmico para animais homeotérmicos é quando o animal se encontra em um ambiente de equilíbrio térmico ou seja situação em que o animal não necessita mobilizar os recursos de termorregulação para se ajustar às condições ambientais Portanto o animal não sofre estresse pelo frio ou pelo calor Nessas condições desde que alimentado adequadamente o animal apresenta o máximo do desempenho produtivo de acordo com o potencial genético Os limites de temperatura ideal para o conforto animal estão condicionados a vários fatores tais como espécie raça peso idade estado fisiológico condição nutricional e fatores ambientais variados Segundo Silva 2000 alguns autores determinam o conforto térmico de várias espécies de animais baseandose na umidade e na temperatura É importante que se considere também a radiação solar para não corrermos o risco de não considerar a diferença entre animais mantidos no interior de um abrigo à sombra e sob o sol direto Outro fator que pode atuar na termoneutralidade é o vento Em um ambiente com a mesma temperatura mesma umidade do ar e mesma intensidade da radiação solar a presença do vento influencia diretamente no bemestar do animal 17 UNIDADE Bioclimatologia A importância do conforto animal reside no fato de que na termoneutralidade o gasto de energia para a manutenção do animal ocorre em um nível mínimo e dessa forma a energia metabolizada pode ser direcionada quase que na totalidade para os processos produtivos não ocorrendo o consumo de energia de que todo e qualquer mecanismo de termorregulação necessita Hipotermia Homeoteramia Hipertermia Sobrevivência Morte Morte Conforto Térmico Temperatura do ambiente Reações Fisiológicas e Comportamentais Reações Fisiológicas e Comportamentais Estresse de Frio Representação da variação da temperatura corporal do animal Representação da utilização de energia pelo animal para termorregulação Temperatura crítica inferior TCI Temperatura crítica superior TCS Estresse de Calor Figura 7 Zona de Termoneutralidade Para saber se um animal esta ou não em sua zona de conforto é fundamental estabelecer as TCs inferiores e superiores Fonte Adaptado de Prof Dr Marcos Chiquitelli Neto UNESPIlha Solteira Radiação solar e suas implicações no conforto térmico A radiação solar é uma energia eletromagnética de ondas curtas que atinge a Terra e é a fonte principal de calor no ambiente portanto é imprescindível para a vida na Terra Da energia solar grande parte é perdida na atmosfera da seguinte forma 1 Por reflexão 30 são refletidas pelas camadas de nuvens de volta para o espaço e 6 são refletidas pela superfície terrestre 2 Por absorção 15 são absorvidas na atmosfera pelo vapor de água CO2 e partículas aerossóis e 3 são absorvidas na ionosfera na formação de ozônio 3 Por dispersão 15 são dispersadas pelas partículas sólidas e gasosas Portanto da radiação solar apenas 31 atingem a superfície terrestre As parcelas da radiação que atingem a superfície da Terra são constituídas basicamente por ondas curtas 03 a 40μm A energia solar que atinge a superfície terrestre ao nível do mar raramente excede 1088 a 1120 Wm² mesmo nos dias mais claros em média achase ao redor de 900 a 980Wm² A banda UVC 020 028μm apresenta um efeito biológico particularmente intenso e perigoso mas é quase toda absorvida pela camada de ozônio e não ultrapassa a estratosfera A banda UVB 028 032μm é importante para a síntese de vitamina D mas 18 19 apresenta riscos de dano celular quando há exposição excessiva a ela Os raios da banda UVA 032 040μm são menos penetrantes e estão associados à síntese de melanina Entretanto a radiação solar tem vários efeitos biológicos importantes entre eles síntese orgânica fotossíntese síntese de vitamina D transformação da matéria melanogênese eritemas efeitos bactericidas e efeitos diversos fotoperiodismo fototropismo fototaxia movimentos fotonásticos germinação de sementes fotomorfose estímulos nervosos e glandulares O balanço térmico ou a radiação trocada entre o animal e o meio ambiente depende dos tipos de exposição do animal à radiação A radiação chega ao animal de duas formas radiação solar direta através da pelagem ou pelo 50 a 70 do total em um ambiente aberto e radiação solar difusa retransmissão do calor radiante As trocas térmicas por radiação entre os animais e seu ambiente climas tropicais determinam as diferenças entre um ambiente tolerável ou insuportável Todo e qualquer objeto ou superfície cuja temperatura esteja acima de zero absoluto 0C ou 27315F representa fonte de radiação térmica d a b c e g f Figura 8 Fontes de radiação térmica sobre o animal Pode ser observada a radiação solar de ondas curtas a radiação de ondas curtas refl etidas pelas nuvens b radiação de ondas longas emitidas pelo Sol e refl etidas nas nuvens c radiação celeste de ondas curtas d radiação de ondas longas emitidas por corpos e objetos vizinhos e radiação de ondas longas emitidas pelo solo f e radiação de ondas curtas refl etidas na superfície do solo g Fo nte Adaptado de SILVA 2000 A velocidade do vento é um fator fundamental para a determinação das trocas térmicas por convecção e evaporação influindo diretamente no conforto térmico A radiação solar que atinge a superfície terrestre é mais ou menos absorvida pelo terreno dependendo da Em consequência a superfície transfere energia térmica para as moléculas de ar imediatamente em contato com elas convecção Quando a diferença de densidade do ar adjacente à superfície for tão grande em relação à densidade da atmosfera circundante que força ascensional permita vencer a gravidade então uma bolha de ar aquecido deslocase para cima e abre embaixo uma zona de baixa pressão sendo imediatamente preenchida pelo ar menos quente e mais denso das vizinhanças 19 UNIDADE Bioclimatologia Outro fator que influencia as trocas térmicas entre o animal e o ambiente é a umidade relativa do ar Quando o ambiente está quente e seco a evaporação processase de uma maneira mais rápida e pode ocorrer irritação cutânea e desidratação geral Por outro lado em ambiente quente e úmido a evaporação é muito lenta e causa redução na termólise aumentando o estresse pelo calor Estresse causado pela radiação Estresse Térmico É definido como sendo o resultado da inabilidade do animal em dissipar calor suficientemente para manter a sua homeotermia WEST 1999 O estresse térmico pode ser em função de temperaturas abaixo da TCI temperatura crítica inferior ou acima da TCS temperatura crítica superior O Brasil por estar situado geograficamente na sua maior parte entre o equador e o trópico apresenta problemas com o estresse causado pelo calor ou seja acima da TCS Termorregulação Entendese por termorregulação o processo de controle da temperatura corporal de um animal em um ambiente qualquer quando há um gradiente de temperatura ou seja quando o animal não se encontra em termoneutralidade Os seres vivos são sistemas geradores de energia térmica produzida no processo metabólico de manutenção das funções vitais do organismo A energia química denominada de taxa metabólica proveniente da transformação dos alimentos dá origem à energia mecânica isto é atividade muscular Além disso ocorre troca de energia com o ambiente denominada de energia térmica que ocorre de diferentes modos radiação convecção e condução Em um dado momento o organismo está ganhando e perdendo energia ou seja o animal deve estar em equilíbrio térmico com o ambiente a não ser quando o animal permanece numa condição de trabalho invariável em um ambiente absolutamente inalterado Normalmente o animal está em uma troca constante de energia e a temperatura corporal depende do equilíbrio entre os mecanismos de produção ganho e perda de calor Essa necessidade de troca de calor para proporcionar o conforto térmico ao animal apresenta grandes diferenças entre os tipos de animais Nos animais ectotérmicos a temperatura corporal varia com o meio ambiente externo em que vivem Esses animais exigem menor energia conseguindo sobreviver a longos períodos de escassez de alimento pois despendem menor quantidade de energia na produção de calor vivendo com baixa taxa metabólica Por isso podem utilizar grande parte de seu aporte de energia no crescimento e na reprodução embora como não dispõem de mecanismos eficazes no inverno a maioria dos répteis e anfíbios hibernam pois é uma maneira de sobreviver com o mínimo de taxa metabólica com o retorno das temperaturas mais quentes voltam às atividades normais de sobrevivência e procriação 20 21 Nos animais homeotérmicos a temperatura corporal não acompanha à do meio ambiente Por esse fato todos esses animais apresentam mecanismos para produzir calor quando a temperatura ambiente está abaixo da corporal para também dissipar o calor quando em excesso pela energia metabólica e pela irradiação que recebe do meio ambiente Quando esses mecanismos não conseguem manter a temperatura corporal no conforto térmico podem sofrer transtornos fisiológicos tais como choque pelo calor hipertermia choque pelo frio hipotermia e febre Mecanismo de transferência de energia térmica Os animais para estarem em homeotermia necessitam de uma constante troca de calor e os principais mecanismos são radiação convecção e somente para a dissipação de calor a evaporação Por definição a radiação é a transferência de energia térmica de um corpo para o outro através de ondas eletromagnéticas Qualquer superfície cuja temperatura esteja acima do zero absoluto 27315C ou 0K emite radiação térmica O fluxo de calor nesse processo depende da temperatura e da natureza da superfície da pele por exemplo animais de cor clara refletem mais radiação que animais de cores escuras A energia incidente na superfície entra sob a forma de ondas de radiação térmica que podem ser refletidas absorvidas e transmitidas As propriedades da superfície quanto à transferência de radiação podem ser reflexividade absorvida de transmissidade e emissividade A condução é a transferência de energia térmica entre corpos entre partes de um mesmo corpo por meio de energia cinética da movimentação das moléculas ou pela movimentação de elétrons livres Esse fluxo passa das moléculas de alta energia para as de baixa necessitando de contato direto É um processo importante na termorregulação do animal pois esse processo permite a passagem de calor desde o núcleo central do organismo até a superfície corporal externa através do contato entre partículas dos tecidos Também é responsável pela passagem do calor da superfície da pele para o meio A velocidade depende do gradiente térmico entre a pele e o meio A convecção é a transferência de energia através de um fluido líquido ou gasoso A corrente de fluido absorve energia térmica em um dado local e então deslocase para o outro lado onde se mistura e transfere energia Ocorre a transferência de energia devido à movimentação de ar cujas moléculas são de corpos mais quentes para os mais frios portanto os fatores nesse processo são a movimentação do ar e a extensão da superfície corporal A convecção pode ser natural ou passiva quando ocorre o deslocamento do fluido por diferença na densidade mas pode ser forçada ou ativa quando o deslocamento do fluido ocorre por forças ativas como bombas ventiladores mecanismos geradores de ventos ou turbulências 21 UNIDADE Bioclimatologia Enquanto a evaporação é a transferência de calor pela passagem das moléculas de água ao ar sob a forma de vapor Esse mecanismo de dissipação de calor pode ocorrer na pele e nas vias respiratórias É um processo muito importante pois em temperaturas elevadas a maior parte da dissipação de calor ocorre por evaporação O animal perde calor quando a água contida no suor na saliva e nas secreções respiratórias é transformada em vapor de água A perda do calor por evaporação é contínua mesmo em condições termoneutras devido à ocorrência de difusão de água através da pele sudorese e vapor de água nas vias respiratórias A sudorese ou sudação ocorre a partir de glândulas sudoríparas localizadas na derme A maior parte dos mamíferos placentários possui glândulas sudoríparas mas nos cães e suínos essas glândulas são pouco desenvolvidas Os animais domésticos que mais suam pela ordem decrescente de importância desse mecanismo para a termorregulação são os equinos asininos bovinos bubalinos caprinos ovinos e suínos Além disso existem sensíveis diferenças entre as raças desses animais O ofego ou hiperpneia é a forma de aumentar a evaporação pelas vias respiratórias principal meio de perda de calor por evaporação em aves suínos cães e ovinos submetidos a altas temperaturas A perda de água provoca no animal um aumento no consumo para fazer a reposição Figura 9 Troca de calor entre um grande mamífero e o ambiente em um dia quente As setas vermelhas indicam as fontes de ganho de calor líquido pelo animal radiação total as setas azuis representam as vias de perda de calor líquido resfriamento por evaporação condução para o solo radiação de ondas longas para o espaço e convecção forçada pelo vento Se as temperaturas do ar e do solo forem maiores do que as do animal as setas de convecção forçada condução e radiação deverão ser invertidas Desse modo o animal poderia perder calor apenas através do resfriamento por evaporação Fonte Hickman 2016 p 704 22 23 Figura 10 Adaptações fi siológicas e comportamentais do elande para regular a temperatura na quente e arida savana da África Central Fonte Hickman 2016 p 703 Efeito do estresse térmico e termorregulação nos animais Estresse térmico pelo excesso de calor ou seja estresse causado por temperaturas acima da termoneutralidade Segundo Truman 1988 o estresse atua em detrimento do bemestar do organismo Outra definição apresentada por Baccari Jr 1987 é que o estresse é a soma de respostas do organismo à agressão de ordem física psicológica infecciosa e outros capazes de pertubarlhe a homeostase Os tipos de estresse podem ser mecânicos traumatismo físicos calor frio umidade eletricidade som químicos drogas biológicos agentes infecciosos estado de nutrição dos esforços corporais e fatores psíquicos solidão medo conforme Baccari Jr 1987 Em se tratando de estresse térmico para cada espécie animal existe uma faixa de temperatura de conforto térmico Além das diferenças entre espécies varia também de acordo com a raça idade peso corporal e outros fatores que interferem na termoneutralidade Quando a temperatura do meio é abaixo da temperatura crítica inferior ou acima da temperatura crítica superior ou seja fora da faixa de conforto térmico desencadeiam no animal processos de termorregulação na tentativa de manter a temperatura corporal em homeotermia Porém quando a temperatura inferior for abaixo do limite inferior ou acima do limite superior o animal não consegue manter a temperatura corporal e entra em hipotermia abaixo ou hipertermia superior e o animal sobrevive com estresse extremo e grande desgaste portanto com grande prejuízo no desempenho O limite de sobrevivência do animal é atingido no limite inferior da hipotermia ou no limite superior da hipertermia 23 UNIDADE Bioclimatologia Na verdade os animais diferem quanto às altas temperaturas que podem suportar A tolerância à temperatura extrema pode variar com o tempo de exposição e um certo grau de adaptação à exposição por um longo tempo na temperatura próxima do limite térmico possa ocorrer Frequentemente ampliase esse limite porque o animal com excesso de calor acomodase e pode tolerar a temperatura que anteriormente era letal Devemos lembrar que a temperatura letal para certos animais não pode ser determinada com precisão porque o tempo de exposição é também importante pois uma temperatura abaixo ou acima do limite de sobrevivência por alguns minutos pode ser suportada pelo animal mas se for mantida por várias horas o animal poderá vir a perecer Outros elementos também atuam nessa tolerância como a presença de vento a umidade relativa do ar a altitude e ainda outros fatores como o estado de saúde do animal etc Considerações Finais A temperatura dos organismos e determinada pelas trocas de energia com o ambiente externo A temperatura exerce controles importantes sobre os processos fisiológicos por meio de seus efeitos sobre enzimas e membranas Os ganhos de energia a partir do ambiente e as perdas de energia para ele determinam a temperatura de um organismo Modificar essa troca de energia com o ambiente permite a um organismo controlar sua temperatura Os animais modificam seu balanço energético principalmente por meio do comportamento ajustando a eficácia da perda de calor convectivo e nos animais endotérmicos pela geração interna de calor As aves e mamíferos endotérmicos diferem dos ectotérmicos por terem uma produção de calor metabólico muito maior e uma condutância de calor do corpo muito menor Eles mantêm a temperatura corporal constante equilibrando a produção com a perda de calor Os pequenos mamíferos em sua maioria em ambientes quentes escapam do calor intenso e reduzem a perda de água por evaporação vivendo em tocas Os animais maiores empregam diversas estratégias para lidar com a exposição direta ao calor incluindo isolamento por reflexão armazenamento de calor pelo corpo e resfriamento por evaporação Os endotérmicos de ambiente frios mantêm a temperatura corporal diminuindo a perda de calor com uma pelagem ou plumagem espessa através do resfriamento periférico e aumentando a produção de calor através do tremor e da termogênese sem tremores Os pequenos endotérmicos também podem fugir da exposição às baixas temperaturas vivendo sob a neve 24 25 A hipotermia adaptativa é uma estratégia usada por pequenos mamíferos e aves para reduzir as demandas de energia durante períodos de inatividade torpor diário ou em períodos de frio prolongado e disponibilidade mínima de alimento hibernação Conforto térmico para animais homeotérmicos é quando o animal se encontra em um ambiente de equilíbrio térmico ou seja situação em que o animal não necessita mobilizar os recursos de termorregulação para se ajustar às condições ambientais portanto o animal não sofre estresse pelo frio ou pelo calor Entendese por termorregulação o processo de controle da temperatura corporal de um animal em um ambiente qualquer quando há um gradiente de temperatura ou seja quando o animal não se encontra em termoneutralidade Os animais diferem quanto às altas temperaturas que podem suportar A tolerância à temperatura extrema pode variar com o tempo de exposição e um certo grau de adaptação à exposição por um longo tempo na temperatura próxima do limite térmico possa ocorrer 25 UNIDADE Bioclimatologia Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade Sites Embrapa httpswwwembrapabr Livros A economia da natureza RICKLEFS Robert RELYEA Rick A economia da natureza 7 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2016 Introdução a bioclimatologia animal SILVA Roberto Gomes Introdução a bioclimatologia animal São Paulo Editora Nobel 2000 Vídeos Bem Estar Animal e Conforto Térmico httpsyoutubeqtYXWbU9Q Termorregulação animais httpsyoutubeC59NMfSLkM 26 27 Referências CAIN Michael L BOWMAN William D HACKER Sally D Ecologia Porto Alegre Artmed 2011 HICKMAN Cleveland P ROBERTS Larry S KEEN Susan L EISENHOUR David J LARSON Allan I Princípios integrados de zoologia 16 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2016 SARIEGO José Carlos As ameaças ao planeta azul São Paulo Scipione 1994 TAKAHASHI Leonardo Susumu Bioclimatologia zootécnica Jaboticabal UNESP 2009 27