Slides Ecologia-2022 2

Teias alimentares Departamento de Biodiversidade e Conservação da Natureza – DABIC Prof. Elizabete Satsuki Sekine TOWNSEND, C. R.; BEGON, M.; HARPER, J. L. Fundamentos em ecologia. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. 592p. sequência de relações tróficas pelas quais a energia passa através do ecossistema Níveis tróficos Detritívoros desempenham um papel distinto nos ecossistemas Produtores primários – autótrofos Consumidores primários – herbívoros (formigas, boi etc) Consumidores secundários – vários tipos de carnívoros Consumires terciários etc Cadeia alimentar elos de uma cadeia alimentar Fluxo de energia e matéria As relações de alimentação organizam as comunidades em teias alimentares • Teia alimentar – enfatiza a diversidade • Enfatiza as conexões entre as populações • Comunidades diferentes de diversidade semelhante podem ter estruturas de teia alimentar diferentes. a) Comunidade de lodo contendo gastrópodes e bivalves e suas presas tem somente uma espécie onívora (que se alimenta em mais de um nível trófico) - Simples b) Teia alimentar baseada na planta Baccharis, insetos herbívoros e seus parasitóides – envolve diversas espécies onívoras - Complexa Efeitos da riqueza de espécies sobre a estrutura da teia alimentar • Podemos classificar a complexidade de uma teia alimentar pelo seu número de conexões de alimentação e níveis tróficos. • Uma crescente riqueza de espécies normalmente está relacionada a uma crescente complexidade de teia alimentar. • A resiliência das comunidades aumenta com a diversidade de espécies Efeitos da riqueza de espécies sobre a estrutura da teia alimentar • Alguns consumidores podem manter a diversidade entre as espécies de recurso influenciando a estrutura da comunidade: • Espécies-chave – espécies que estão mais firmemente ligadas à estrutura da teia alimentar do que outras • Sua remoção determina o colapso da estrutura da teia alimentar • Exemplo 1 • Retirada das estrelas-do-mar predadoras de mexilhão – Mexilhão Mytilus se espalhou expulsando outros organismos e reduzindo a diversidade e a complexidade das teias alimentares locais Até que encontrou as poças de maré da Baía de Makah, no noroeste dos Estados Unidos, onde havia tudo o que ele precisava: cerca de 15 espécies de organismos, gastrópodes carnívoros se alimentando de cracas, ouriços-do-mar se alimentando de algas... PASSION PICTURES As poças de maré estavam cheias de vida... e de estrelas do mar ... e, o mais importante, um grande predador: estrelas-do-mar. O ecologista e biólogo John Terborgh foi quem explorou essas ilhas — e lembra que, quando chegou lá, "parecia que tinham sido arrasadas por um furacão". PASSION PICTURES O que antes era uma bela floresta, alguns anos depois era pura devastação... Em algumas ilhas, as formigas-cortadeiras haviam se reproduzido descontroladamente, dada a ausência de formigas-guerreiras, e, por isso, foram desfolhando as árvores até matá-las. Quando Sinclair começou a trabalhar em Serengeti — embora ainda não tivesse percebido naquele momento — , o parque nacional mais famoso do mundo estava bastante degradado. GETTY IMAGES Os gnus tinham sido vítima da peste bovina Há 120 anos, uma epidemia de peste bovina, muito semelhante ao sarampo, dizimou os animais locais, particularmente os gnus, cuja população permaneceu baixa por 70 anos, até que, nos anos 1960, os veterinários conseguiram erradicar a doença na maior parte da África. Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas Departamento de Biodiversidade e Conservação da Natureza – DABIC Prof. Elizabete Satsuki Sekine TOWNSEND, C. R.; BEGON, M.; HARPER, J. L. Fundamentos em ecologia. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. 592p. Como vimos anteriormente... Organismos de diferentes espécies podem interagir de várias formas: Competição, mutualismo, predação... Recurso alimentar Elo da cadeia alimentar sequência de relações tróficas Níveis tróficos Cadeia alimentar elos de uma cadeia alimentar Fluxo de energia e matéria Produtores primários Consumidores primários Consumidores secundários Consumires terciários Pirâmide de energia Cadeias alimentares nos mostram o fluxo de energia e de matéria de forma linear muitas vezes um mesmo organismo pode se alimentar de vários níveis tróficos Enfatiza as conexões entre as populações Teia alimentar Em um ecossistema, temos muitos tipos de organismos Uma crescente riqueza de espécies normalmente está relacionada a uma crescente complexidade de teia alimentar Principais componentes estruturais de um ecossistema Heterótrofos Fotossíntese Fungos e bactérias Detritívoros desempenham um papel distinto nos ecossistemas O fluxo de energia Unidirecional – energia do Sol Aquecimento da atmosfera Ciclo da água (evaporação) Vento Fotossíntese O ciclo da matéria – reciclagem da matéria Produtores – consumidores – decompositores (componentes biológicos dos ecossistemas) Gravidade possibilita movimento dos elementos entre ar, água, solo e organismos nos ciclos da matéria O que sustenta a vida na Terra? Produção primária • Assimilação de energia e produção de matéria pela fotossíntese Fluxo de energia Produtividade primária Luz solar Fotossíntese Energia perdida e indisponível para os consumidores Respiração Crescimento e reprodução Produção primária líquida (energia disponível para os consumidores) PPB PPL Fig. 6.3 A produção primária bruta pode ser dividida em respiração e produção primária líquida. Fatores limitantes da produtividade primária • O excesso ou a falta de um fator abiótico pode limitar o impedir o crescimento de uma população, ainda que todos os outros fatores estejam na faixa ideal • Luz e temperatura • Taxa de fotossíntese aumenta com a temperatura até certo limite • Água (em ambientes terrestres) – Falta de água – fechamento dos estômatos • Impede a água de sair / Impede a assimilação de CO2 • Nutrientes – Ex: Nitrogênio e fósforo – limitante em comunidades terrestres e aquáticas • Padrões geográficos de produtividade primária Luz e temperatura Água (em ambientes terrestres) Nutrientes • Apenas 5% a 20% da energia passa de um nível trófico para outro Eficiência de transferência trófica total = EC x EA x EP Eficiência de consumo (EC) percentagem da produtividade total disponível que é consumida pelo nível trófico seguinte Eficiência de assimilação (EA) percentagem assimilada - não perdido nas fezes Eficiência de produção (EP) percentagem de energia assimilada na biomassa - não perdido como calor respirátório Pastadores - 30 a 40% Predadores – 60 a 90% Invertebrados – 30 a 40% Vetebrados ectotérmicos - ~10% Vertebrados endotérimicos – 1 a 2% • Para onde vai a energia perdida (80-95%)? Entrada de energia Energia assimilada Calor respiratório Porção não consumida Fezes Produtividade Produtividade disponível Cadeias alimentares de detritos • restos mortos de plantas + excretas de herbívoros • Duas cadeias alimentares paralelas nas comunidades terrestres • Uma se origina de herbívoros que comem as plantas ou partes de plantas (folhas, frutos, sementes etc) • Outra com animais e microrganismos que consomem detritos da serrapilheira e do solo. Saprótrofos – alimentam-se de matéria orgânica morta • Decompositores – conversão de elementos da forma orgânica para a inorgânica – bactérias e fungos • Detritívoros – vários grupos de animais Decompositores Detritívoros • A energia disponível como matéria morta pode ser completamente metabolizada • Exceção: inibição da decomposição (petróleo, carvão) 1. Pensando na transferência de energia e matéria nos ecossistemas (veja o vídeo da teoria), qual seria a vantagem de uma alimentação mais a base de vegetais, e menos voltada à proteína animal, como diz o texto do link disponibilizado? 2. Neste mesmo sentido, comer insetos ao invés de gado ruminante seria mais econômico (considerando a economia da natureza)? Explique. E se compararmos a eficiência da transferência de energia utilizando diferentes proteínas animais? Qual ou quais seriam as menos eficientes? 3. Por que é importante a preservação de grandes áreas para a manutenção de populações de carnívoros de topo? https://pt.khanacademy.org/science/biology/ecology/intro-to-ecosystems/a/food-chains-food-webs O que sustenta a vida na terra? Existem ecossistemas mais produtivos? Se há tanta área produtiva, por que falta alimento? Departamento de Biodiversidade e Conservação da Natureza – DABIC Prof. Elizabete Satsuki Sekine TOWNSEND, C. R.; BEGON, M.; HARPER, J. L. Fundamentos em ecologia. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. 592p. Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas Principais componentes estruturais de um ecossistema Energia é totalmente metabolizada Matéria Ciclagem de nutrientes Exceção: inibição da decomposição (petróleo, carvão) Decompositores – conversão de elementos da forma orgânica para a inorgânica – bactérias e fungos TABELA 2.1 Principais nutrientes requeridos pelos organismos e algumas de suas funções primárias Elemento Função Nitrogênio (N) Componente estrutural de proteínas e ácidos nucleicos Fósforo (P) Componente estrutural de ácidos nucleicos, fosfolipídios e ossos Enxofre (S) Componente estrutural de muitas proteínas Potássio (K) Maior parte dos solutos em células animais Cálcio (Ca) Componente estrutural de ossos e de material entre células de madeira; regulador da permeabilidade celular Magnésio (Mg) Componente estrutural de clorofila; envolvido nas funções de muitas enzimas Ferro (Fe) Componente estrutural da hemoglobina e de muitas enzimas Sódio (Na) Maior parte dos solutos animais em fluidos extracelulares Retirado de Economia da Natureza, Ricklefs, 6 ed. Tipos gasosos • Estoque reservatório: componentes grandes, de movimento lento geralmente não biológico • Estoque lábil ou de ciclagem: Move-se rapidamente entre os organismos e seu ambiente imediato Atmosfera – CO2, nitrogênio, etc Hidrosfera – nitrato, fosfato, etc Tipos sedimentares Litosfera - cálcio, potássio etc celulose, proteína, ATP etc Forma orgânica Ciclos Biogeoquímicos Incorporado ao material mineral (CaCO3) e dissolvido nos oceanos (íons CO3 -) Produtores: CO2 da atmosfera Carbonato dá origem ao calcário Presente na forma orgânica como carvão e petróleo respiração aeróbia nos consumidores Oxigênio e Hidrogênio circulam juntamente com o Carbono Animais comem e o Carbono é repassado queima de combustíveis fósseis CO2 transferido para o oceano pelo contato Componente das moléculas orgânicas Carbono Efeitos das atividades humanas sobre o ciclo do Carbono Remoção de organismos fotossintetizantes Queima de combustíveis fósseis FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO (N2) em amônia (NH3) NITRIFICAÇÃO (NH3) convertida em íons Nitrito (NO2 -) – tóxico - e íons Nitrato (NO3 -) AMONIFICAÇÃO Organismos mortos, resíduos, excretas são decompostas a amônia (NH3) e sais solúveis em água contendo íons amônio (NH4 -) DENITRIFICAÇÃO – conversão de nitratos a N2 liberados novamente na atmosfera Forma proteínas, ácidos nucleicos e outros componentes das células Nitrogênio Efeitos das atividades humanas sobre o ciclo do Nitrogênio Queima de combustíveis fósseis –NO2 (dióxido de nitrogênio) e HNO3 (ácido nítrico) Fertilizantes e criações animais N2O (óxido nitroso) na atmosfera pela decomposição - aquecimento e esgotamento do ozônio Contamina águas subterrâneas Eutrofização - fertilizantes e sistemas de esgoto Retirada de N nas safras, perda de N pela remoção de vegetação https://pt.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeoch emical-cycles/a/the-phosphorous-cycle Formação da membrana plasmática (bicamada fosfolipídios) componente do DNA, ATP Ciclo de tempo geológico – sedimentar Ciclo de tempo ecológico – decomposição Assimilado pelas plantas (íons fosfato PO4 3 –) levado aos oceanos, podendo permanecer por milhares de anos Principais estoques: água do solo, rios, lagos e oceanos, rochas e sedimentos oceânicos • Retirada de rochas de fosfato para fertilizantes Efeitos das atividade humanas sobre o Ciclo do Fósforo eutrofização por fertilizantes, resíduos animais e e sistemas de esgoto • Retirada da vegetação Processos antrópicos queima de combustíveis fósseis e madeira, que libera Dióxidos de Enxofre. Reagem com a água da atmosfera formando ácido sulfúrico • Distribuição • Oceanos (97,3%); • Gelo das calotas polares e glaciais (2,06%); • Água subterrânea (0,67%); • Rios e lagos (0,01%); • Porção em trânsito - água no solo, nuvens e vapor – (0,08%) ◼ Principais movimentos da água nos ecossistemas terrestres: Transpiração ❑ Evaporação ❑ Precipitação ❑ Transpiração Efeitos das atividades humanas sobre o ciclo da água • Retirada de água doce de córregos, lagos e aquíferos • Remoção da vegetação • Aumento do escoamento • Diminuição da infiltração • Aceleração da erosão, deslizamentos • Adição de nutrientes https://implante.institute/blog/bioacu mulacao-e-biomagnificacao/302 Interações entre populações Departamento de Biodiversidade e Conservação da Natureza – DABIC Prof. Elizabete Satsuki Sekine • ODUM, E.P BARRET, G.W. Fundamentos de Ecologia. 5 ed. São Paulo : Cengage Learning, 2011. 612p • RICKEFS,R,E. A Economia da Natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. 503p. • TOWNSEND, C. R.; BEGON, M.; HARPER, J. L. Fundamentos em ecologia. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. 592p. População Comunidade Ecossistema Biosfera Organismos Relembrando alguns conceitos em Ecologia Habitat: lugar onde a espécie vive - abrigo, alimento, reprodução • tronco caído • tubo intestinal de vertebrados Nicho ecológico: É o papel que o organismo executa dentro de seu habitat é o papel ecológico das espécies dentro da comunidade Ex: uso do espaço, à posição na cadeia alimentar, ou a um conjunto de diferentes fatores ambientais abióticos e bióticos. • Nicho trófico: • é a posição de um organismo dentro de uma cadeia alimentar: produtor, herbívoro, carnívoro. Populações de duas espécies podem interagir de várias formas Competição (- -) Comensalismo (+ 0) Parasitismo (+ -) Predação (+ -) Mutualismo – ambas se beneficiam (+ +) Adaptações Surgem ao longo da Evolução Coevolução uma espécie desenvolve adaptações em resposta a uma adaptação em outra espécie - que também evolui em resposta à interação Evolução recíproca entre duas populações que interagem Mutualismo Líquen micorriza Mutualismo trófico Moréia e camarão Afídeos e formigas Mutualismo defensivo Mutualismo dispersivo Desmatamento Fragmentação Competição Reduz a disponibilidade de recurso para outros indivíduos uma espécie explora um recurso em comum com outra espécie (comida, espaço) sem contato direto com aquela espécie. Competição por exploração Competição por interferência duas espécies entram em contato uma com a outra, como na luta ou na defesa de território • A competição pode ser influenciada pelos consumidores Ex: redução da diversidade causada pela retirada da estrela-do-mar predadora Princípio da exclusão competitiva • Se duas espécies competidoras coexistem num ambiente, então elas o fazem como um resultado da diferenciação de nichos. • Sem esta diferenciação - um dos competidores irá eliminar ou excluir o outro. Risco de Espécies exóticas invasoras • carnívoros, herbívoros, onívoros • Classificação funcional: • Predadores verdadeiros • Pastejadores • Parasitos • Parasitóides * Obs: Detritívoros – consomem matéria orgânica morta e não têm efeito direto nas populações que produzem esses recursos. Importantes na ciclagem de nutrientes, não tem influência sobre a evolução das suas fontes de alimento Predação Definição: consumo de um organismo (a presa) por outro organismo (o predador), em que a presa está viva quando o predador a ataca pela primeira vez (portanto, exclui detritívoros*) No nível de populações e comunidades - predadores não são os únicos beneficiados • Predadores e parasitas ajudam a manter populações de herbívoros em baixa densidade Desmatamento Introdução de espécies • Coloração • Coloração críptica e Coloração de advertência (aposemática) • Defesas químicas de plantas Adaptações das presas em resposta à predação • Adaptações dos predadores • Ex: Velocidade; Dentição; Adaptações ósseas • Adaptações dos parasitas • Ex: Grande número de ovos; Resistência a enzimas digestivas • Complexos ciclos de vida https://slideplayer.com.br/slide/14384/ Paulo R. Guimarãe Jr Redes de interações Um pouco sobre evolução da vida Licenciatura em Ciências Biológicas Departamento de Ensino – DAENS Prof. Elizabete Satsuki Sekine • 25 locais da biodiversidade devem receber atenção urgente por parte das autoridades pois concentram maior número de espécies em vias de extinção (Ano 2000, revista Nature). https://conservationscienceblog.wordpress.com Qual a origem a diversidade biológica? O que define e explica a distribuição da vida na Terra? Algumas ideias importantes https://images.app.goo.gl/aqLZJPdUoybccUPT6 https://images.app.goo.gl/phyYQeG4WgkM4eUC6 Seleção Natural 1858/1859 FREEMAN, S.; HERRON, J.C. Análise evolutiva. 4 ed. P.76 Seleção Natural Não é o único processo envolvido na evolução das espécies, mas é central Teoria da hereditariedade de Mendel • teoria mais aceita a partir da década de 1920 https://images.app.goo.gl/MgCjAcKF7FnnoVDDA Explicou a variabilidade e como é herdada http://www.lyellcentre.ac.uk/sir-charles-lyell.html 1797 - 1875 Ideia de que Terra deve ser extremamente antiga • Charles Lyell - Principles of Geology (1830) - Geólogo britânico “Os organismos foram moldados por seleção natural por ambientes passados e suas características refletem os sucessos e as falhas de seus ancestrais.” Seleção natural e adaptação O que significa dizer que o organismo X é adaptado ao ambiente Y? “Adaptação = mudança genética https://conservationscienceblog.wordpress.com Cada local tem um conjunto particular de espécies e de interações ecológicas A seleção natural não leva à origem de espécies, a menos que esteja acoplada ao isolamento reprodutivo de populações entre si. • O que é espécie? • Definição Biológica de espécie (Mayr, 1953): Agrupamento de populações naturais, real ou potencialmente intercruzantes, produzindo descendentes férteis e reprodutivamente isolados de outros grupos de organismos. • Como são formadas as novas espécies? Alopátrica Parapátrica Simpátrica https://images.app.goo.gl/9rQiRnkpTqxxevPS6 Como são formadas as novas espécies? Tentilhões (Fringilídeos de Galápagos) https://images.app.goo.gl/QKZCkR8CmnB8atpx9 Irradiação adaptativa https://www.nature.com/articles/nature13726 http://www.blc.arizona.edu/courses/schaffer/182/Hawdro.htm Figura 25.8 Analogia de um relógio com alguns eventos cruciais na história da Terra. O relógio marca desde a origem da Terra, há 4,6 bilhões de anos, até o presente. Paleozoico Mesozóico Cenozóico Seres humanos Origem do sistema solar e da Terra Hadeano Arqueano Proterozoico Eucariotos multicelulares Eucariotos unicelulares Bilhões de anos atrás Oxigênio atmosférico Procariontes Qual a origem a diversidade biológica? O que define e explica a distribuição da vida na Terra? Fatores Históricos • Padrões insulares - Colonização de ilhas Ex: Drosophila / tentilhões • Períodos glaciais • Pleistoceno (de 2 a 3 milhões de anos atrás) ciclos glaciais • Movimentação das placas tectônicas Seleção natural Formação de novas espécies Texto disponibilizado • Biodiversidade • Antropoceno • Extinções • Interações ecológicas • Espécies-chave • Ex: dispersores e polinizadores – segurança climática • Quem sustenta os dispersores e polinizadores? • Florestas – fixação de C - água Ameaças à Biodiversidade Licenciatura em Ciências Biológicas Departamento de Ensino – DAENS Prof. Elizabete Satsuki Sekine TOWNSEND, C. R.; BEGON, M.; HARPER, J. L. Fundamentos em ecologia. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. 592p. Quais são as principais ameaças à diversidade biológica? A Destruição/ Fragmentação do Habitat • Ex: Mata Atlântica - ~ 93% perdida. • Jurássico, há 200 milhões de anos • A araucária chega a viver até 700 anos (diâmetro de dois metros e altura de 50 metros. • Símbolo da Floresta ombrófila (sombra) • Décadas de 1950 a 1960 – intensa exploração. • Maior exposição à luz e ventos A Destruição/ Fragmentação do Habitat • Dessecação do habitat • Alteração nas interações ecológicas entre espécies • Mudanças na abundância e distribuição de espécies Introdução de Espécies Exóticas Ex: Pinus elliotti – introdução na década de 1940 • Aumenta a acidez do solo – impede outras espécies • Competição por recursos • Introduzida em um ecossistema do qual não faz parte - animais, vegetais, micro-organismos. desequilíbrio no ambiente • Tucunaré (Cichla sp.) e o tambaqui (Colossoma macropomum) - bacia amazônica, introduzidos no Pantanal. Achatina fulica entupimento em tubulações de usinas hidrelétricas Limnoperna fortunei Degradação e poluição de habitats • mineração, • Desmatamento • construção de ferrovias e rodovias • crescimento populacional, • resíduos radioativos • Indústrias • entre muitos outros. Exploração indevida de espécies • Um dos principais vetores do desmatamento no Brasil é a exploração ilegal dos recursos naturais, entre eles a madeira. • Utilização de madeira legal e/ou certificada na construção civil, móveis etc https://www12.senado.leg.br/noticias/materias/2020/06/17 Quais são os impactos negativos destas alterações ambientais? Remoção da vegetação Queima de madeira e combustíveis fósseis Fertilizantes Diminuição da fotossíntese (CO2 , O2, produção primária) Perda de N e fosfato para a atmosfera Aumento do escoamento / Diminuição da infiltração Aceleração da erosão, deslizamentos Nitrato (NO3 -) dos fertilizantes contamina águas subterrâneas CO2 - Efeito estufa Queima de carvão e petróleo contém enxofre – chuva ácida Degradação do solo perda de fertilidade, deposição em ambientes aquáticos Urbanização Mineração e exploração de pedreiras (ex: cobre, chumbo, mercúrio) Sepultamento e cremação Eutrofização cultural – escoamento de resíduos, esgoto Retirada de grandes quantidades de água doce Indústrias Exposição a céu aberto de metais e minérios Resíduos que são lixiviados Ex: Mercúrio - predadores de topo (10 mil a 100 mil x mais que na água) - Danos ao cérebro , rins e sistema imunológico Paradigma “Estrutura do pensamento que de modo inconsciente comanda nosso discurso” (Edgar Morin) Leitura na perspectiva da totalidade Diversidade biológica Crise climática Evitar a ideia de causalidade linear Ações individuais são importantes mas não são suficientes Perspectiva complexa Crise hídrica Crise energética A partir do que foi visto em aula, junto com seu grupo, discuta: 1. Que tipos de ameaças a biodiversidade atividades ligadas à sua área de atuação podem trazer? 2. Quais os impactos negativos gerados? Pense em impactos diretos e indiretos, em uma perspectiva complexa (mapas mentais são bons para pensar a complexidade de impactos) 3. Cite alternativas para diminuir ou suprimir estes impactos - atitudes, tecnologias, comportamentos etc Obs: Você pode pensar esta atividade a partir do tema do trabalho