Introdução à Ecologia

O que é Ecologia?

• A Ecologia é uma ciência inter e multidisciplinar

• Piaget diz que a multidisciplinaridade se faz presente

quando “a solução de um problema torna necessário que

se obtenham informações de duas ou mais ciências ou

setores do conhecimento sem que as disciplinas

envolvidas no processo sejam elas mesmas modificadas

ou enriquecidas”.

Interdisciplinaridade

Ciências de fronteira: Novas disciplinas

constituídas nas interfaces de duas disciplinas

tradicionais. Exs: Bioquímica, Biofísica,

Geofisica, Biomatemática, Biodemografia,

Neuropsicologia, Psicolinguística, Engenharia

Genética

Interciências: Novas disciplinas constituídas

pela contribuição de várias outras. Exs:

Ecologia, Cibernética, Biotecnologia.

Tópico 1- Introdução à Ecologia e ao

Ecossistema como Unidade básica de

estudo

Objetivos

• 1- Definir Ecologia e observar seu desenvolvimento como ciência

básica e aplicada;

• 2- Reconhecer o que os ecólogos procuram estudarr e compreender

e, com base na compreensão, predizer, manejar e conservar a

natureza;

• 3- Perceber que os fenômenos ecológicos ocorrem em uma

variedade de escalas espaciais e temporais e que alguns padrões

podem ser evidentes somente em escalas específicas;

• 4- Reconhecer que a evidência e a compreensão ecológica podem

ser obtidas mediante observação e experimentação em campo e

em laboratório, bem como por meio de modelagem matemática;

• 5- Compreender que a Ecologia se alicerça na evidência de fatos

científicos e na aplicação da metodologia científica, utilizando como

ferramentas os conhecimentos de várias ciências, como por

exemplo, a matemática, a estatística, a física, a química e a

biologia.

•

Ecologia e Sub-Áreas

Como foi o desenvolvimento da Ecologia como

Ciência Básica ou Aplicada?

• Pode-se dizer que informalmente a Ecologia é talvez uma das mais

antigas sub-áreas das Ciências, se considerarmos que os seres

humanos mais primitivos foram ecólogos ecléticos, guiados pela

necessidade de entender problemas como onde e quando seus

alimentos e seus inimigos (não-humanos) se localizavam.

• Os antigos agricultores precisaram se tornar mais e mais esclarecidos

tendo de entender a influência dos diferentes fatores ambientais sobre

suas fontes de alimento, vivas e domesticadas.

• Estes primeiros ecólogos procuraram entender a distribuição e

abundância dos organismos vivos, um tema ainda muito relevante e

atual na Ecologia.

As pinturas rupestres

ilustram

relações inter-específicas

Histórico da Ecologia

• Os egípcios e os babilônios também aplicaram métodos ecológicos

para combater as pragas que assolavam suas culturas de cereais

nos vales do Nilo e na Mesopotâmia (Tigre e Eufrates);

• Os gregos, Hipócrates e Aristóteles produziram textos com

referências a temas ecológicos, como por exemplo, as

interações biológicas e a biodiversidade.

• As contribuições mais importantes para o reconhecimento da

Ecologia como um campo distinto da Ciência aconteceram somente

no final do século XVIII (ao redor de 1900) e durante a primeira

metade do século XIX.

Ecologia:(oikos + logus)

A Ecologia foi originalmente definida na metade do século dezenove

por Haeckel que a definiu como o estudo das relações entre os

organismos e seu ambiente.

Nesta época a Biologia era bastante diferente do que é hoje.

Hoje Ecologia seria melhor definida como o estudo científico dos

processos influenciando a distribuição e abundância dos organismos,

as interações entre os organismos, e o papel destes nas

transformações da matéria e no fluxo de energia na Biosfera.

Literalmente a Ecologia é o “estudo da natureza”, com ênfase sobre a

totalidade de relações entre os organismos e seu ambiente.

Histórico da Ecologia

• Reivindica-se que o dinamarquês Eugen Warming (1841 – 1924) deveria ser considerado um dos fundadores da Ecologia em virtude das pesquisas pioneiras por ele desenvolvidas sobre o cerrado, no Brasil (Seus estudos fitossociológicos em Lagoa Santa, MG, são os primeiros estudos de ecologia terrestre de forma sistematizada de que se tem notícia) e porque ele teria escrito o primeiro livro em Ecologia, em 1895:

• Warming, J. E. B. 1895. Plantesamfund. Grundtrack of den

okologiske plantegeograft. Philipsen, Kojbenhavn, Denmark.

Histórico da Ecologia

• Mobius (1877) introduziu o conceito de Biocenose estudando uma comunidade de organismos em um banco de ostras.

• Dez anos depois Forbes (1887) estudou ambientes aquáticos em Illinois, EUA, e propôs o lago como um sistema independente, um microcosmo.

• Juntamente com Forel (1892) e Thienemann (1926) desenvolveram a ecologia aquática de sistemas continentais, a Limnologia.

Histórico da Ecologia

• Mobius (1877) introduziu o conceito de Biocenoseestudando uma comunidade de organismos em um banco de ostras.

• Dez anos depois Forbes (1887) estudou ambientes aquáticos em Illinois, EUA, e propôs o lago como um sistema independente, um microcosmo.

• Juntamente com Forel (1892) e Thienemann (1926) desenvolveram a Ecologia aquática de sistemas continentais, dando origem à Limnologia.

Hierarquia dos Níveis de Organização

• Conceito de Níveis de organização ou

“O espectro biológico”:

• Hierarquia significa: Um arranjo numa

Série Graduada

Espectro de níveis de organização

• genes células órgãos organismos populações comunidades

• Matéria Energia

• Sistemas Sistemas Sistemas Sistemas Sistemas Ecossistemas

• genéticos celulares orgânicos organísmicos populacionais

Componentes Bióticos

+

Componentes abióticos

Igual

Biossistemas

• A Ecologia trata principalmente dos

níveis de sistema acima daquele de

organismo.

Organ systemOrganTissueCell

OrganelleBiomolecule

Individual

Population

Community

Ecosystem

Biosphere

TractabilityAbility to assign

causationPro-activity in use

of knowledge

Ecological relevance

Response durationLong-term

consequences

HIGH

HIGH

LOW

LOW

Economia: (oikos + nomia)

• Oikos = casa; Nomia = gerenciamento

• A Economia é definida como o manejo, o

gerenciamento da casa.

• Economia e Ecologia deveriam ser ciências próximas,

não antagônicas;

• Devido aos avanços tecnológicos têm-se a falsa

impressão de menor dependência do ambiente natural.

Harmonização da Ecologia e Economia

• Nações industrializadas se desvincularam, em certo

grau e temporariamente, da natureza explorando

principalmente os combustíveis fósseis, oriundos da

natureza e finitos.

• A sobrevivência da espécie humana depende do

conhecimento e da ação inteligente para utilizar e

preservar de maneira sustentável a natureza por

meio de uma tecnologia harmoniosa e não

destrutiva.

Escalas espaciais e temporais nos

estudos ecológicos

O MÉTODO CIENTÍFICO

Aplicação do Método Científico para Entender

a Evolução da cor na Cobra Coral.

• Este exemplo é baseado em um estudo de

Brodie (1993). A observação que fornece a

base para este estudo é que as cobras-

coral são ambos: altamente venenosa e de

coloração brilhante, com faixas pretas,

vermelhas e amarelas.

• Brodie III, Edmund D. (1993). "Differential avoidance of coral snake banded patterns by free-ranging avian predators in Costa Rica". Evolution 47: 227–235.

• Brodie III, Edmund D., Moore, Allen J. (1995). "Experimental studies of coral snake mimicry: do snakes mimic millipedes?". Animal Behavior 49: 534–6.

Pergunta

• A questão que o estudo se propõe a

responder é porque?

• Porque a coloração brilhante se

desenvolveu nesta cobra tão venenosa?

Hipóteses

• Duas hipóteses foram propostas e qualquer uma pode explicar porque a cobra-coral desenvolveu a coloração brilhante:

• Hipótese 1-

• A Coloração aposemática: A coloração brilhante alerta e afugenta os potenciais predadores;

Dendrobates speciosus

Hipótese 2

• 2- Coloração críptica: Contra o fundo natural, o

preto, o vermelho e o amarelo são mais difíceis de

serem vistos pelos predadores (embora pareçam

evidentes para nós contra um fundo branco).

Os modelos de cobra-coral e cobra marrom em

fundo branco, aparecem desta forma:

• Predições podem ser desenvolvidas partindo-se destas hipóteses formuladas:

• Primeiro, podemos perguntar o que elaspredizem em relação ao grau de predaçãonatural sobre as cobras-coral, comparadas àpredação de outras cobras.

• AMBAS hipóteses predizem que a cobra coraldeve sofrer predação relativamente baixa – aprimeira porque os predadores são alertadoscontra elas, e a segunda porque ospredadores não podem vê-las muito bem.

• Esta não era uma predição adequada paraser testada entre as hipóteses pois ambasprediziam a mesma coisa.

• Isto ilustra o fato de que diferenteshipóteses podem fazer a mesma predição(e esta é a razão pela qual se diz que umahipótese nunca pode ser provada serverdadeira – pode sempre haver algumaoutra hipótese que faça a mesmapredição). Podemos somente aceitar ourejeitar uma hipótese, mas não prová-la.

Brodie (1993) então formulou novas

hipóteses

• Coloração Aposemática: Prediz que haverá maistentativas de predação nos modelos marrons,porque a cor brilhante alerta e afugenta ospotenciais predadores, mas a cor marrom não;

• Coloração criptica: Prediz que haverá igualnúmero de tentativas de predação para osmodelos marrom e coral, porque o fundo brancotorna os dois tipos de cobras venenosas evidentes– nenhuma é criptica (camuflada, difícil de ver)contra o fundo branco.

• Brodie então delineou um experimento para testar as duas

hipóteses as quais prediziam coisas diferentes.

• Ele construiu modelos de cobras de plástico mole. Quando

as aves, que são os principais predadores potenciais das

cobras-coral bicavam estes modelos, a marca dos seus

bicos ficavam impressas nos modelos, de forma que Brodie

pode contar as tentativas de predação sobre cada modelo.

• Ele fez alguns modelos de cobras marrons e outros de

cobras-coral, colocando alguns modelos em fundos

brancos e um grande número de cobras no habitat natural

(neste caso uma floresta chuvosa na Costa Rica).

Resultados do experimento de Brodie

Ocorreram muito mais ataques nos modelos marrons do que no

modelo da coral; Então a hipótese da cor aposemática que

predizia este resultado foi aceita. A hipótese da coloração

críptica, que não predizia este resultado, foi rejeitada.

.

Considerações finais

• A hipótese da coloração aposemática é aceita, mas não

provada;

• Você seria capaz de formular uma outra hipótese que

predissesse mais ataques no modelo da cobra-coral do que no

modelo da cobra-marrom?

• Ambas hipóteses são explicações potenciais do porque a

coloração brilhante evoluiu -- e ambas são baseadas na

seleção natural, isto é ambas são razões pela qual o padrão de

coloração brilhante da cobra coral pode representar maior

adequação (fitness) do que outros padrões de coloração.

Assim este padrão de cor se manteve nestas cobras.

Abordagens em estudos ecológicos

• Reducionismo e Holismo

• A abordagem reducionista domina uma parcela

importante da ciência e a tecnologia atual. Por

exemplo a pesquisa no nível celular e molecular

(genômica e proteômica) está estabelecendo uma

base sólida para a cura e prevenção de doenças

como o câncer por exemplo.

Abordagem holística• A abordagem holística é por exemplo aplicada ao

estudo do clima global da Terra e mudanças

climáticas globais, ou ao problema da capacidade

suporte do planeta em relação ao crescimento

populacional.

• Os avanços tecnológicos das últimas décadas

permitem lidar com sistemas complexos, ambos de

forma reducionista e holística: Ex: a utilização de

marcadores, a química de massa, o sensoriamento

remoto, a modelagem matemática.

O Princípio das Propriedades Emergentes

• Quando os componentes ou subconjuntos se unempara formar sistemas funcionais maiores surgemnovas propriedades que não estavam presentes nonível inferior.

• Em conseqüência uma propriedade emergente deum nível ecológico ou unidade ecológica não podeser prevista a partir do simples estudo doscomponentes nesse nível ou unidade.

• Outra denominação para propriedade emergente épropriedade não reduzível.

Exemplos de Propriedades Emergentes

• Exemplo físico: A água

Quando o hidrogênio e o oxigênio se combinam numa certaconfiguração molecular, forma-se a água, líquido que possuipropriedades totalmente diferentes das dos seus componentesgasosos.

• Exemplo biológico: O recife de coral

Quando certas algas e animais celenterados evoluem emconjunto para produzir um coral, é criado um mecanismoeficiente de ciclagem de nutrientes que permite manter elevadaprodutividade em águas com baixíssimo conteúdo denutrientes.

• As características da água, a riqueza de espécies e a elevadaprodutividade dos corais são propriedades emergentes.

O uso de modelos em Ecologia

• Os fenômenos na natureza são

complexos pois muitos fatores operam

simultaneamente;

• Par compreendê-los são utilizados os

modelos, versões simplificadas da

realidade.

Modelo de compartimentos

• Existem quatro componentes principais em um modeloecológico

• E: Força motriz – uma fonte de energia

• P: Propriedades – chamadas variáveis de estado pelosanalistas de sistemas, ou compartimentos.

• F: Fluxos – vias de fluxo de energia ou de transferência dematéria, ligam as propriedades umas às outras.

• I: Interações – ou funções interativas, onde as forças e aspropriedades interagem para modificar, amplificar ou controlaros fluxos ou criar novas propriedades emergentes.

• E= Função Motriz; P=Propriedades; F= Fluxos;

I= Interações

P3

IP1

P2

EF1

F3

F4

F5 F6

Diagrama de compartimentos que mostra quatro componentes

Básicos de interesse na modelagem de sistemas ecológicos

Smog fotoquímico:

• O modelo de compartimentos da Figura 1-2 serve tanto para um

modelo climático do smog fotoquímico na atmosfera sobre São Paulo,

quanto uma cadeia alimentar em um ecossistema de campo.

• Smog fotoquímico: O compartimento P1 representa os

hidrocarbonetos e o compartimento P2 representa os óxidos de

nitrogênio, dois produtos emitidos pelos motores de explosão dos

automóveis;

• Sob a força da Energia solar E, eles interagem para produzir o smog

fotoquímico, P3. Neste caso a função interativa I , é sinérgica ou

aumentativa, pois P3 é um poluente mais prejudicial para os seres

humanos do que P1 ou P2 sozinho.

Modelo de uma Cadeia alimentar em ecossistema de

campo:

• Alternativamente, a Figura 1.2 poderia representar um ecossistema de

campo em que P1 são as plantas verdes, que transformam a energia

solar E em alimento.

• P2 poderia representar um animal herbívoro que come as plantas, e

P3 um animal onívoro que pode comer tanto os herbívoros como as

plantas.

• A função interativa I poderia representar várias possibilidades.

Poderia representar “sem preferência”, poderia especificar um

percentual constante. No caso de “seletividade alimentar”, poderia

representar uma “chave sazonal”, ou uma “chave limiar”.

•

Aquário e Terrário

• Crie um diagrama de Fluxo com estes 4

componentes básicos para os modelos

de ecossistema aquático e terrestre

vistos na primeira aula:

Aquário e terrário

1º. Trabalho escrito Glossário de Termos (a ser

entregue daqui a duas semanas)

1- Vida

2- Ser vivo

3- Indivíduo

4- Espécie

5- Fatores Abióticos

6-Marcadores Moleculares

7- Hipótese

8- Propriedade Emergente

9- Sensoriamento remoto

10- Modelagem ecológica

11- Coloração Aposemática

12- Mimecria