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FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA
Profa. Dra. Vivian C. C. Hyodo
Fundamentos de Ecologia
• Interação é a palavra-chave na ciência da Ecologia
• 1866 alemão Ernst Haeckel
• “Morfologia Geral dos Organismos” criação de uma disciplina que estudasse as relaçõesentre as espécies animais e seu ambiente orgânico e inorgânico.
Fundamentos de Ecologia
• oikos (casa) + logos (estudo) = Ecologia
• Eugene P. Odum (1962) "Ecologia é o estudo das estruturas e funções dos ecossistemas".
• O que são ecossistemas?
Fundamentos de Ecologia
• A Ecologia não se preocupa especificamente em descrever estruturas e funções de quaisquer destes níveis hierárquicos abaixo de organismo, embora dependa, em diversos momentos, dos conhecimentos gerados por outras disciplinas que os estudam.
• O campo de estudo específico da Ecologia envolve níveis hierárquicos superiores ao nível de organismo.
População e Comunidade
• População biológica
– Organismos de seres pertencentes a uma mesma espécie e que habitam simultaneamente uma determinada área geográfica.
• Comunidade biológica ou biocenose.
– Quando se considera o total de espécies diferentes que habitam uma determinada área geográfica.
Ecossistema
• A complexidade das interações dos seres vivos entre si e com fatores físicos e químicos ambientais, ocorridas em um espaço particular, caracteriza uma unidade organizacional denominada ecossistema ou sistema ecológico.
Ecossistema
• Unidade básica no estudo da ecologia.
• “Conjunto de seres vivos interage entre si e com o meio natural de maneira equilibrada, por meio da reciclagem matéria e do uso eficiente da energia solar.”
• A natureza fornece todos os elementos necessários para as atividades dos seres vivos biótipo
Ecossistema
• Ecossistema biótipo + biocenose
• “Sistema estável, equilibrado e auto-suficiente, apresentando em toda sua extensão características topográficas, climáticas, pedológicas, botânicas, zoológicas, hidrológicas e geoquímicas praticamente invariáveis.”
Ecossistema
• Dimensões de um ecossistema
– “Copa de um abacaxi”
– Floresta Amazônica
• Os ecossistemas podem ser naturais, como florestas, lagos, campos, etc., ou artificiais, quando construídos para atender necessidades humanas.
• Uma cidade e uma grande lavoura são exemplos de ecossistemas artificiais.
Ecossistema
• Homeostase
– Uma das características fundamentais dos ecossistemas
– “Estado de equilíbrio dinâmico por meio de mecanismos de autocontrole e auto-regulação que entram em ação assim que ocorre qualquer mudança.”
Ecossistema
• Tempo de resposta tempo entre a mudança e o acionamento dos mecanismos de auto-regulação.
• Garantir a normalidade
• Geralmente só é efetivo para modificações naturais não muito profundas nem demoradas
– Ex: descarga elétrica da atmosfera pequenos incêndios regeneração da mata
Ecossistema
• Modificações artificiais impostas pelo homem
– Violentas e continuadas
– Impacto ecológico no meio
– Desmatamentos intensivos ecossistema não dispõe de mecanismos de auto-regulação para regenerar o ecossistema original
Fatores bióticos e abióticos
• Em um ecossistema há elementos vivos ou bióticos e elementos não-vivos ou abióticosem constante interação.
• O2, CO2 e H2O constante fluxo entre os seres vivos e o ambiente
Biosfera
• Foi atribuído o nome de biosfera ou ecosferaà camada de ecossistemas da Terra, ou seja, o somatório de regiões onde existe vida interagindo regularmente com o ambiente físico.
Hábitat e nicho ecológico
• Os seres vivos encontrados nos ecossistemas em geral são adaptados ao ambiente em que vivem.
• O ambiente em que é encontrado determinado ser vivo, com suas peculiaridades biológicas e físico-químicas, corresponde a seu hábitat.
Hábitat e nicho ecológico
• O conjunto de atividades desempenhadas pelo ser vivo no ecossistema define seu nicho ecológico.
• É necessário conhecer suas fontes de energia e alimento, suas taxas de crescimento e metabolismo, seus efeitos sobre outros organismos e sua capacidade de modificar o meio em que vive.
Hábitat e nicho ecológico
• Ex:
– época de acasalamento
– período diário de maior atividade
– tipos de alimentos incluídos na dieta
Hábitat e nicho ecológico
• Se aplicássemos o conceito de nicho aos humanos que vivem nos grandes centros urbanos, estaríamos nos referindo à profissão, à classe social, ao tipo de hobby preferido, às preferências alimentares, etc.
Hábitat e nicho ecológico
• Ecossistema equilibrado cada espécie possui um nicho diferente do de outras espécies
– Competição entre espécies que possuam o mesmo nicho
• Equivalentes ecológicos espécies que ocupam nichos semelhantes em regiões distintas.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• A manutenção da vida nos ecossistemas depende diretamente da obtenção de energia por parte de cada um dos organismos que o compõe.
• Na natureza, existem basicamente duas formas pelas quais os organismos podem obter energia.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Seres autótrofos conseguem converter, através da fotossíntese, energia luminosa em energia presente em compostos químicos complexos, como carboidratos (açúcares).
– Podem ser utilizáveis por todas as células do próprio organismo ou de outro ser vivo que dele se alimente posteriormente.
– Os seres autótrofos (fotossintetizantes) da maioria dos ecossistemas são os vegetais.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Seres autótrofos
• Quimiossintetizantes fonte de energia é a oxidação de compostos inorgânicos
• Algumas bactérias
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Seres heterótrofos necessitam, obrigatoriamente, se alimentar de outros seres vivos para obter energia.
– Animais obtêm energia se alimentando diretamente (e exclusivamente) dos autótrofos (fotossintetizantes) ou de outro animal.
– Classificados como herbívoros e carnívoros.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• A fonte primária de energia para todos os ecossistemas de nosso planeta é a luz solar.
• Há seres que dependem diretamente dessa fonte primária de energia (os autótrofos) e outros que dependem indiretamente (os heterótrofos).
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• O movimento seqüencial de energia a partir dos autótrofos para os heterótrofos é conhecido como cadeia alimentar.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Nível trófico posição que cada organismo ocupa na cadeia
• Produtor O primeiro nível trófico de qualquer cadeia alimentar
– Corresponde a um ser autótrofo
– Produz os compostos químicos energéticos que serão passados aos demais níveis tróficos.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Consumidor primário se alimenta diretamente do produtor ocupa o segundo nível trófico
• Consumidor secundário organismo que se alimenta do consumidor primário e assim sucessivamente.
– Recebem essa denominação devido ao fato de não serem capazes de realizar fotossíntese
– São heterótrofos e necessitam ingerir alimento para obter energia.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Decompositores decompõem a matéria orgânica morta
– Fungos e bactérias
– Liberam para o ambiente muitas substâncias químicas inorgânicas (cálcio, fósforo, nitrogênio, enxofre, etc.) que antes compunham os tecidos animais e vegetais, as quais poderão ser novamente utilizadas pelos produtores, que se encarregam de torná-las mais uma vez disponíveis aos demais organismos do ecossistema (ciclagem)
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Teia alimentar várias cadeias alimentares são interligadas
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• A energia contida em compostos químicos torna-se disponível para uso de qualquer ser vivo somente após o processamento destes compostos ocorrido durante a respiração celular.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Respiração celular conjunto de reações químicas ocorridas no interior das células de qualquer ser vivo.
– Nem toda a energia contida nos compostos químicos é assimilável: uma boa parcela é convertida em calor, que é inteiramente dissipado.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
• Toda a energia inserida em compostos químicos durante a fotossíntese será consumida para manutenção da vida no ecossistema, ou dissipada na forma de calor.
• Os ecossistemas se extinguiriam se não ocorresse um uma produção e repasse constantes de energia um fluxo contínuo de energia.
Pirâmide de energia Há
redução progressiva de energia ao
longo das cadeias alimentares
Cadeia alimentar e fluxo energético
Produtores
(plâncton)
1 000 cal*
Exemplo de pirâmide de energia
Leis da conservação da massa e energia
• Todo e qualquer fenômeno que acontece na natureza necessita de energia para ocorrer.
• VIDA requer basicamente MATÉRIA e ENERGIA
• MATÉRIA algo que ocupa lugar no espaço
• ENERGIA capacidade de realização de trabalho
Leis da conservação da massa e energia
• Em qualquer sistema natural: “matéria e energia são conservadas, ou seja, não se criam nem se destroem matéria e energia.
– 1ª. Lei da termodinâmica lei da conservação da massa e lei da conservação da energia
– 2ª. Lei da termodinâmica qualidade da energia sempre se degrada de maneiras mais nobres (maior qualidade) para menos nobres (menor qualidade).
Lei da conservação da massa
• Em qualquer sistema físico ou químico: “Nunca se cria nem se elimina matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma em outra”.
• Tudo que existe provém de matéria preexistente
• Tudo o que se consome apenas perde sua forma original
Lei da conservação da massa
• Tudo se realiza com a matéria que é proveniente do próprio planeta
• Retirada de material do solo, do ar ou da água
• Transporte e utilização desse material para a elaboração do insumo desejado.
• Poluição ambiental não é possível consumir a matéria até a sua total aniquilação geração de resíduos em todas as atividades dos seres vivos
Lei da conservação da massa
• Resíduos indesejáveis podem ser reincorporados ao meio para serem posteriormente reutilizados
– Ciclos biogeoquímicos
• Desequilíbrio entre consumo e reciclagem eutrofização dos lagos, contaminação dos solos
Lei da conservação da massa
• Atualmente “era do desequilíbrio”
– Resíduos são gerados em ritmo muito maior que a capacidade de reciclagem do meio.
• Revolução industrial
– Novos padrões de geração de resíduos
– Materiais sintéticos não-biodegradáveis
1ª. Lei da Termodinâmica
• “A energia pode se transformar de uma forma em outra, mas não pode ser criada ou destruída”.
• Energia cinética e potencial
1ª. Lei da Termodinâmica
• Energia cinética
– “É a energia que a matéria adquire devido à sua movimentação e em função de sua massa e velocidade.”
– A energia cinética total das moléculas de uma amostra de matéria é denominada de energia calorífica
1ª. Lei da Termodinâmica
• Energia potencial
– “É a energia armazenada na matéria em virtude de sua posição ou composição.”
– Energia armazenada nos combustíveis fósseis, nos alimentos, etc.
1ª. Lei da Termodinâmica
• Na natureza ocorre constantemente a transformação de energia em formas diferentes
• As avaliações do potencial energético do planeta são, em geral, otimistas.
• Petróleo, gás natural, carvão, e combustíveis naturais.
1ª. Lei da Termodinâmica
• Potencial poderá ser menor que as estimativas não se leva em conta a energia necessária para exploração, o transporte e a transformação desses materiais.
• Seres vivos
– Energia diversas transformações
2ª. Lei da Termodinâmica
• “Todo processo de transformação de energia dá-se de uma maneira mais nobre para uma menos nobre, ou de menor qualidade.”
• Quanto mais trabalho se conseguir realizar com uma mesma quantidade de energia , mais nobre será esse tipo de energia.
• “Embora a quantidade de energia seja preservada (1ª. Lei da Termodinâmica) , a qualidade (nobreza) é sempre degradada.”
2ª. Lei da Termodinâmica
• Toda transformação de energia envolve sempre, rendimentos inferiores
• Uma parte da energia disponível transforma-se em uma forma mais dispersa e menos útil calor transferido para o ambiente
• Todo corpo que possui uma forma ordenada necessita de energia de alta qualidade para manter sua entropia baixa.
2ª. Lei da Termodinâmica
• É necessário fornecimento contínuo de energia.
Energia solar
• Toda energia utilizada na Terra tem como fonte as radiações recebidas do Sol
• Gigantesco reator de fusão nuclear
• Diâmetro + 110 vezes maior que o da Terra
• Massa 329 400 vezes maior
• Energia solar atinge o topo da atmosfera de maneira contínua ao longo de todo o ano
Energia solar
• Sofre redução exponencial à medida que se aproxima da superfície terrestre
• Variações sensíveis em locais distintos do planeta
• Variações climáticas
• Força motriz da temperatura, evaporação da água e movimentação de grandes massas de ar e água
Energia solar – reflexão e absorção
• Superfície da Terra recebe:
– Radiações visíveis
– Pequena quantidade de ultravioleta
– Infravermelho
– Ondas de rádio
Energia solar – reflexão e absorção
• Utilizada pelos vegetais fotossíntese matéria orgânica
• Radiações UV absorvidas pela camada de ozônio envolve a Terra a uma altitude de +25Km
• Radiações visíveis e infravermelho grande parte absorvidas nas camadas intermediárias da atmosfera pela poeira e pelo vapor d’água aquecimento do ar
Energia solar – reflexão e absorção
• Outra parte de energia incidente é refletida pelas nuvens e por outras partículas suspensas no ar, volta ao espaço e torna-se perdida na Terra Albedo
– Responsável pela luminosidade observada em corpos celestes opacos
– É uma medida da capacidade de um dado material refletir luz
– Valor médio na atmosfera externa da Terra é de +34%
Energia solar – reflexão e absorção
• Radiação que chega à superfície terrestre em forma de luz direta ou difusa em um dia claro:
– 10% radiação UV
– 45% radiação visível
– 45% de infravermelho
• Dispersão
– Moléculas gasosas da atmosfera cor azul ao céu
– Partículas sólidas em suspensão coloração branca ao céu (grandes cidades)
Energia solar – reflexão e absorção
• Radiação visível pouco atenuada quando transpõe camadas de nuvens
• Realização de fotossíntese mesmo em dias nublados, ou a pequenas profundidades nos mares, rios e lagos
Fluxo de energia na Terra
Energia solar
• Energia fornecida pelo sol 127 bilhões de MW
• Itaipu 12 000 MW
Energia e vida na Terra
• Toda vida na Terra depende da energia proveniente do sol
• Distribuição das diversas formas de seres vivos
– Variação da sua incidência e intensidade
• Diferenças climáticas em diferentes regiões
• Influi no clima da Terra
• Dita as estações do ano
Energia e vida na Terra
• Regiões quentes (baixas pressões) e frias (altas pressões)
• Diferenças de pressão massas de ar
• Massas de ar de regiões de alta pressão (áreas anticiclonais) regiões de baixa pressão (áreas ciclonais)
• Deslocamento de umidade precipitação ao longo do percurso