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1a aula teórica Ecologia II

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Introduo Ecologia

O que Ecologia? A Ecologia uma cincia inter e multidisciplinar Piaget diz que a multidisciplinaridade se faz presente quando a soluo de um problema torna necessrio que se obtenham informaes de duas ou mais cincias ou setores do conhecimento sem que as disciplinas envolvidas no processo sejam elas mesmas modificadas

ou enriquecidas.

InterdisciplinaridadeCincias de fronteira: Novas disciplinas constitudas nas interfaces de duas disciplinas tradicionais. Exs: Bioqumica, Biofsica, Geofisica, Biomatemtica, Biodemografia, Neuropsicologia, Psicolingustica, Engenharia Gentica Intercincias: Novas disciplinas constitudas pela contribuio de vrias outras. Exs: Ecologia, Ciberntica, Biotecnologia.

Tpico 1- Introduo Ecologia e ao Ecossistema como Unidade bsica de estudoObjetivos 1- Definir Ecologia e observar seu desenvolvimento como cincia bsica e aplicada; 2- Reconhecer o que os eclogos procuram estudarr e compreender e, com base na compreenso, predizer, manejar e conservar a natureza; 3- Perceber que os fenmenos ecolgicos ocorrem em uma variedade de escalas espaciais e temporais e que alguns padres podem ser evidentes somente em escalas especficas;

4- Reconhecer que a evidncia e a compreenso ecolgica podem ser obtidas mediante observao e experimentao em campo e em laboratrio, bem como por meio de modelagem matemtica; 5- Compreender que a Ecologia se alicera na evidncia de fatos cientficos e na aplicao da metodologia cientfica, utilizando como ferramentas os conhecimentos de vrias cincias, como por exemplo, a matemtica, a estatstica, a fsica, a qumica e a biologia.

Ecologia e Sub-reas

Como foi o desenvolvimento da Ecologia como Cincia Bsica ou Aplicada? Pode-se dizer que informalmente a Ecologia talvez uma das mais antigas sub-reas das Cincias, se considerarmos que os seres humanos mais primitivos foram eclogos eclticos, guiados pela necessidade de entender problemas como onde e quando seus alimentos e seus inimigos (no-humanos) se localizavam. Os antigos agricultores precisaram se tornar mais e mais esclarecidos tendo de entender a influncia dos diferentes fatores ambientais sobre suas fontes de alimento, vivas e domesticadas.

Estes primeiros eclogos procuraram entender a distribuio e abundncia dos organismos vivos, um tema ainda muito relevante e atual na Ecologia.

As pinturas rupestres ilustram relaes inter-especficas

Histrico da Ecologia Os egpcios e os babilnios tambm aplicaram mtodos ecolgicos para combater as pragas que assolavam suas culturas de cereais nos vales do Nilo e na Mesopotmia (Tigre e Eufrates); Os gregos, Hipcrates e Aristteles produziram textos com referncias a temas ecolgicos, como por exemplo, as interaes biolgicas e a biodiversidade. As contribuies mais importantes para o reconhecimento da Ecologia como um campo distinto da Cincia aconteceram somente no final do sculo XVIII (ao redor de 1900) e durante a primeira metade do sculo XIX.

Ecologia:(oikos + logus)A Ecologia foi originalmente definida na metade do sculo dezenove por Haeckel que a definiu como o estudo das relaes entre os organismos e seu ambiente.

Nesta poca a Biologia era bastante diferente do que hoje. Hoje Ecologia seria melhor definida como o estudo cientfico dos processos influenciando a distribuio e abundncia dos organismos, as interaes entre os organismos, e o papel destes nas transformaes da matria e no fluxo de energia na Biosfera.Literalmente a Ecologia o estudo da natureza, com nfase sobre a totalidade de relaes entre os organismos e seu ambiente.

Histrico da Ecologia

Reivindica-se que o dinamarqus 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 fitossociolgicos em Lagoa Santa, MG, so os primeiros estudos de ecologia terrestre de forma sistematizada de que se tem notcia) 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.

Histrico 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 aquticos em Illinois, EUA, e props o lago como um sistema independente, um microcosmo.

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

Histrico 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 aquticos em Illinois, EUA, e props o lago como um sistema independente, um microcosmo. Juntamente com Forel (1892) e Thienemann (1926) desenvolveram a Ecologia aqutica de sistemas continentais, dando origem Limnologia.

Hierarquia dos Nveis de Organizao Conceito de Nveis de organizao ou O espectro biolgico: Hierarquia significa: Um arranjo numa Srie Graduada

Espectro de nveis de organizaoComponentes Biticos + Componentes abiticos Igual Biossistemas

genes clulas

rgos organismos populaes comunidades

MatriaSistemasgenticos

EnergiaSistemas Ecossistemas

Sistemas Sistemas Sistemascelulares

orgnicos organsmicos populacionais

A Ecologia trata principalmente dos nveis de sistema acima daquele de organismo.

Biosphere

LOW

HIGH

Ecosystem Community Population

Ecological relevance Response duration Long-term consequences

Individual

Organ system Organ Tissue Cell Organelle Biomolecule

Tractability Ability to assign causation Pro-activity in use of knowledge

HIGH

LOW

Economia: (oikos + nomia) Oikos = casa; Nomia = gerenciamento A Economia definida como o manejo, o gerenciamento da casa.

Economia e Ecologia deveriam ser cincias prximas, no antagnicas; Devido aos avanos tecnolgicos tm-se a falsa impresso de menor dependncia do ambiente natural.

Harmonizao da Ecologia e Economia Naes industrializadas se desvincularam, em certo grau e temporariamente, da natureza explorando principalmente os combustveis fsseis, oriundos da natureza e finitos.

A sobrevivncia da espcie humana depende do conhecimento e da ao inteligente para utilizar e preservar de maneira sustentvel a natureza por meio de uma tecnologia harmoniosa e no destrutiva.

Escalas espaciais e temporais nos estudos ecolgicos

O MTODO CIENTFICO

Aplicao do Mtodo Cientfico para Entender a Evoluo da cor na Cobra Coral.

Este exemplo baseado em um estudo de Brodie (1993). A observao que fornece a base para este estudo que as cobrascoral so ambos: altamente venenosa e de colorao 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: 227235. Brodie III, Edmund D., Moore, Allen J. (1995). "Experimental studies of coral snake mimicry: do snakes mimic millipedes?". Animal Behavior 49: 5346.

Pergunta A questo que o estudo se prope a responder porque? Porque a colorao brilhante se desenvolveu nesta cobra to venenosa?

Hipteses Duas hipteses foram propostas e qualquer uma pode explicar porque a cobra-coral desenvolveu a colorao brilhante:

Hiptese 1 A Colorao aposemtica: A colorao brilhante alerta e afugenta os potenciais predadores;

Dendrobates speciosus

Hiptese 2 2- Colorao crptica: Contra o fundo natural, o

preto, o vermelho e o amarelo so mais difceis deserem vistos pelos predadores (embora paream evidentes para ns contra um fundo branco).

Os modelos de cobra-coral e cobra marrom em fundo branco, aparecem desta forma:

Predies podem ser desenvolvidas partindose destas hipteses formuladas: Primeiro, podemos perguntar o que elas predizem em relao ao grau de predao natural sobre as cobras-coral, comparadas predao de outras cobras. AMBAS hipteses predizem que a cobra coral deve sofrer predao relativamente baixa a primeira porque os predadores so alertados contra elas, e a segunda porque os predadores no podem v-las muito bem.

Esta no era uma predio adequada para ser testada entre as hipteses pois ambas prediziam a mesma coisa. Isto ilustra o fato de que diferentes hipteses podem fazer a mesma predio (e esta a razo pela qual se diz que uma hiptese nunca pode ser provada ser verdadeira pode sempre haver alguma outra hiptese que faa a mesma predio). Podemos somente aceitar ou rejeitar uma hiptese, mas no prov-la.

Brodie (1993) ento formulou novas hipteses Colorao Aposemtica: Prediz que haver mais tentativas de predao nos modelos marrons, porque a cor brilhante alerta e afugenta os potenciais predadores, mas a cor marrom no;

Colorao criptica: Prediz que haver igual nmero de tentativas de predao para os modelos marrom e coral, porque o fundo branco torna os dois tipos de cobras venenosas evidentes nenhuma criptica (camuflada, difcil de ver) contra o fundo branco.

Brodie ento delineou um experimento para testar as duas hipteses as quais prediziam coisas diferentes. Ele construiu modelos de cobras de plstico mole. Quando as aves, que so 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 predao sobre cada modelo.

Ele fez alguns modelos de cobras marrons e outros de cobras-coral, colocando alguns modelos em fundos brancos e um grande nmero de cobras no habitat natural (neste caso uma floresta chuvosa na Costa Rica).

Resultados do experimento de BrodieOcorreram muito mais ataques nos modelos marrons do que no modelo da coral; Ento a hiptese da cor aposemtica que predizia este resultado foi aceita. A hiptese da colorao crptica, que no predizia este resultado, foi rejeitada. .

Consideraes finais A hiptese da colorao aposemtica aceita, mas no provada; Voc seria capaz de formular uma outra hiptese que predissesse mais ataques no modelo da cobra-coral do que no modelo da cobra-marrom? Ambas hipteses so explicaes potenciais do porque a colorao brilhante evoluiu -- e ambas so baseadas na seleo natural, isto ambas so razes pela qual o padro de colorao brilhante da cobra coral pode representar maior adequao (fitness) do que outros padres de colorao. Assim este padro de cor se manteve nestas cobras.

Abordagens em estudos ecolgicos Reducionismo e Holismo A abordagem reducionista domina uma parcela importante da cincia e a tecnologia atual. Por exemplo a pesquisa no nvel celular e molecular

(genmica e protemica) est estabelecendo uma base slida para a cura e preveno de doenas como o cncer por exemplo.

Abordagem holstica A abordagem holstica por exemplo aplicada ao estudo do clima global da Terra e mudanas climticas globais, ou ao problema da capacidade suporte do planeta em relao ao crescimento populacional. Os avanos tecnolgicos das ltimas dcadas

permitem lidar com sistemas complexos, ambos de forma reducionista e holstica: Ex: a utilizao de marcadores, a qumica de massa, o sensoriamento remoto, a modelagem matemtica.

O Princpio das Propriedades Emergentes Quando os componentes ou subconjuntos se unem para formar sistemas funcionais maiores surgem novas propriedades que no estavam presentes no nvel inferior. Em conseqncia uma propriedade emergente de um nvel ecolgico ou unidade ecolgica no pode ser prevista a partir do simples estudo dos componentes nesse nvel ou unidade.

Outra denominao para propriedade emergente propriedade no reduzvel.

Exemplos de Propriedades Emergentes Exemplo fsico: A gua Quando o hidrognio e o oxignio se combinam numa certa configurao molecular, forma-se a gua, lquido que possui propriedades totalmente diferentes das dos seus componentes gasosos. Exemplo biolgico: O recife de coral Quando certas algas e animais celenterados evoluem em conjunto para produzir um coral, criado um mecanismo eficiente de ciclagem de nutrientes que permite manter elevada produtividade em guas com baixssimo contedo de nutrientes. As caractersticas da gua, a riqueza de espcies e a elevada produtividade dos corais so propriedades emergentes.

O uso de modelos em Ecologia Os fenmenos na natureza so complexos pois muitos fatores operam simultaneamente;

Par compreend-los so utilizados os modelos, verses simplificadas da realidade.

Modelo de compartimentos Existem quatro componentes principais em um modelo ecolgico E: Fora motriz uma fonte de energia P: Propriedades chamadas variveis de estado pelos analistas de sistemas, ou compartimentos. F: Fluxos vias de fluxo de energia ou de transferncia de matria, ligam as propriedades umas s outras. I: Interaes ou funes interativas, onde as foras e as propriedades interagem para modificar, amplificar ou controlar os fluxos ou criar novas propriedades emergentes.

Diagrama de compartimentos que mostra quatro componentes Bsicos de interesse na modelagem de sistemas ecolgicos

E= Funo Motriz; P=Propriedades; F= Fluxos; I= InteraesE F1 P1 F3 F5

P3

F6

P2

F4

I

Smog fotoqumico: O modelo de compartimentos da Figura 1-2 serve tanto para um modelo climtico do smog fotoqumico na atmosfera sobre So Paulo, quanto uma cadeia alimentar em um ecossistema de campo.Smog fotoqumico: O compartimento P1 representa os hidrocarbonetos e o compartimento P2 representa os xidos de nitrognio, dois produtos emitidos pelos motores de exploso dos automveis;

Sob a fora da Energia solar E, eles interagem para produzir o smog fotoqumico, P3. Neste caso a funo interativa I , sinrgica ou aumentativa, pois P3 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 so as plantas verdes, que transformam a energia solar E em alimento.

P2 poderia representar um animal herbvoro que come as plantas, e P3 um animal onvoro que pode comer tanto os herbvoros como as

plantas.

A funo interativa I poderia representar vrias possibilidades. Poderia representar sem preferncia, poderia especificar um

percentual constante. No caso de seletividade alimentar, poderia representar uma chave sazonal, ou uma chave limiar.

Aqurio e Terrrio Crie um diagrama de Fluxo com estes 4 componentes bsicos para os modelos de ecossistema aqutico e terrestre vistos na primeira aula: Aqurio e terrrio

1. Trabalho escrito Glossrio de Termos (a ser entregue daqui a duas semanas)1- Vida 2- Ser vivo

3- Indivduo 4- Espcie 5- Fatores Abiticos6-Marcadores Moleculares 7- Hiptese 8- Propriedade Emergente 9- Sensoriamento remoto 10- Modelagem ecolgica 11- Colorao Aposemtica 12- Mimecria