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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