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Conteúdo Programático
Ecologia de Comunidadesa. Padrões e Processosb. Definição de Comunidadesc. Diversidaded. Padrões de Riquezae. Sucessãof. Estrutura de Comunidades
f1- Interações Ecológicas f2- Estrutura trófica
g. Energética e cadeias tróficas
• Conjunto de espécies que se interagem, coexistem e se alteram ao longo do tempo
Comunidades
1980 1985 1995 2005
Sucessão Ecológica: Conceitos
Sucessão Ecológica: sequência de mudanças iniciadas por uma perturbação
Sucessão Ecológica: Conceitos
Sucessão Ecológica: sequência de mudanças iniciadas por uma perturbação
Perturbação: evento relativamente discreto que altera a estrutura de comunidades e/ou disponibilidade de recursos e/ou de substrato e/ou de ambiente físico
Sucessão Ecológica
Campos abandonados no Leste dos Estados Unidos (século XIX)
Sucessão
Plantas anuais
Perenes herbáceas Arbustos Pinheiros
Carvalhos
Sucessão Ecológica
Rochas
Líquens
Gramíneas
Herbáceas
Arbustos
Arvores iniciais
Arvores tardias
Pioneiras
Sucessão Ecológica
Rochas
Líquens
Gramíneas
Herbáceas
Arbustos
Arvores iniciais
Arvores tardias
Seres
Sucessão Ecológica
Rochas
Líquens
Gramíneas
Herbáceas
Arbustos
Arvores iniciais
Arvores tardiasComunidade
Clímax
Sucessão Ecológica: Conceitos
Pioneiras: colonizadores iniciais
Sucessão Ecológica: Conceitos
Pioneiras: colonizadores iniciais
Sere: cada sério sucessional
Sucessão Ecológica: Conceitos
Pioneiras: colonizadores iniciais
Sere: cada sério sucessional
Comunidade Clímax: comunidade vegetal que atingiu um estado estável
Sucessão Ecológica: Conceitos
Sucessão Primária : desenvolvimento da comunidade em habitats recentemente formados e inicialmente desprovidos de qualquer tipo de planta
Dois tipos de sucessão quanto as suas origens:
Sucessão Primária
Fatores perturbadores
Sucessão Ecológica: Conceitos
- Sucessão Primária
- Sucessão Secundária: regeneração de uma comunidade após uma perturbação
Dois tipos de sucessão quanto as suas origens:
Sucessão Secundária
Perturbações
Sucessão Primária: Erupções Vulcânicas
Mount St. Helens em 1980
Sucessão Primária:
Logo após a Erupção do Monte St. Helens
Sucessão Primária: St. Helens
1 espécie
1 + 2 espécies
17 espécies
17 espécies+ 65%
cobertura
18 espécies
Sucessão Primária: St. Helens
1 espécie
17 espécies
17 espécies+ 65%
cobertura
1 + 2 espécies
18 espécies
Sucessão Primária: St. Helens
1 espécie
1 + 2 espécies
17 espécies
17 espécies+ 65%
cobertura
18 espécies
Sucessão Primária: St. Helens
St. Helens : Estimativa que em 100 anos a vegetação estará estável
0
5
10
15
20
1984 1990 1995 2000
Ano
Núm
ero
de E
spéc
ies
0
20
40
60
80
Cobe
rtura
(%)
espéciesCobertura (%)
Sucessão Primária: Dunas
Dunas do Lago Michigan - 1902
Sucessão Primária: Dunas
Dunas do Lago Michigan30 anos - gramíneas
100 anos – arbustos perenefolios + gramíneas de
pradarias
150 anos –Estabelecimento de
Pinus = floresta mista
Acima de 400 anos –Floresta de carvalhos
Sucessão Primária: Dunas
a) Emergência de plântulas
b) Emergências de plântulas na presença ou ausência de predadores de sementes
Sucessão Primária: Retração das geleiras
Glacier Bay -Alaska
Reiners et al. 1971
10-1.500 anos
Sucessão Primária: Retração de Gelerias
1.500500200
Sucessão Primária: Bacias Glaciais
Alterações na riqueza de espécies em Glaciais no Alasca.
Sucessão de plantas no Alasca
Sucessão Secundária: Florestas Temperadas
Campos abandonados no Leste dos Estados Unidos (século XIX)
30 anos
15 anos
2 anos
1 ano
1◦ anoGramíneas 1
2◦ anogramíneas
3‐18 anosFloresta de Pinus
jovem
19‐30 anoFloresta de Pinus
MaduraSub‐bosque de jovens
Carvalhos
70‐100Transição de PinusPara carvalhos
100 anos ou maisClimax
Floresta de Carvalhos
Sucessão Secundária: Campos abandonados
Sucessão Secundária: Florestas Temperadas
Árvores
Sucessão Secundária: Florestas Temperadas
Árvores Aves
Sucessão Secundária: Costão rochoso
Souza 1979 : Experimento
Sucessão
pioneiras
Sucessão Secundária: Costão rochoso
Souza 1979 : Experimento
Sucessão
pioneiras
Sucessão Secundária: Costão rochoso
Souza 1979 : Experimento
Sucessão
pioneiras
Sucessoras intermediárias
Sucessão Secundária: Costão rochoso
Souza 1979 : Experimento
Sucessão
pioneiras
3 anos
60-90% domínio
Sucessão Secundária: Costão rochoso
Sucessão de macroinvertebrados e macroalgas
Tempo de Sucessão
Alasca Campos abandonados
Costão rochoso Riacho
• Características das plantas• Bancos de Sementes e Dormência
Características biológicas e a sucessão
Diferenças nas espécies sucessionais
Característica Inicial TardiaNúmero de sementes Muitas poucas
Tamanho das sementes Pequena Grande
Dispersão Alada, presa em animais
Gravidade , ingestão por
animaisViabilidade da semente Longa, latente no solo Curta
Taxa de crescimento Rápida Lenta
Tamanho na maturidade Pequeno Grande
Tolerância à sombra Baixa alta
Características biológicos e a sucessão
Diferenças nas espécies sucessionais
Característica Inicial TardiaNúmero de sementes Muitas poucas
Tamanho das sementes Pequena Grande
Dispersão Alada, presa em animais
Gravidade , ingestão por
animaisViabilidade da semente Longa, latente no solo Curta
Taxa de crescimento Rápida Lenta
Tamanho na maturidade Pequeno Grande
Tolerância à sombra Baixa alta
Características biológicos e a sucessão
• Características das plantas• Bancos de Sementes e Dormência
- Banco de sementes seja rico
-Dormência de sementes de plantas “iniciais” quebrada pelo fogo ou luz
Características biológicos e a sucessão
Mecanismos biológicos e Sucessões
Importância dos animais na sucessão das comunidades vegetais
Pressão de pastagem Pisoteio de Elefantes
Controlam comunidade de gramíneas
Capítulo 9: De Populações a Comunidades
Capítulo 16: A natureza da comunidade
Capítulo 22: Desenvolvimento da Comunidade
Estrutura de Comunidades
Estrutura de Comunidades
Como estudar?
-Diversidade
- Níveis tróficos
- espécies chave / espécies Dominantes
- diagrama com as conexões entre os organismos e o alimento que eles consomem
Teia trófica: modelos conceituais das interações tróficas entre os organismos em
uma comunidade
Estrutura de Comunidades
Estrutura de Comunidades
Cadeia trófica
Simples sequência de organismos e suas interações
tróficas
ConsumidoresQuaternários
ConsumidoresTerciários
ConsumidoresSecundários
ConsumidoresPrimários
Produtores
Carnivoro
Carnivoro
Carnivoro
Herbivoro
Planta
Carnivoro
Carnivoro
Carnivoro
Zooplancton
Fitoplanctonterrestre Marinha
Estrutura de Comunidades
Estrutura de Comunidades
Rede Trófica
Cadeias tróficas integradas
Redes complexas
Louva-a-deus PerdizAranha
Gafanhoto Rato Veado PreáAbelha
Frutos Capim/folhagem Sementes
Coruja-buraqueira
Lobo-guará
Gambá
Onça-parda
RaízesFlores
Exemplo simplificado de uma teia alimentar para o Triângulo Mineiro. Motta-Junior, não publicado.
Redes complexas
Cracas
Mexilhões
Interação diretos e indiretos
EFEITO DIRETO
Teias tróficas: Efeitos indiretos
Comensalismo
0+
Interação indireta
Teias tróficas: Efeitos indiretos
Número de besouros 15 X maior nos brotos de árvores cortadas
Interação indireta
Teias tróficas: Efeitos indiretos
O que os brotos podem oferecer?
Mais Nitrogênio
Maior concentração de defesas químicas
Interação indireta
Teias tróficas: Efeitos indiretos
O que os besouros ganham?
- Desenvolvimento mais rápido (10%)
- Maior tamanho (20%)
Interação indireta
EFEITO
INDIRETO
Interação indireta
Teias tróficas : Efeitos indiretos
Exótica Nativa
Exclusão competitiva?
Competição aparente?
Interação indireta
Teias tróficas : Efeitos indiretos
Exótica Nativa
Experimento: Controle
Impedimento da passagem dos mamíferos
Gaiolas com passagem mamíferos
Interação indireta
- Distante e próximo das exóticas
Teias tróficas : Efeitos indiretos Controle: mamíferos herbívoros permitidos
mamíferos herbívoros excluídos
Mamíferos abrigam na exótica e se alimentam nas
vizinhanças
Gradiente na ocupação das nativas
Não tem variação na densidade de nativa a partir
das manchas de exótica
Interação indireta
Teias tróficas : Efeitos indiretos
“Exótica” promove o aumento na população
de mamíferos herbívoros , que por sua vez diminuem a
densidade de “nativa”
Competição Aparente
Interação indireta
Efeito indireto
Espécies introduzidas
Efeito indireto
Espécies introduzidas
Gato e 3 espécies de ratos
Como salvar a espécie nativa?
- TRANSLOCAÇAO DA POPULAÇÃO DE PAPAGAIOS PARA OUTRA ILHA
Kakapo (Strogops habroptilus)
Efeito indireto
Espécies introduzidas
Gato e 3 espécies de ratos
Como salvar a espécie nativa?
- TRANSLOCAÇAO DA POPULAÇÃO DE PAPAGAIOS PARA OUTRA ILHA
Kakapo (Strogops habroptilus)
Cascata trófica
Alternância de abundâncias
Efeitos Indiretos
Cascata trófica: série de interações que resultarão em alterações de energia e
composição de espécies na comunidade
Figure 20.11 A Terrestrial Trophic CascadeCascatas tróficas
Experimento:• remoção besouros
Besouros
Herbívoros
formigas
Planta
Figure 20.12 Effects of a Trophic Cascade on Production (Part 1)Cascatas tróficas
Sem besouros
Com besouros
Figure 20.12 Effects of a Trophic Cascade on Production (Part 2)Cascatas tróficas
Sem besouros
Com besouros
Figure 20.12 Effects of a Trophic Cascade on Production (Part 3)Cascatas tróficas
Sem besouros
Com besouros
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
• Robert Paine (1965,1966...)
• Quanto maior a riqueza em uma teia, maior o número de predadores
• Comunidades de zooplancton do atlântico:81 spp – 16% predadores
• Comunidades de zooplancton do Sargasso: 268 spp – 39% predadores
Grice & Hart (1962)
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
Paine e descrição de comunidades em costões entre-marés
Espécie Chave
Pisaster
Thais
Chitons2spp
Gastropodas2spp Bivalves Cracas
3sppCracas
Mukkay – Washington – EUA
(49◦ N)
13 espécies
+ 2 presa fora dos sistema
Thais: 90% energia= cracas
Pisaster: 90% energia = 37% mexilhoes/41% quitons/12%
cracas
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
Espécie ChaveEstrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
California (31N)
45 spp11 predadores
34 presas
• Mukkaw• 13 espécies
• 2 predadores
• Califórnia• 45 espécies
• 11 predadores
3.5 X
5.5 X
> proporção de predadores levou a > pressão de predaçãonas populações de presas, o que consequentemente
promoveu uma maior diversidade de espécies
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
Pisaster
Thais
ChitonsLimpets
Bivalves Cracas Cracas
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
Espécie Chave
Pisaster
Thais
ChitonsLimpets
Bivalves Cracas Cracas
3 meses: cracas – 60-80% do espaço
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
Espécie Chave
Pisaster
Thais
ChitonsLimpets
Bivalves Cracas Cracas
1 ano: mexilhões e craca 1
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
Espécie Chave
Pisaster
Thais
ChitonsLimpets
Bivalves Cracas Cracas
Mexilhões: competidores superiores
5 anos: mexilhões e craca 1
Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies
Espécie –chave
Espécie Chave
Espécie que quando removida da cadeia causa grande impacto (mudança de densidades ou extinções) na
comunidade
impacto não é proporcional a sua densidade e/ou biomassa
Espécie Chave
Lontras comem osouriços e as densidades
de algas são altas
Espécie Chave
Espécie Chave
Menos peixes, menos cnidárias
Espécie Chave
Declínio das lontras nos últimos 20 anos
Por que este declínio vem ocorrendo?
Espécie Chave
Espécie Chave
Espécie Chave
Lontras sãopredadores “chave”
Espécie Chave
PredaPredaççãoão pelaspelasorcas orcas aumentamaumentam a a
densidadedensidade de de ouriouriççosos
Cascatas tróficas
Reintrodução e proteção das Lontrasreduzem a densidade
de ouriço
Espécie Chave
Modificação de um ambiente
- Elefantes se alimentam principalmente de arvores
- Destroem o ambiente
- Favorecem o crescimento gramíneas
- Elefantes são prejudicados
- Herbívoros pastadores beneficiados
• Algumas espécies, não necessariamente abundantes, que deteminam a estrutura das comunidades
Espécies Chave
Espécies-chave !!!!
• Uma espécie com grande biomassa que pode controlar a ocorrência de outras espécies na comunidade
Espécies Dominantes
•Remover espécies dominantes, pode ou não ter um grande impacto na comunidade
ESPÉCIES DOMINANTES
Pode haver uma espécie dominante em cada nível trófico
Espécies Chave X Espécies Dominantes
Alta
AltaBaixaBaixa
Biomassa relativa das espécies
Impa
cto
tota
l das
es
péci
es
Power et al 1996
• Espécie Dominante: espécies que são mais abundantes ou tem maior biomassa a comunidade
• Espécie-chave: Baixa abundância, porém elas determinam a estrutura da comunidade
Espécies Chave X Espécies Dominantes
Apenas competição e predação são importantes na estrutura das
comunidades?
Peixes limpadores
Limpadores: fonte de alimento
Clientes: remoção de ectoparasitas
Espécie Chave: Mutualismo
Peixes limpadores e aumento da diversidade no coral
0
2
4
6
8
10
Com limpadores Sem limpadores
Riq
uez
a de
esp
écie
s
0
20
40
60
80
100
Com limpadores Sem limpadores
Nú
mer
o de
pei
xes
Padrões de diversidade
Experimento: Remoção dos limpadores
Espécie Chave: Mutualismo
Mutualismo e Condicionantes
Stachowicz & Hay, 1999
Espécie Chave: Mutualismo
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Depois de 1 hora Depois de 24 horas
Núm
ero
de c
aran
guei
jos
cons
umid
os
Carangueijos com acesso ao coral
Carangueijos sem acesso ao coral
Padrões de Diversidade
Presença caranguejo
Ausência caranguejo
Espécie Chave: Mutualismo
0
5
10
15
20
25
Não Carangueijos Carangueijos
Epi
biot
a
(% d
a m
assa
do
cora
l)
0
3
6
9
12
15
18
Não Carangueijos Carangueijos
Cre
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çao
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ass/
mês
)
0
20
40
60
80
100
Não Carangueijos Carangueijos
Mor
talid
ade
do c
oral
(%)
Mutualismo e Condicionantes
Caranguejo come algas que tentam se instalar no coral
Mantém a vida e a integridade das estruturas do coral
Águas Rasas
MutualismoStachowicz & Hay, 1999
Espécie Chave: Mutualismo
Coral (Oculina arbuscula)
Caragueijo (Mithrax forceps)
Algas-
-++
+
Fator chaveEstrutura de comunidadeEspécie Chave: Mutualismo
Fator chave
Esponjas e Raízes
40-100%- crescimento da esponja
100-300%- produção de folhas /produtividade primária
Estrutura de comunidade
Nitrogênio Carboidratos
MUTUALISMO
Espécie Chave: Mutualismo
Fator chave
Raízes e Esponja
diminui crescimento raízes >50%
Estrutura de comunidade
Isópodas X Raízes
Menor ataque dos isópodas
Desprendimento de partes do mangue e diminuição da área do manguezal
Espécie Chave: Mutualismo
Fator chave
Raízes e Esponja
diminui crescimento raízes >50%
Estrutura de comunidade
Isópodas X Raízes
Desprendimento de partes do mangue e diminuição da ilha original
FATOR CHAVE
Espécie Chave: Mutualismo
Dispersão de sementes e diversidade
Espécie Chave: Mutualismo
Formigas nativas dispersam 30% das sementes das arvores de sub-bosque na Africa do Sul
MUTUALISMO: FORMIGAS – PLANTAS ( Elaiossomo)
Invasão formiga Argentina
Capítulo 21: Estrutura de Comunidades
Capítulo 20: Teias alimentares
Capítulo 9: Processos em Populações (Teias alimentares)
A energia e a Ecologia Trófica
• Biomassa
Biomassa geralmente diminui com nível trófico
• Quantidade de matéria orgânica viva/morta
Quanto a forma de adquirir energia
• Autótrofos
• Heterótrofos
Nível Trófico
4
3
2
1
Estratégia alimentar
Carnivoros Secundários
Carnivoro
Herbivoro
Autótrofo
Cadeia trófica Decompositores (cadeiaTrófica)
Níveis Tróficos
Fonte de Energia Externa
PRODUTORESPRIMÁRIOS
CONSUMIDORES DECOMPOSITORES
FATORES ABIÓTICOS
Fluxo de energia
Quem são os decompositores?• Bactérias e fungos
• Detritívoros
O que faz um decompositor ?
• mineralização Conversão de elementos na forma orgânica à forma inorgânica
• Plantas ?
• imobilização Conversão de elementos na forma inorgânica à forma orgânica
Fonte de Energia Externa
PRODUTORESPRIMÁRIOS
CONSUMIDORES DECOMPOSITORES
FATORES ABIÓTICOS
Fluxo de energia
Conceitos importantes
• Produtividade primária• Taxa de biomassa produzida por unidade
de área
Conceitos importantes• Produtividade primária
• Taxa de biomassa produzida por unidade
de área
• Produtividade primária bruta (PPB)• Produtividade primária líquida (PPL): PPB-R
• PPL = PPB-R
ProdutividadeH2O
Energia
Temperaturas altas
CO2
O que determina a produtividade?
Nutrientes
Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres
• 0,03% ar atmosférico
CO2
Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres
• Quantidade de radiação em 1m 2 /min da Terra : 1-5 J
• 100% energia é absorvida?
Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres
• Quantidade de radiação em 1m2 da Terra : 1-5 J
• 100% energia é absorvida?
• 45% dos raios solares podem ser absorvidos
Qual é a Eficiência da Fotossíntese ?
Fonte de Energia:1,254,000
kcal/m2/ano
0.8% energia absrvidapela fotossíntese. Desta….
…55% perdida pela respiração
…45% gera o crescimento (Produção Primária Líquida)
Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres
H2OTemperaturas altas
0–100100–200200–400400–600600–800>800
Productivity ranges (g/m2/ano)
Produtividade Terrestre
Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres
Nutrientes
• Ambientes com baixa concentração de nutrientes são menos produtivos
• Sistemas agrícolas são muito produtivos
• Profundidade
Fatores limitantes da produtividade em ambientes aquáticos
• Radiação solar
• Disponibilidade de NutrientesPRODUTIVIDADE
Quais são os fatores determinantes na produtividade?
Produtividade Secundária
• Taxa de produção de biomassa por organismos heterotróficos
• Produção Secundária depende da primária• Qual a relação esperada?
Fonte de Energia:1,254,000kcal/m2/ano
0.8% energia absorvida pela fotossíntese. Desta….
…45% gera o crescimento (Produção Primária Líquida)
…11% entra na cadeia de herbívoros
e pastadores
…34% entra na cadeia dos decompositores como matéria morta
…55% perdida pela respiração
Produtividades Primária e Secundárias
80.7% respiração
17.7% excreção1.6% crescimento e reproduçao
Energia derivadadas plantas
Rotas de energia
• Eficiência de consumo (EC)• Eficiência de assimilação (EA)• Eficiência de produção (EP)
Eficiência de transferência de energia
• Eficiência de consumo (EC)
Eficiência de transferência de energia
• % da produtividade total de um nível trófico que éconsumida pelo nível trófico superior
• VALORES MÉDIOS
• 5% floresta
• 25% herbácea
• 50% fitoplancton
• Carnívoros - Vertebrados
- 50% - 100% vertebrado
- 5% invertebrado
• Carnívoros- Invertebrados
- 25% invertebrado
• Eficiência de assimilação (EA)Eficiência de transferência de energia
• % de energia no trato digestivo dos consumidores que é assimilada pela parede do trato digestivo e torna –se disponivel para ser destinada ao crescimento ou para gerar energia
• VALORES MÉDIOS
• 100% bactérias
• 20 - 50% herbívoros / detritívoros
• 80% carnívoros
• Eficiência de produção (EP)Eficiência de transferência de energia
• % de energia assimilada incorporadas à nova biomassa.
• VALORES MÉDIOS
• 30 – 40 % invertebrados
• 10% - vertebrados ectotermicos
• 1 – 2 % vertebrados endotérmicos
Eficiência de transferência de energia (ETP)
ETP = EC X EA X EP
Regra dos 10%
Produção Primária em Ecossistemas Aquáticos
• Modelo baseado em 48 estudos
2- 24%
~10,13
Capítulo 17: O Fluxo de energia através dos Ecossistemas
Capítulo 11: O Fluxo de energia e de matéria através dos Ecossistemas