CONCEITOS DE NICHO. COMPONENTES: Nicho Abiótico. Acesso. Interações Bióticas

Nicho Abiótico

Interações Bióticas Acesso

Distribuição geográfica real

(preenche condições abióticas e bióticas – acessível para dispersores)

CONCEITOS DE NICHO

NICHO HUNTCHINSONIANO

Definição da especificidade de nicho:

Duas espécies quando ocupam o

mesmo biótopo devem de alguma

forma ocupar nichos distintos.

“Empirical generalization – which is true

except in cases where are good

reasons not to expect it to be true”.

G.E. Huntchinson 1903 - 1991

CONCEITOS DE NICHO

• Definições de nicho ecológico:

1. A posição ou status de um organismo dentro de sua comunidade e

ecossistema resultante de suas adaptações estruturais, respostas fisiológicas e comportamento específico (por herança e/ou aprendizado).

(E. P. Odum.1959. Fundamentals of Ecology. W. B. Sanders, Philadelephia.)

2. Nicho ecológico é a soma total do uso dos recursos bióticos e abióticos por um organismo em seu ecossistema.

(N.E. Campbell.1996.. Biology. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., Menlo Park, California)

3. Relação do indivíduo ou da população com todos os aspectos de seu ambiente – e dessa forma o papel ecológico das espécies dentro da comunidade.

(R.E. Ricklefs.1996. A Economia da Natureza. Editora Guanabara Koogan S.A., Rio de Janeiro)

Evolução do Conceito de Nicho

Joseph Grinnell (1917-1928)

Propôs uma classificação hierárquica do ambiente – nicho como uma unidade espacial.

“…unidade de distribuição, dentro da qual se encontra cada espécie, em função de suas limitações estruturais e instintivas” (1924) “…o nicho ecológico ou ambiental… é ocupado por apenas uma

espécie…se um novo nicho ecológico surge, ou se um nicho se desocupa, a natureza se encarrega de fornecer um ocupante…” (1924).

Pré-interativa:

– refere-se a área total em que um organismo pode sobreviver na ausência de outros organismos;

– o nicho é uma propriedade do ambiente e não do seu ocupante.

J.Grinnell 1877 - 1939

Evolução do Conceito de Nicho

Charles S. Elton (1927)

Foco no papel funcional da espécie dentro da cadeia trófica.

Condições abióticas não são consideradas.

“...o status de um animal em sua comunidade, para indicar o

que ele faz e não apenas como ele se parece…”

“… o ‘nicho’ de um animal significa sua posição no ambiente

biótico, sua relação com alimento e inimigos.”

Pós-interativo:

– Foco no papel funcional da espécie dentro da cadeia;

–

Condições abióticas não são consideradas;

–

Nicho é uma propriedade da comunidade biótica e

não de seu ocupante.

Charles S. Elton 1900 - 1991

G. E. Hutchinson (1944-1958)

“O termo nicho... é aqui definido como a soma de todos os fatores ambientais agindo sobre o organismo; o nicho assim definido é uma região de um hiper-espaço n-dimensional...” (1944).

“…se este procedimento pudesse ser conduzido (com) todas as variáveis Xn ,considerando variáveis físicas e biológicas, o nicho fundamental de qualquer espécie irá definir suas

propriedades ecológicas. O nicho fundamental assim definido é uma mera formalização abstrata do que usualmente se

define com nicho ecológico” (1957).

Evolução do Conceito de Nicho

G.E. Huntchinson 1903 - 1991 Espaço Ecológico Temperatura Umidade Predad or

Evolução do Conceito de Nicho

• Condições em que um organismo (espécie, população) pode persistir (sobreviver e reproduzir-se) são em geral maiores do que as condições em que o organismo

realmente vive. Esta redução é causada por interações bióticas.

• Nicho Fundamental – todos as características do hipervolume de n-dimensões

na ausência de outras espécies.

• Nicho Realizado – porção do nicho fundamental considerando as interações

interespecíficas.

Temperatura

Umidade

Nicho Realizado Nicho Fundamental

Fitness (para organismos) ou taxa de crescimento populacional (para pops) fora desta linha = 0

OUTROS ASPECTOS DO NICHO

HUTCHINSONIANO

• O nicho é uma propriedade do ocupante e não do ambiente;

• Nichos possuem uma dimensão temporal;

• Exclusão competitiva é parte da formalização do conceito; “... realized niches do not intersect”. (1957)

• Nichos são mutáveis (evoluem);

• Nichos são quantificáveis:

1. Variáveis ambientais podem ser expressas em eixos contínuos; 2. A estrutura interna do nicho é determinada pela performance da

Conceito de Competição

NTERAÇÕES AFETAM DISTRIBUIÇÃO E ABUNDÂNCIA DAS ESPÉCIES

• Definição: interação entre organismos que utilizam um mesmo recurso

(alimento, refúgio, água, luz, etc.)

– Competição intraespecífica: competição entre organismos da

mesma espécie – leva à regulação do tamanho populacional. – Competição interespecífica: competição entre organismos de

espécies diferentes. • Tipos:

1. Competição por recursos (“exploitation”) ou competição indireta – organismos utilizam recursos comuns limitados (um explora mais ou melhor que o outro).

2. Competição por interferência ou competição direta – reação antagônica entre organismos (agressividade, territorialidade, liberação de toxinas, etc.) (“sense 2” Birch, 1957)

MODELO DE COMPETIÇÃO

LOTKA-VOLTERRA

Baseado no modelo logístico de crescimento populacional:

dN/dt = r N ((1 – N) / K)

(inclui um componente dependente da densidade ((1 – N) / K))

dN/dt = 0 quando [(K – N)/ K] = 0 [(K – N)/ K] = 0 quando N = K

2. Competição interespecífica:

Incorpora competição interespecífica no modelo com a utilização de um novo parâmetro (alfa).

Alfa é o coeficiente de competição – mede o efeito de uma espécie na outra: α₁₂ → efeito da sp1 na sp2 α₂₁ → efeito da sp2 na sp1

Crescimento da população da sp1 na presença da sp2:

Crescimento da população da sp1 na presença da sp2:

MODELO DE COMPETIÇÃO

LOTKA-VOLTERRA

MODELO DE COMPETIÇÃO

LOTKA-VOLTERRA

0

=

dt

dN

da primeira espécie mantida constante a abundância da segunda espécie e vice-versa

Resolvendo para y = N₂

MODELO DE COMPETIÇÃO

LOTKA-VOLTERRA

Isolinha de crescimento

zero:

y= a+ by

em que

a = k

/a

b = 1/a

MODELO DE COMPETIÇÃO

LOTKA-VOLTERRA

Analogamente:

y= a+ by

em que

a = k

b = a

RESULTADOS POSSÍVEIS

DA COMPETIÇÃO

RESULTADOS POSSÍVEIS

DA COMPETIÇÃO

RESULTADOS

MAIS REALÍSTICOS

PRINCÍPIO DA

EXCLUSÃO COMPETITIVA

Gause (1934)

COEXISTÊNCIA

2 sp de Paramecium

Validação do

Modelo de Gause

• Como determinar o nicho realizado?

(depende de condições bióticas e abióticas)

• Observar crescimento quando as duas espécies co-ocorrem.

(permite observação da

coexistência com competição – sistema diversificado – espécies exploram diferentes partes do nicho) Balanus Nicho realizado Chthamalus Nicho realizado

Localização na zona intertidal

Validação do

Modelo de Gause

• Como determinar o nicho fundamental?

(remoção do competidor e observação da ocupação do espaço)

• Observar crescimento quando as duas espécies ocorrem

isoladamente.

Balanus

Nicho fundamental

Chthamalus

Nicho fundamental

Localização na zona intertidal

EVOLUÇÃO DA TEORIA DE NICHOS

Levins, MacArthur, Pianka,, Schoener, Colwell, May

1966 - 1984

• Modelos teóricos desenvolvidos para investigar quantas espécies (e quão similares) podem co-existir em uma dada comunidade. Assume competição por recursos como mecanismo que direciona a ecologia das populações.

• Foco em medir:

1. Amplitude do nicho : variedade de recursos e habitats usados por uma espécie;

2. Partição do nicho: grau de recursos distintos usados por espécies que co-existem; 3. Sobreposição de nichos: recursos iguais utilizados por diferentes espécies;

4. “Niche assembly”: colonização e organização de espécies em habitats novos ou

abandonados.

especialista generalista

FIG. 1.-Comparação das Hipóteses:

I – Hipótese 1 - Nichos separados (I - 25 espécies; Ia - 106 espécies); II - Hipótese 2 – Nichos sobrepostos ( 25 espécies);

III - Hipótese 3 - is the mean of three sets of random tosses of 76 particles into 25 categories, illustrating Hypothesis III.

Não Interseção De Nichos Realizados

Modelo da Vara Quebrada (“broken stick”)

(proporcionalidade do espaço)

MacArthur - 1957

R.H.MacArthur 1930 - 1972

S(n) = nº de sp na classe de abundância com n indivíduos S = nº total de sp na comunidade N = nº total de indivíduos

Declínio do Conceito de Nicho

Connor, Simberloff, Lewin, Hubbell

1981-2001

•

CRÍTICAS:

1.

Ausência de uma hipótese nula adequada e rigor estatístico;

2. Competição não é necessariamente o principal processo

direcionador (“driving force”) em ecologia;

3. Uso ambíguo e confuso do termo ‘nicho’

Estruturas (frameworks) conceituais recentes (‘teoria neutra’) afirmam que o conceito de nicho é desnecessário para se entender padrões ecológicos fundamentais em larga escala.

Reformulação Recente do

Conceito de Nicho

Chase and Leibold (2003)

•

O nicho de uma espécie é a descrição conjunta das condições

ambientais que permitem à espécie satisfazer seus requerimentos

mínimos de forma que a taxa de natalidade de uma população

local seja igual ou maior que a taxa de mortalidade em conjunto

com os impactos dos indivíduos desta espécie nas condições

ambientais.

•

O conceito de nicho é importante como uma ferramenta para

pensar sobre fenômenso ecológicos e evolutivos, assim como um

instrumento sintético para integrar estes fenômenos através de

níveis de organização (indivíduos até ecossistemas) e escalas

Modelagem de Nicho Ecológico

Novos Desafios

A modelagem de nichos tem

um enorme potencial para

revitalização e reformulação

do nicho ecológico como um

conceito central em ecologia e

evolução.

É provavelmente a melhor

aproximação disponível para

ligar processos ecológicos a

padrões espaciais em

diferentes escalas de

organização e geográficas.

Espécies

com informação pontual

Espécies com dados fisiológicos

Espécies com estudos autoecológicos e geográficos

Limitações:

Informações sobre

Biodiversidade

Atributos de Entrada

Ideais

Radiação solar Competição

Temperatura Predação

Precipitação Parasitismo

Evapotranspiração Herbivoria

Topografia Facilitação

Solo (textura) Mutualismo Solo (comp. química) Dispersão

Concluding Remarks

• Existem pelo menos duas dimensões de distribuição das espécies:

1. Dimensão ecológica (números) 2. Dimensão geográfica (locais)

(Ambas possuem um componente temporal que as afeta)

• O controle da distribuição das espécies nestas dimensões é dependente da escala.

• Na escala de distribuição global os fatores de controle estão associados aos requerimentos energéticos;

• Requerimentos energéticos são determinados por características fisológicas e morfológicas.

Concluding Remarks

Why bother?

• Situação Inicial

• Invasão de espécies

Nicho Abiótico Interações Bióticas Acesso A Nicho Abiótico Interações Bióticas Acesso

Concluding Remarks

Why bother?

• Situação Inicial

• Mudanças Climáticas

Nicho Abiótico Interações Bióticas Acesso Nicho Abiótico Interações Bióticas Acesso

Concluding Remarks

Funcionalidade

I.

Arcabouço para estimar o nicho ecológico das espécies;

II.

Fornece estrutura preditiva sobre a distribuição geográfica das

espécies sob pressupostos definidos;

III. Fornece previsões sobre distribuição potencial:

1. Em outros continentes / regiões (espécies invasoras); 2. Sob outras circunstâncias (mudanças climáticas); 3. Através do tempo (dinâmica temporal).

Que variáveis incluir?