UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
A VIDA E OS AMBIENTES FÍSICOS
o meio físico, o meio biótico e os fatores limitantes
Para permanecerem vivos, manter sua estrutura, se desenvolver e reproduzir, os organismos necessitam
trocar, continuamente, materiais e energia com o meio que os rodeia.
Um dos princípios básicos da ecologia é que:
Simultaneamente, as condições de temperatura, umidade, salinidade, etc,
determinam como estes processos deverão ocorrer. Figure 54.17 Transport over land Solar energy Net movement of water vapor by wind Precipitation over ocean Evaporation from ocean Evapotranspiration from land Precipitation over land Percolation through soil Runoff and groundwater CO2in atmosphere Photosynthesis Cellular respiration Burning of fossil fuels and wood Higher-level consumers Primary consumers Detritus Carbon compounds in water Decomposition
THE WATER CYCLE THE CARBON CYCLE
Figure 54.17
Transport over land Solar energy
Net movement of water vapor by wind Precipitation over ocean Evaporation from ocean Evapotranspiration from land Precipitation over land Percolation through soil Runoff and groundwater CO2in atmosphere Photosynthesis Cellular respiration Burning of fossil fuels and wood Higher-level consumers Primary consumers Detritus Carbon compounds in water Decomposition
THE WATER CYCLE THE CARBON CYCLE
Transport over land Solar energy
Net movement of water vapor by wind Precipitation over ocean Evaporation from ocean Evapotranspiration from land Precipitation over land Percolation through soil Runoff and groundwater CO2in atmosphere Photosynthesis Cellular respiration Burning of fossil fuels and wood Higher-level consumers Primary consumers Detritus Carbon compounds in water Decomposition
THE WATER CYCLE THE CARBON CYCLE
Figure 54.17
Transport over land Solar energy
Net movement of water vapor by wind Precipitation over ocean Evaporation from ocean Evapotranspiration from land Precipitation over land Percolation through soil Runoff and groundwater CO2in atmosphere Photosynthesis Cellular respiration Burning of fossil fuels and wood Higher-level consumers Primary consumers Detritus Carbon compounds in water Decomposition
THE WATER CYCLE THE CARBON CYCLE
Figure 54.17
Transport over land Solar energy
Net movement of water vapor by wind Precipitation over ocean Evaporation from ocean Evapotranspiration from land Precipitation over land Percolation through soil Runoff and groundwater CO2in atmosphere Photosynthesis Cellular respiration Burning of fossil fuels and wood Higher-level consumers Primary consumers Detritus Carbon compounds in water Decomposition
THE WATER CYCLE THE CARBON CYCLE
Transport over land Solar energy
Net movement of water vapor by wind Precipitation over ocean Evaporation from ocean Evapotranspiration from land Precipitation over land Percolation through soil Runoff and groundwater CO2in atmosphere Photosynthesis Cellular respiration Burning of fossil fuels and wood Higher-level consumers Primary consumers Detritus Carbon compounds in water Decomposition
Ernst Haeckel 1866
“a ciência capaz de compreender a relação do organismo com
o seu ambiente”
Ecologia:
é a ciência que estuda como os organismos interagem uns com os
outros e com o ambiente abiótico (incluindo fatores como luz solar,
temperatura, umidade, e nutrientes).
Krebs (1994) : estudo científico das interações que determinam a distribuição e abundância dos organismos.
ONDE os organismos são encontrados?
QUANTOS são?
Como identificar as razões para uma espécie estar
presente ou ausente numa dada área(distribuição) ?
A espécie está ausente devido a:
DISPERSÃO COMPORTAMENTO OUTRAS ESPÉCIES FATORES FÍSICOS E QUÍMICOS Área inacessível Seleção de habitat Predação Parasitismo Competição Doenças Físicos . Temperatura . Luz . Estrutura do solo . Fogo . Umidade . etc Químicos . Água . Oxigênio . Salinidade . pH . nutrientes . etc não não não sim sim sim Condições Ambientais Recursos
Ar Água Terra Vida Condições ambientais e Recursos ambientais
As condições são características físicas e químicas do ambiente.
Os recursos são elementos consumidos pelos organismos ao
longo do seu crescimento e reprodução.
Temperatura pH Umidade relativa Estruturação do hábitat Hidrologia Vento Luminosidade Nutrientes Alimento Água Gases
Recurso: uma substância ou objeto exigido por um organismo para sua
manutenção, crescimento e reprodução normais, se é escasso em relação a demanda ele é limitante
Kershaw, Peter and Barbara Wagstaff. 2001. The southern conifer family Araucariaceae: history, status, and value for paleoenvironmental reconstruction. Annual Review of Ecology
and Systematics 32: 397-414.
Qual a diferença entre condições ambientais e
recursos ambientais?
Condições ambientais
Temperatura, pH Pesticidas, Poluição elementos traço Minerais e
Exemplo: a taxa de consumo de O2 de um inseto aumenta exponencialmente, a um fator de ~2,5 a cada 10oC de aumento na
Mudanças na distribuição espacial de girinos da rã Rana boylii associadas com as
mudanças na temperatura de um lago na California no mês de junho.
A distribuição espacial dos girinos na coluna de água varia em função das mudanças na temperatura da mesma.
Noite
Manhã
Meio dia
Tarde
Noite
Investiga a reação dos organismos a fatores físicos e químicos
Sobrevivência – Crescimento - Reprodução
Principal ferramenta conceitual para ecofisiologistas: Lei de Liebig
Lei do mínimo: a distribuição de uma espécie será controlada pelo fator ambiental
para o qual o organismo tenha a faixa de adaptabilidade ou controle mais
estreita.
Lei dos Mínimos
Qualquer condição que se aproxime ou exceda os limites de tolerância é
chamada de
condição limitante
ou fator limitante.Em condições ideais o constituinte essencial que está nos valores mínimos tende a ser o limitante.
Lei de Liebig
Justus von Liebig (1840) Organic chemistry and its application to agriculture and physiology
• Cada planta requer certos tipos e quantidades de nutrientes
• Se estes nutrientes estão ausentes a planta não cresce ou morre • Se os nutrientes são escassos, o crescimento é mínimo
Restrições:
Aplicável apenas em condições estáveis, com todos os demais recursos em excesso Ex.: CO2 limita produtividade em um lago; uma tempestade adiciona CO2 no lago, as reações irão depender de TODOS os componentes (luz, N, P, etc), a produtividade aumentaria até esgotar algum componente e voltaria a operar na lei dos mínimos.
Não apenas os recursos podem ser limitantes, mas também fatores físicos e químicos (ex:temperatura)
Expansão da Lei de Liebig: Blackman (1905)
Lei do fator limitante: Uma quantidade excessiva de um recurso pode ser também
limitante à sobrevivência, crescimento ou reprodução (respostas dos organismos).
Expansão da Lei de Liebig: Lei de Shelford (1913) – Ecologia do estresse
Lei de tolerância: os organismos apresentam um mínimo e um máximo ecológico
que representam seus limites de tolerância.
Limites de tolerância da espécies
Zona ótima
Mínimo Ótimo Máximo
Esp éci es rar a Esp éci e au sen te Esp éci es au sen te Esp écie rara
Fatores ambientais limitantes
A presença ou o sucesso de um (ou um grupo) de organismo(s) dependem de um complexo de condições: Faixa de tolerância A espécie pode crescer nestas condições Variável ambiental
(ex,: luz solar, temperatura, água, nutrientes)
A espécie não cresce nestas condições, fora da faixa de tolerância V ig o r d e cr e scim e n to e h a b ilid a d e d e co m p e tir Alto Baixo
Qualquer condição que se aproxime de ou exceda os limites de tolerância constitui um
Zona de intolerância Zona de intolerância Organismos ausentes Organismos ausentes Poucos organismos Poucos organismos Zona de estresse fisiológico Zona de estresse fisiológico Temperatura Faixa ótima Abundância de organismos Baixa Alta Limite inferior de tolerância Limite superior de tolerância
Esquematização das faixa de tolerância de uma população de organismos aos fatores abióticos, nete caso temperatura (Modificado de Miller, 1988).
Fatores abióticos: Fator limitante que restringe o nicho fundamental do organismo. Por exemplo: disponibilidade de nutrientes, luz, temperatura, pH, solos, etc
Faixa de tolerância A espécie pode
crescer nestas condições
Variável ambiental
(ex,: luz solar, temperatura, água, nutrientes)
A espécie não cresce nestas condições, fora da faixa de tolerância V igo r d e c re s c im e n to e h a b ilida d e d e c o m p e tir Alto Baixo
A presença ou o sucesso de um (ou um grupo) de organismo(s) dependem de um complexo de condições:
Comunidades inteiras pode ser afetadas por alterações nas condições limitantes
2
oC podem causar branquamento
Estresse: perda das algas simbióticas que possibilita aos corais prosperar em águas com nível de nutrientes muito baixo
Todos os requisitos podem estar dentro do limite de tolerância, mas ele pode falhar INTERAÇÕES BIOLÓGICAS
•Os organismos podem ter uma ampla tolerância para um fator e estreita para outro;
•Organismos com grandes amplitudes de tolerância a fatores limitantes terão distribuição mais ampla;
•Quando as condições não são ótimas o limite de tolerância de outros fatores podem ser reduzidos;
•Na natureza é comum os organismos não viverem em uma amplitude ótima de um fator físico em particular (como visto experimentalmente), assim algum outro fator deve ter mais importância (ex. Spartina);
•Na reprodução os fatores ambientais são mais limitantes.
E quando as condições de exigências são ótimas e o organismo está ausente, o que ocorre nesse caso?
As reações dos seres vivos às variações das condições ambientais têm implicações na morfologia, na fisiologia e no comportamento
Besouro-da-batata
Protista
Ovo – adulto ácaro
Reações frequentes as condições ambientais são a modificação de ciclos de desenvolvimento, a hibernação e a migração.
Ciclos de desenvolvimento
Início do verão Fim do verão
Fotoperíodo e Temperatura
CANCIAN, Leonardo Farage; CAMARGO, Antonio Fernando Monteiro and SILVA, Gustavo Henrique Gonzaga. Crescimento de
Pistia stratiotes em diferentes condições de temperatura e fotoperíodo. Acta Bot. Bras.
[online]. 2009, vol.23, n.2, pp. 552-557. 15oC 25oC 30oC 8 horas 12 horas 8 horas 12 horas 8 horas 12 horas
Qual fator ambiental esta limitando o desenvolvimento da espécie?
Resposta do animais a temperatura do hábitat
Ectotérmicos x Endotérmicos
Fontes externas de calor Manutenção da temperatura por
processos fisiológicos
Maioria dos animais Adaptações:
Atividade muscular (insetos) Queima de gordura por
pequenos períodos (peixes)
Afetados indiretamente pelas condições ambientais.
Custo energético para tolerar determinadas condições
Adaptações: Morfológica
Adaptação morfológica
Mudanças sazonais na espessura dos revestimentos isolantes dos pelos em alguns mamíferos
inverno verão Redução na tr ansferênci a de cal or
Migração OVOS LARVA LARVA JUVENIS REPOUSO MATURAÇÃO MADURO ESGOTADO Reservatório Itaipu Rio Paraná Lagoas planície inundação
Efeitos das condições ambientais sobre interações entre organismos As condições ambientais não atuam apenas sobre uma espécie
Afeta predadores, presas, competidores, parasita, etc…
Padrões Climáticos
O que determina a distribuição de um organismo?
Variáveis físicas, químicas e biológicas
O que determina a distribuição de uma comunidade?
Depende da escala.
Grande Escala CLIMA
Que fatores determinam as diferenças de temperatura na Terra ?
Climatologia
1. Diferenças na entrada de radiação solar
. Latitudes altas recebem menor radiação por unidade de área em razão da forma da Terra
Quente/Úmido
Frio/Seco
Ao longo destes gradientes, do O para o L, gramíneas pequenas são substituídas por espécies de maior porte das pradarias e finalmente por florestas
Pradarias Chaparral
Florestas
Mudança na composição de espécies, principalmente um aumento daquelas adaptadas ao frio Efeito da precipitação Efeito da T emp era tura
Outros fatores importantes: Topografia
Solos
Temperatura La titud e -10 30 0 60N
O que o gráfico esta dizendo????
0 60S
La
titud
Temperatura La titud e -10 30 0 60N
O que o gráfico esta dizendo????
60S Temperatura L a titu d e -10 30 0 60N 0 60S L a titu d e
