Aula 5:
Histórias de Vida
&
Demandas Conflitantes
Prof. Leandro Sabagh
Elemento de Ecologia IB - UFRJ
2018/1
Definições;
Ciclo vital;
História de vida e seus aspectos;
Princípio da alocação;
Demandas conflitantes;
Estrategistas r e K;
Resumo.
Conteúdo:
Leandro Sabagh Aula 5 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
Ao fim da aula vcs deverão ser capazes de:
1) Reconhecer os diferentes tipos de histórias de vida;
2) Entender as contrastantes estratégias de vida;
3) Avaliar evolutivamente as decisões econômicas dos organismos.
Objetivos:
Leandro Sabagh Aula 5 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
Ciclo de Vida
Townsend, Begon & Harper, 2010. Fundamentos em Ecologia
Fase juvenil crescimento
Fase Fase
reprodutiva pós reprodutiva
Esforço reprodutivo
Tempo
nascimento início da
reprodução
final da reprodução
morte
Padrão Geral e Simplificado
O conhecido Nascer, Crescer, Reproduzir e Morrer
...mas não apenas isso!
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Aspectos da História de Vida
• Autótrofo
• Heterótrofo
• Fotossintetizante
• Quimiossintetizante
• Herbívoro
• Carnívoro
• Onívoro
• Decompositores
Alimentação
Imagens da internet
Leandro Sabagh Aula 5 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
Aspectos da História de Vida
Reprodução
• Superfície-área
• Tamanho maturidade
• Relações Alométricas
• Quantidade de prole (fecundidade)
• Número de eventos (parição)
• Investimento reprodutivo
• Tamanho da prole
• Longevidade
• Diurno / Noturno
• Móvel / Séssil
• Terrestre / Aquático / Anfíbio
• Solitário / Social / Eussocial
• Monogamia X Poligamia
Tamanho corporal
Atividade
Sociabilidade • Poliginia
• Poliandria
História de Vida
Definição:
As características significativas do ciclo de vida através do qual um organismo passa.
Referência particular é dada para estratégias que influenciam a sobrevivência e a reprodução.
“Histórias de vida estão no cerne da biologia”
(Stearns 1992)
• Poderia unir e explicar a complexidade e
diversidade das “coisas vivas”.
Aspectos da História de Vida
Reprodução
• Superfície-área
• Tamanho maturidade
• Relações Alométricas
• Quantidade de prole (fecundidade)
• Número de eventos (parição)
• Investimento reprodutivo
• Tamanho da prole
• Longevidade
• Diurno / Noturno
• Móvel / Séssil
• Terrestre / Aquático / Anfíbio
• Solitário / Social / Eussocial
• Monogamia X Poligamia
Tamanho corporal
Atividade
Sociabilidade • Poliginia
• Poliandria
Histórias de vida - Ciclos Complexos
Muitos organismos têm formas ou etapas
dramaticamente diferentes em seu ciclo de vida.
Imagens da internet
“Planejamento Familiar”
Leandro Sabagh Aula 6 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
1. Quando ter um filho?
2. Quantos filhos ter?
3. Quanto me dedicarei a eles?
Imagem da Internet
Conflito: Pais
X
Filhos
O mesmo para vegetais
Os organismos enfrentam um problema de alocação de recursos escassos (tempo, energia, materiais).
Considere a possibilidade de que um carvalho possa de alguma forma
produzir mais sementes:
a) Como esta mudança afeta a sobrevivência das mudas?
b) Como esta mudança afeta a sobrevivência do adulto?
c) Como essa mudança afeta a reprodução futura?
Imagem da Internet
Reprodução
Ricklefs 2006Número sementes por planta
Tamanho da semente
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Reprodução
Ricklefs 2006Para a prole:
drenar mais energia da mãe para seu crescimento e
sobrevivência Para a mãe:
ser drenado menos pela prole para ter mais energia disponível para própria sobrevivência e/ou reprodução futura
Reprodução
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Após a reprodução (senescência)
largura relativa dos anéis anuais (mm)
Núm. Médio de pinhas por árvore (*102)
Reprodução X
Crescimento Futuro
Repr. Corrente X
Repr. Futura
Capim Anual
T am anho da planta no 2º ano (c m)
Núm. Inflorescência / plantas 1º ano Núm. Inflorescência / plantas 1º ano
Nú m. Infloresc ên cia / pl an tas 2 º ano
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Alocação de Energia (dinâmica)
• Massa seca é uma medida indireta de energia
Massa seca (%)
Germinação Planta Madura
sementes
Tronco e galhos
Folhas mortas Folhas
Raizes
Senecio vulgaris
+ Definições
Demandas Conflitantes (Trade-offs)
Uma mudança "benéfica" na trajetória da história de vida ligada a uma mudança "prejudicial" em outra
time
body length
time
cumulative offspring
Princípio da Alocação Ótimo:
Se os organismos usam energia para uma função, como
o crescimento, a quantidade de energia disponível para
outras funções é reduzida (e.g. reprodução).
Conceito de Trade-off
Origem em macroeconomia
Curva de Phillips
Utilizada para explicar a relação inversa entre desemprego e inflação
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Ideia básica apropriada
Decisões econômicas
Relações de custo / benefício
T amanho dos Ovos
Número de ovos
Dúvida: por onde seguir???
Crescimento / Maturação
Manutenção
(sobrevivência)
Fonte (recurso)
Drenos
(alocações)
Adaptado de:
Tjalling Jager
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Demandas Conflitantes (Trade-offs)
Se uma espécie dedica mais recursos ao crescimento, menos está disponível para outros processos, como a reprodução.
time
body length
time
cumulative offspring
Leva a compensações entre funções como número e tamanho da prole.
EXEMPLO: Esforço reprodutivo: tempo e energia alocados
para reprodução
Princípios de Lack (1940)
David L. Lack propôs 3 importantes princípios:
David Lambert Lack
۞1910 † 1973 Ornitólogo e biólogo britânico.
1. ele relacionou os traços da história de vida ao sucesso reprodutivo e, portanto, ao condicionamento
evolutivo;
2. ele demonstrou que as histórias de vida variam consistentemente com relação a fatores no ambiente;
3. ele propôs uma hipótese que poderia ser submetida à
experimentação.
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Princípios de Lack (1940)
David L. Lack propôs 3 importantes princípios:
David Lambert Lack
۞1910 † 1973 Ornitólogo e biólogo britânico.
1. ele relacionou os traços da história de vida ao sucesso reprodutivo e, portanto, ao condicionamento
evolutivo;
2. ele demonstrou que as histórias de vida variam consistentemente com relação a fatores no ambiente;
3. ele propôs uma hipótese que poderia ser submetida à
experimentação.
Esforço Reprodutivo varia de acordo com a Latitude
Hipótese da disponibilidade de alimentos
Em regiões temperadas, a
mortalidade é maior no inverno, o que deixa mais alimento na
primavera para ser usado por populações reprodutoras
Trade-offs e Plasticidade
T amanho nin had a
Latitude (graus)
Leandro Sabagh Aula 5 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
Maturidade X Expectativa de Vida
Idade da mat urida de sex ual (anos)
Sobrevivência anual (%)
Exemplos em Aves
Relação entre idade na
maturidade e taxa anual de
sobrevivência de adultos, que é
diretamente proporcional ao
tempo de vida.
Diminuição na taxa de sobrevivência larval com o aumento do número de larvas
depositadas por grão por um Besouro.
...
Leandro Sabagh Aula 5 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
Trade-off de Sobrevivência
Tx sobrevi vênci a de la rvas que met amorf osea ram
Número de larvas por grão
Foto: Tim Craig
Teoria Hist. Vida e Demandas Conflitantes
ENERGIA / RECURSO
Aplicação Somática
Aplicação Reprodutiva
Manutenção Crescimento Fecundidade Parição
Teoria Hist. Vida e Demandas Conflitantes
ENERGIA / RECURSO
Aplicação Somática
Aplicação Reprodutiva
Manutenção Crescimento Parição
Prole Presente
Prole Futura Fecundidade
Leandro Sabagh Aula 5 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
Iterióporo X Semálporo
• Pode ter período pré- reprodutivo longo ou curto;
• Vegetais monocarpia
Semálparo Iterióporo
• Podem ser contínuos ou discretos
Apenas 1 único evento reprodutivo
Vários eventos
reprodutivos
Townsend, Begon & Harper, 2010. Fundamentos em Ecologia
Iterióporo X Semálporo
Iteriópora com
eventos reprodutivos discretos (e.g.
sazonais).
Iteriópora com
reprodução contínua ao longo de todo o ano.
Semálpora com um único evento
reprodutivo (no caso vida longa, mas não é uma regra).
Imagens da Internet
Iterióporo X Semálporo ?
O que é
melhor?
Iterióporo X Semálporo ?
O que é melhor?
Número
Esforço reprodutivo (%)
Esforço reprodutivo (%)
Altura máxima (cm) Iteriópora Semálpora
Iteriópora Semálpora
Um exemplo com gramíneas
Iteriópora Semálpora
Vegetais perenes (Iterióporos)
investem menos em reprodução
Isso vale mesmo quando
correlacionamos com o tamanho da planta
Leandro Sabagh Aula 5 – Hist. Vida & Demandas Conflitantes 2018/1
Trade-offs e Seleção Sexual
Fêmeas preferem machos com longas “espadas” (sword)
Basolo & Alcaraz (2003)
Peixes-espada Xiphophorus sp.
Natação rotineira
Natação de coorte
Tempo gasto atividade (min.)
Trade-offs e Seleção Sexual
Fêmeas preferem machos com longas “espadas” (sword)
Consumo oxigênio
Peixes com longas “espadas”
gastam mais energia para nadar.
Espada Normal Espada Cortada
Basolo & Alcaraz (2003)
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Tempo gasto atividade (min.)
Curva de Sobrevivência
• ...
Mortalidade concentrada no final da vida.
Oposto da curva III
Taxa de mortalidade constante.
Intermediário entre I e III
Mortalidade mais concentrada no período inicial do ciclo de vida e extensa sobrevivência subsequente.
Poucos sobrevivem inicialmente, mas quando os indivíduos atingem um tamanho crítico, o risco de morte permanece baixo e mais ou menos constante
(log)
I
III
Curva de Sobrevivência
• ...
Mortalidade concentrada no final da vida.
Oposto da curva III
Taxa de mortalidade constante.
Intermediário entre I e III
Mortalidade mais concentrada no período inicial do ciclo de vida e extensa sobrevivência subsequente.
Poucos sobrevivem inicialmente, mas quando os indivíduos atingem um tamanho crítico, o risco de morte permanece baixo e mais ou menos constante
(log)
I
III
Imagens da Internet
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Estrategistas r e K
Conceito que emerge na década de 1970 com a Teoria da Biogeografia de Ilhas;
Eduard O. Wilson
۞1929 - atual Biólogo estadunidense
Robert MacArthur
۞1930 † 1972 Ecólogo estadunidense
r-estrategista
K-estrategista
X
• Oportunista
• Crescimento acelerado
• Coloniza rapidamente
• Equilibrado
• Crescimento lento
• Coloniza devagar
Estrategistas r e K
• Crescimento populacional X Estratégias
Tamanho populacional
Tempo
Crescimento rápido Crescimento lento
Reprodução recente Reprodução tardia
Alocação de energia em reprodução
Alocação de energia em crescimento
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Característica r K
Tx crescim. Instríscico Alta Baixa
Tamanho do corpo Pequeno Grande
Tx de desenvolvimento Rápida Lenta
Reprodução Inicial Tardia
Parição Semálparo Iterióporo
Prole Pequena e numerosa Pouca e grande
Habilidade competitiva Baixa Alta
Alocação energética Reprodução Crescimento
Duração da vida Curta Longa
Cuidado Parental Baixo Alto
Ambiente Instável Estável
Maior Maior
Estrategistas r e K
r-estrategista K-estrategista
Ambiente distúrbios com frequentes
r - K continuum
Ambiente
mais
estáveis
Regras de Alocação
Tamanho máximo Tamanho na maturidade
Tx de reprodução etc…
Tx de manutenção Tx de assimilação Custos para um ovo
etc…
Resumo integrativo:
Genótipo
Caracteres História
de Vida
Efeitos na população Parâmetros
primários de alocação de energia
“fitness”
Adaptado de:
Tjalling Jager FENÓTIPO E PLASTICIDADE (parte da Hist. vida)
Trade-offs
Para pensar...
Pense em outras demandas
conflitantes que podem ocorrer na natureza.
ATENÇÃO!
Mini-teste em 14 de maio.
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Bibliografia
Ricklefs: Economia da Natureza.
Cap. 7
Begonzinho: Fundamentos em Ecologia. Cap. 5
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SLIDES EXTRAS
Aspectos da História de Vida
1. Relacionadas c/ Tamanho
2. Relacionadas c/ Tempo
3. Outras
...
7.1 Os trade-offs na alocação de recursos fornecem uma base para a compreensão dos históricos de vida
7.2 Histórias de vida variam ao longo de um contínuo lento
7.3 Histórias de vida equilibram trade-offs entre reprodução atual e futura
7.4 Os organismos semelparos reproduzem uma vez e depois morrem 7.5 A senescência é um declínio da função fisiológica com o aumento da idade
7.6 Histórias de vida respondem a variações no meio ambiente
7.7 Histórias de vida individuais são sensíveis a influências ambientais
7.8 Animais forrageiam de uma maneira que maximize sua aptidão
Reprodução
• Sexuada X Assexuada
• Organismos Dióicos ou Monóicos
• Poligamia (Poliginia X Poliandria)
8.1 Sexual or Asexual Reproduction
• Asexual reproduction (produce offspring without involving of egg and sperm)
– New individuals are the same as the parent
– Many plants (underground stem) such as strawberry;
– some animals (hydra, some aphids, parthenogenesis) – If fitness is high, matches organism to environment – If fitness is low, possible extinction (less variation)
– Stress can result in use of sexual cycle to give new gene combinations (hydra, aphid)
• Sexual Reproduction – More common form.
– Can produce new gene combinations able to cope with a changing environment.
– Greater energy commitment
• Specific organelles
• Production of gametes, courtship activities, and mating are energetically expensive.
• Feeding offspring
