ECOLOGIA
IBB-057
AULAS 6 - 7I. Respostas dos organismos a variação climática e ambiental
• Como e porque variam o clima e os ambientes?
• Adaptação à vida em ambientes variantes
• Conceitos de fenótipo e genótipo
• Estratégias para lidar com a variação ambiental
• Teoria de forrageamento ótimo
• Forrageio e risco
Prof. Cintia Cornelius - UFAM Economia da Natureza, R.E. Ricklefs - Capítulos 4 e 9
Intervalo ótimo de condições
•
A maioria dos organismos funciona melhor dentro de um intervalo estreito de condições ambientais•
Esses ótimos podem ser deslocados pela evolução para combinar melhor com as condições ambientais dentro das quais o organismo viveVariação Ambiental
Que determina a variação ambiental (climática?)
determina os diferentes biomas
e a sazonalidade
determina a variação ano a ano
A variação no Ambiente Físico
A temperatura dos oceanos influencia na incidência de precipitação e nas condições dos ventos que transportam a
umidade pela região
O regime de chuvas varia entre anos na Amazônia
Eventos El Niño - La Niña
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A variação no Ambiente Físico
www.cptec.inpe.br Evolução da temperatura da superfície do mar nos
Oceanos Atlântico e Pacífico tropical Novembro de 2009 e Outubro de 2010 Diminuição das precipitações na parte norte da bacia 6
A variação no Ambiente Físico
“El Niño” é um fenômeno oceânico-atmosférico que afeta o clima regional e global, mudando a circulação geral da atmosfera.
O fenômeno El Niño ocorre ciclicamente em intervalos de 2 a 10 anos e persiste de 6 a 15 meses.
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A variação no Ambiente Físico
As flutuações do clima (locais ou afetando grandes regiões da terra) são uma manifestação das
mudanças no ambiente terrestre
✓
mudanças na radiação do sol incidente✓
padrões espaciais dados pela forma e posições das bacias oceânicas, continentes e cadeiasmontanhosas da terra
✓
próprios processo físicos e biológicos podem estabelecer novos padrões de variação8
Padrões Globais de Temperatura
O efeito do aquecimento do Sol é maior no Equador
menor ângulo = maior área
maior ângulo = menor área
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Padrões Globais de Temperatura
Por que chove mais em latitudes tropicais?
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Padrões Globais de Temperatura e Chuva
Por que se formam desertos ao sul e norte do equador? Deserto de Atacama America do Sul Deserto de Sonora America do Norte 11
Padrões Globais de Temperatura
A orientação do eixo da terra muda entre o inverno e o verão
Solstício de Verão no Sul
Solstício de Inverno no Sul
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Padrões Globais de Temperatura
A variação anual média das temperaturas mensais e maior nas altas latitudes do Hemisfério Norte
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Ventos superficiais e sombras de chuva
Áreas montanhosas influenciam os padrões de precipitação local
Oceano Pacifico Cordilheira dos Andes Patagonia
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Flutuações locais do Clima
É difícil predizer o clima?
Sim, sobre tudo com muita antecedência São todos os anos iguais de quente ou de chuvosos?
Seca de 2005
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El Niño Oscilação do Sul
Corrente de Peru ou de Humboldt
✓
águas frias e produtivas ao longo da costa do pacifico sul 16El Niño Oscilação do Sul
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El Niño Oscilação do Sul
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El Niño Oscilação do Sul
Índice El Niño Oscilação do Sul: diferença entre as pressões das estações de Darwin (Australia) e Taiti
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El Niño Oscilação do Sul
Grandes mudanças na cobertura de vegetação ao longo do tempo em um mesmo local
Ilha Isabella (Galápagos) antes e durante um
evento El Niño 20
Adaptação em Ambientes Variantes
Todos os organismos devem lidar com um ambiente variado e constantemente em mudança
Os organismos que se ajustam melhor a essas mudanças têm maior chance de sobreviver e se
reproduzir
Dipodomys spectabilis
Mecanismo fisiológicos de aproveitamento da agua
Ajuste da temperatura corporal a traves de comportamento
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Como ocorre o processo de Seleção Natural ?
Genótipo Constituição genética única de cada indivíduo produto da combinação de genes da mãe e pai Variabilidade genética na população
Essencial para o processo de evolução por seleção natural
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Como ocorre o processo de Seleção Natural ?
Indivíduos com características que permitem atingir taxas reprodutivas altas deixam mais descendentes e assim os genes responsáveis poresses atributos passam a generações futuras
Sucesso Reprodutivo = Ajustamento Evolutivo (“fitness”)
Como ocorre o processo de Seleção Natural ?
Três principais processos na evolução por seleção natural:✓
Variação entre indivíduos✓
Herança daquela variação✓
Diferença no sucesso reprodutivo ou ajustamento Mudanças evolutivas em uma população podem resultar deuma mudança ambiental
O processo que cria a seleção é ecológico
(relação do organismo com o ambiente)
O Fenótipo
Genótipo Constituição genética única de cada indivíduo produto da combinação de genes da mãe e pai Fenótipo Expressão externa do genótipo na forma e função de cada organismoO ambiente influencia o Fenotipo? Todo fenótipo tem uma base genética
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O Fenótipo
As variações ambientais induzidas no fenótipo são denominadas plasticidade fenotípica
Um mesmo genótipo pode expressar um fenotipo diferente
dependendo das condições ambientais
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O Fenótipo
As variações ambientais induzidas no fenótipo são denominadas plasticidade fenotípica
Um mesmo genótipo pode expressar um fenotipo diferente
dependendo das condições ambientais
A capacidade de um organismo de desenvolver diferentes fenótipo (respostas diferentes) dependendo do seu ambiente é um atributo
desenvolvido por seleção natural
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Adaptação em Ambientes Variantes
Todos os organismos devem lidar com um ambiente variado e constantemente em mudança
Os organismos que se ajustam melhor a essas mudanças têm maior chance de sobreviver e se
reproduzir -> ajustamento evolutivo
Dipodomys spectabilis
Mecanismo fisiológicos de aproveitamento da água
Ajuste da temperatura corporal a traves de comportamento
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Temperatura em diferentes micro-habitats no cerrado
Arbusto Pasto Serapilheira Solo exposto
Bioma Cerrado
Microambiente: partes do habitat que podem ser distinguidas por suas condições Vitt et al 2007 O uso do ambiente pode variar ao longo do dia 29 Iguana do Deserto do sul da California Dipsosaurus dorsalis Uso de diferentes micro-habitats ao longo do dia 30Aclimatação e Mudança Ambiental
•
mudança no intervalo de tolerância fisiológica do indivíduo•
demandam tempo•
estratégia restrita a variações sazonais•
em ambientes com mudanças cíclicas (custosa)Aclimatação: é uma mudança reversível na estrutura ou
funcionamento de um organismo em resposta à mudança ambiental
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Aclimatação e Mudança Ambiental
Aclimatação: é uma mudança reversível na estrutura oufuncionamento de um organismo em resposta à mudança ambiental
Tolerância a ambientes anóxicos e de alta temperatura em peixes em lagos de várzea na Amazônia
Requer de ajustes metabólicos e fisiológicos em determinadas épocas do ano
Muusze et al 1998 Astronotus ocellatus
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Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração
•
particularmente animais que voam ou nadam•
movimentos de longa distância (continentais)•
em resposta a mudanças climáticas que levam a diminuição de alimento•
podem ocorrer também em resposta a aumentos de densidade populacional (Gafanhotos)33
Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração
Aves Migratórias Neotropicais
Especies de aves que se reproduzem em primavera na América do Norte e passam o inverno no Mexico, Caribe e
América do Sul
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Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração
Rotas de aves migrantes neotropicais
Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração Armazenamento
• quando a migração não é uma possibilidade e existe uma diminuição de recursos
• armazenamento de recursos na época de abundância
• estratégia utilizada por organismos de climas temperados
• especialmente em plantas (Cactaceas armazenam agua)
• animais acumulam gordura (custo associado - mais suscetíveis a predação)
• Armazenamento de alimento no subsolo para posterior recuperação
Outras estratégias para lidar com as mudanças
Migração Armazenamento Dormência Fisiológica
• Quando os ambientes se tornam extremos e o organismo não pode funcionar normalmente
• Perda de folhas no inverno ou durante a cheia na várzea e igapó
• Alguns mamíferos hibernam porque não podem encontrar comida no inverno
• Requerem de uma série de mudanças fisiológicas no indivíduo reduzindo a troca com o ambiente capacitando as plantas e animais “escapar” condições desfavoráveis
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Estímulos para as Mudanças
Quais são os estímulos que indicam às aves que passam o inverno nos trópicos que a primavera está se
aproximando nas florestas do norte?
Pistas que disparam as mudanças
Fatores de proximidade
Fatores últimos
• permitem avaliar o estado do ambiente mas não atingem diretamente aos indivíduos
• comprimento do dia - fotoperiodo
• permitem avaliar o estado do ambiente e atingem diretamente aos indivíduos
• suprimento de alimento
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Forrageio e Ajustamento
Os animais forrageiam maximizando seus ajustamentos (sobrevivência e reprodução)
• Dado que os ambientes são variáveis os animais tem que constantemente avaliar os custos e benefícios sobre como se comportar
✓onde forragear?
✓quanto tempo se alimentar em um certo lugar ou habitat? ✓que tipo de alimentos comer?
✓quais lugares são mais seguros para procurar alimento? ✓quanto tempo procurar por um alimento preferido?
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Forrageio e Ajustamento
Teoria de Forrageamento Ótimo
Explica as decisões dos animais em termos dos custos e benefícios prováveis de cada possível comportamento
• Espera-se que os animais selecionem o comportamento que produza o maior benefício
• Como medir o beneficio?
✓ sucesso reprodutivo / sobrevivência -> ajustamento evolutivo
✓ quantidade de alimento obtida por unidade de tempo
• Como medir o custo?
✓ tempo e energia gastos para obter o alimento
✓ risco de predação 40
Forrageio e Ajustamento
Teoria de Forrageamento Ótimo
Área Central de Forrageamento
Quanto maior a abrangência maior a quantidade de alimento disponível porem é maior o gasto energético de cada viagem, aumenta o tempo e o
risco durante cada saída para procurar alimento ✓qual e a distância
máxima do ninho para procurar alimento? ✓quanta comida deve
levar ao ninho? ✓quanto tempo deve
demorar coletando alimento?
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Teoria de Forrageamento Ótimo
Qual é a melhor estratégia em termos de quantidade e tempo gasto em levar a comida ao
ninho?
✓ é levar o máximo de comida possível? ✓ é levar um inseto de cada vez?
Taxa de presas capturadas numero de presas / tempo de busca = 42
Teoria de Forrageamento Ótimo
Taxa de presas capturadas numero de presas / tempo de busca =
Forrageamento e Risco
Toda atividade contem um risco de mortalidade!
O valor da área de alimentação não depende apenas da disponibilidade de alimento
Forrageamento e Risco
Experimento com peixes
menos alimento mais alimento
Forrageamento e Risco
Experimento com peixes
menos alimento mais alimento
Forrageamento sensível ao risco
Experimento com peixes
menos alimento mais alimento
Os peixes pequenos so passavam a forragear no lado de mais alimento quando a densidade de alimento foi aumentada ao dobro Quando havia três predadores o aumento de alimento tinha que ser
quatro vezes maior
Outros custos e benefícios
Escolha de presaDieta mista
Cada tipo de alimento tem um valor diferente ✓ valor nutritivo
✓ dificuldade de manipulação ✓ perigo potencial com toxinas
Quão pobre deve ser um tipo de presa para um consumidor não se interessar?
