FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA

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FUNDAMENTOS

DE ECOLOGIA

Luís Chícharo e Sofia Gamito 2009

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Demoecologia

Demo – povo / população (do grego)

Demoecologia – estudo da ecologia das

populações

Estuda as flutuações da abundância das

espécies em condições naturais e quando

exploradas pelo Homem.

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Demoecologia

Populações - conjunto de indivíduos de uma mesma

espécie que coexistem no tempo e no espaço

Demos – Populações locais.

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Características das populações

⇒ a distribuição espacial dos indivíduos

⇒ a densidade

⇒ a taxa de crescimento

⇒ a taxa de mortalidade (curvas de sobrevivência –

pirâmides de idade)

⇒ variação da reprodução com a idade

⇒ proporção dos sexos (sex-ratio)

⇒ o polimorfismo genético

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•

Tipos de distribuição espacial dos indivíduos

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•

DENSIDADE

Características das populações

A densidade é o número de indivíduos presentes por

unidade de superfície ou de volume

⇓

determina a influência de uma espécie no ecossistema

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•

Taxa de crescimento

O crescimento das populações depende:

Taxa de Natalidade (N)

Taxa de Mortalidade (M)

Factores ambientais Composição etária Taxa de aumento ou decréscimo da população (in Krebs, 2001)

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•

Taxa de crescimento

O crescimento das populações depende:

⇒ da mortalidade (-) ⇒ da natalidade (+)

E também:

⇒ da emigração (-) ⇒ da imigração (+)

E M I N N N_t₊₁ = _t + + − − ΔN = N+I−M −E 12 •

Taxa de crescimento

Se a população for fechada, ou seja, se não houver migrações:

E M I N N N_t₊₁ = _t + + − − ΔN = N+I−M −E

M

N

=

−

Δ

ou

r

=

N

−

M

r – taxa de crescimento da população N_t– tamanho da população no tempo t.

Por convenção, utilizamos t = 0 para indicar o ponto de início. As unidades de t variam de acordo com o organismo

considerado: Bactérias – minutos ou horas; tartarugas ou algumas espécies de árvores – anos ou décadas.

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•

Taxa de crescimento

Se a população for fechada, ou seja, se não houver migrações:

M

N

=

−

Δ

_ou

r

=

N

−

M

r – taxa de crescimento da população

r

N

=

Δ

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•

Modelo exponencial

r - é a taxa de crescimento exponencial ou parâmetro de Malthus

N – Nº de indivíduos da população N₀– Nº de indivíduos no tempo zero.

rN dt dN =

rN

dt

dN =

rt

e

N

=

₀

.

O

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•

Modelo Exponencial:

Se o crescimento da população for contínuo, então:

Em que n e m representam as taxas instantâneas de natalidade e de mortalidade e r a taxa intrínseca de crescimento.

N m n dt dN ₌₍ ₋ ₎ _rN dt dN ₌

Crescimento da população para diferentes valores de r

0 200 400 600 800 0 20 40 60 80 100 T a ma nho da po pul a ç ã o 0.02 0.01 0 -0.01 -0.02 O O 16 A população crescerá de forma exponencial se

tiver recursos ilimitados.

Para o ilustrar vamos seguir o crescimento de uma bactéria comum no intestino, E. coli. Neste exemplo estabelecemos 5 pequenas colónias de igual tamanho numa caixa de petri contendo um meio nutritivo. Nestas condições de amplos recursos, as células dividem-se todos os 12 min, em média. O que significa que, a cada 12 min, as cinco

colónias duplicam em área. Quando se tornam visíveis, rapidamente cobrem a caixa de petri (crescimento exponencial)

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17

•

Modelos de crescimento

No modelo exponencial assume-se que os recursos

necessários para o crescimento da população são ilimitados, e por consequência as taxas de natalidade e de mortalidade

per capita serão constantes.

Mas na realidade, quando a população aumenta de tamanho, os recursos começam a escassear e será de esperar que a taxa de natalidade per capita diminua.

E quanto à mortalidade?

Será de esperar que aumente com o aumento da população – menos recursos, maior risco de subnutrição, … Taxa de natalidade (n) n0 Taxa de mortalidade (m) m₀ Tamanho da população 18 •

Modelo Logístico

As taxas de natalidade e de mortalidade deixam de ser constantes.

Um modelo resultante poderá ser o Modelo Logístico, em que o crescimento da população depende da sua densidade e de K, a capacidade de carga (“carrying capacity”) ou de

suporte do ambiente.

K representa o tamanho máximo da população que um K N K rN dt dN ₌ −

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19 •

Modelo Logístico

0 40 80 120 160 200 0 20 40 60 80 100 Tem po (t) T a m a nho da popul ação ( N ) K=100 20 Comparação entre as curvas de crescimento exponencial (r) e logística (k). Ex.: Escherichia coli - em 36 horas cobriria a superfície da Terra

•

Crescimento logístico e exponencial

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21 •

Crescimento logístico

Quando o tamanho da população aumenta, os recursos normalmente, torrnam-se escassos ou limitantes (k – carrying capacity). 22 Tim e

unit Births Deaths

Natural Inc rease Year 131,571,719 55,001,289 76,570,430 Month 10,964,310 4,583,441 6,380,869 Day 360,470 150,688 209,782 Hour 15,020 6,279 8,741 Minute 250 105 146 Seco nds 4.2 1.7 2.4

•

Crescimento da população humana

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•

Crescimento da população humana

(Adaptado de Botkin e Keller, 2003)

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•

Crescimento da população humana

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25

•

Crescimento da população humana

26

•

Controlo do crescimento das populações

⇒ redução progressiva da população

- Variação da mortalidade com a densidade em aves (Apus melba).

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•

Controlo do crescimento das populações

⇒ controlo da taxa de fecundidade Ex.: elefantes

D ensidade da população pouco densa m uito densa

Idade de m aturação 11 anos 18 anos

Intervalo entre nascim entos

dascrias 4 anos 7 anos

⇒ redução progressiva da população

28 ⇒ redução brusca da população

⇒ Ex.: populações de cervos (Odocoileus hemionus)

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29 ⇒ redução brusca da população

⇒ Ex.: fitoplâncton (Asterionella formosa)

•

Controlo do crescimento das populações

30 Taxas de mortalidade variáveis com a idade – diferentes tipos de curvas.

(in: Krebs, 2001)

• Taxa de mortalidade e curvas de

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• Taxa de mortalidade e curvas de

sobrevivência

Comparação entre as curvas de sobrevivência de diferentes tipos. Tipo I - Ex.: população humana; Tipo II - Ex.: populações de aves; Tipo III - Ex.: peixes e invertebrados marinhos.

(in: Krebs, 2001)

32 Influência da densidade na sobrevivência

• Taxa de mortalidade e curvas de

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• PIRÂMIDES DE IDADE

Podem considerar-se 3 tipos de pirâmides de idade: - de base alargada - elevada proporção de jovens - de tipo intermédio

- de base pequena - populações senis

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• PIRÂMIDES DE IDADE

Entre 1960 e 2000 a proporção de jovens (0-14 anos) diminuiu de cerca de 37% para 30%. As projecções apontam para que a proporção de jovens continuará a diminuir, para atingir os 21% do total da população em 2050. Ao contrário, a proporção da população com 65 ou mais anos regista uma tendência crescente.

De referir ainda que o ritmo de crescimento da população idosa é quatro vezes superior ao da população jovem.

In: http://alea-estp.ine.pt/html/actual/html/act29.htm

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• PIRÂMIDES DE IDADE

Em muitas espécies as pirâmides de idades teóricas têm sido modificadas pelo Homem. Ex. resultado da malhagem das redes de pesca

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•

SEX-RATIO

Condiciona a reprodução e consequentemente a natalidade e a taxa de crescimento da população

Nas populações poligâmicas, a proporção entre machos reprodutivos e fêmeas é desigual.

Nestas populações, é mais importante o número de machos do que o de fêmeas para a geração seguinte.

O tamanho global de uma subpopulação tem assim pouco significado, sendo mais importante o tamanho efectivo, Ne. Ne é igual ao número de adultos que contribuem com

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37 •

SEX-RATIO — Tamanho efectivo,

Ne

Se os sexos estiverem em igual proporção e todos os indivíduos adultos tiverem igual probabilidade de

produzirem descendentes, Ne é igual ao número de adultos reprodutores. Se um dos sexos estiver em menor proporção, então Ne é menor. 100 96 84 64 36 0 20 40 60 80 100 50:50 40:60 30:70 20:80 10:90 Relação entre m achos e fêm eas reprodutoras

Ta ma n ho e fe c ti v o d a popu la ç ã o (Adaptado de Primack, 2002) 38 •

POLIMORFISMO GENÉTICO

Possibilita a adaptação das populações e a sua capacidade de resposta às alterações ambientais do meio.

A selecção natural actua no sentido da obtenção de valores máximos das taxas de crescimento

forte pressão da selecção ⇒ melhor adaptação ⇒ maior crescimento

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Flutuações das populações

⇒ flutuações regulares e periódicas: interanuais, sazonais

O sucesso reprodutor do insecto Pieris brassicae é reduzido em diferentes escalas na mesma e entre várias posturas por:

doenças nos adultos; parasitismo sobre adultos; predação; doenças das crisálidas; parasitismo sobre as crisálidas

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Flutuações das populações

⇒ flutuações irregulares em torno de valores médios

⇒ boa capacidade de resistir às alterações ambientais negativas ⇒ capacidade reduzida de aproveitar situações favoráveis

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Flutuações das populações

⇒ flutuações resultantes de explosões demográficas

Crescimento da população de ovelhas introduzidas na Austrália.

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Factores causadores das flutuações

das populações

⇒ Dependentes da densidade: ⇒ Alimento disponível ⇒ Competição ⇒ Predação ⇒ Parasitismo ⇒ Doenças ⇒ Independentes da densidade: ⇒ Factores climáticos ⇒ Factores genéticos: ⇒ Selecção r e k

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43 •ALIMENTO DISPONÍVEL

Factores dependentes da densidade

Crescimento da população do coleóptero Tribolium confusum em função da quantidade de alimento disponível.

AMPLITUDE DA VARIAÇÃO

⇒ A quantidade de recursos alimentares disponíveis limita a densidade das populações.

⇒ A disponibilidade de alimento é sobretudo determinante para as flutuações das populações de carnívoros.

44 • COMPETIÇÃO

Curvas de crescimento dos fungos Saccharomyces e

Schizosaccharomyces em culturas puras e em culturas

mistas.

Factores dependentes da densidade

(in Krebs, 2001)

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45 •PREDAÇÃO Crescimento de 2 populações - predador (Didinium nasutum) e presa (P. caudatum).

Factores

dependentes da

densidade

46 •PARASITISMO

Flutuações típicas das populações de parasitas e hospedeiros.

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47 Quanto maior a densidade -maior a propagação

Cultivo intensivo de enguias

•DOENÇAS

Factores dependentes da densidade

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Factores independentes da densidade

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Factores independentes da densidade

⇒ factores climáticos. Ex.: nevões, incêncios

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Estratégias de reprodução

Adaptado de: Pité e Avelar, 1996 Constante, próximo de K. Ecossistemas saturados. Variável, muito inferior a

K. Ecossistemas não saturados com nichos ecológicos vazios. Tamanho da

população

Sobrevivência até uma idade avançada, ou mortalidade constante (Tipo I ou II) Mortalidade juvenil elevada, relativamente constante para os indivíduos adultos (Tipo III) Sobrevivência Dependente da densidade Catastrófica, independente da densidade Mortalidade Relativamente constante ou previsível Variável ou imprevisível Clima / Ambiente Estratégia K Estratégia r Parâmetro

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Estratégias de reprodução

Adaptado de: Pité e Avelar, 1996 Longa, superior a um ano

Curta, inferior a um ano Longevidade Vários actos reprodutores Um único acto reprodutor Tamanho grande Tamanho pequeno Reprodução tardia Reprodução precoce Fecundidade baixa Fecundidade elevada Desenvolvimento lento Desenvolvimento rápido Características favorecidas Em geral intensa Variável, em geral fraca

Competição intraespecífica Estratégia K Estratégia r Parâmetro 52

Referências:

Bolen, E. G. & Robinson, W. L. (1995). Wildlife ecology and management, 3 edition. Prentice Hall, New Jersey.

Botkin, D. & Keller, E. (2003). Environmental Science. Earth as a living

planet, 4 edition. John Wiley & Sons, New York.

Krebs, C. J. (2001). Ecology. The experimental analysis of distribution and

abundance, 5 edition. Benjamin Cummings, San Francisco.

Pité, M. T. & Avelar, T. (1996). Ecologia das populações e das

comunidades. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa.

Primack, R. B. (2002). Essentials of conservation biology, 3 edition. Sinauer Associates Inc, Sunderland.