Ecologia Básica

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CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 1 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 CURSO TÉCNICO EM MEIO AMBIENTE APOSTILA DE ECOLOGIA PROFESSOR JOÃO NÓBREGA JUNIOR ORIGEM DA VIDA. Bactérias procariontes e algas verde-azuladas (cianobactérias) são as formas de vida mais primitivas conhecidas sobre a Terra. A fósseis desses organismos foi atribuída uma idade de 3,5 bilhões de anos. Isso sugere que os primeiros organismos vivos surgiram centenas de milhões de anos após a formação da Terra (que, segundo se estima, tem 4,6 bilhões de anos), num ambiente extremamente quente. As hipóteses sobre a origem desses primeiros seres vivos abrangem desde conceitos religiosos de criação da vida a partir de matéria inanimada por um ente divino até teorias cientificamente mais aceitas de que a vida começou na Terra como conseqüência de uma série de reações químicas progressivas. Durante séculos, a idéia de que a vida pode surgir espontaneamente da matéria inanimada, em condições especiais, dominou a humanidade. GERAÇÃO ESPONTÂNEA A hipótese, conhecida como geração espontânea ou abiogênese, foi formulada inicialmente por Aristóteles, no século IV a.C., e persistiu até o século XIX da era cristã, quando Pasteur a derrubou, ao mostrar que mesmo as criaturas mais minúsculas provêm de microrganismos em circulação no ar. TEORIA DE OPARIN A base da maior parte das modernas teorias sobre a origem da vida são as experiências realizadas, na década de 1920, pelo russo Aleksandr I. Oparin e pelo inglês J. B. S. Haldane. Os dois cientistas explicavam a origem da vida a partir de compostos químicos presumivelmente existentes nos primórdios da Terra. Para ambos, a produção não-biológica de moléculas orgânicas seria muito improvável na atual atmosfera oxidante da Terra, mas teria sido possível em condições mais redutoras (mais ricas em hidrogênio). CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 2 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 A atmosfera primitiva continha mais hidrogênio que a atual e conseqüentemente apresentava menores quantidades de nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono livres, combinados com o hidrogênio sob a forma de amônia, de vapor de água e de metano. Os planetas Júpiter e Saturno têm hoje atmosfera semelhante à primitiva atmosfera da Terra. Como essa mistura é quimicamente estável, para que ocorressem reações capazes de originar as primeiras moléculas orgânicas existentes nas formas precursoras de vida havia necessidade de energia externa. A teoria sobre a origem da vida sustenta que a energia de descargas elétricas geradas nas tempestades e a proveniente dos raios ultravioleta do Sol, com o concurso da luz visível e de outras formas de energia, como o calor, provocaram uma reação nos gases atmosféricos para proporcionar as moléculas orgânicas primordiais. O EXPERIMENTO DE MILLER A primeira simulação experimental das condições primitivas da Terra foi realizada por Stanley Lloyd Miller em 1953. Fazendo circular uma mistura de metano, amônia e hidrogênio numa solução aquosa continuamente submetida à ação de descargas elétricas, Miller obteve, depois de alguns dias, vários aminoácidos. Em novos experimentos, outros autores substituíram a energia elétrica pelo ultravioleta e pelo calor e obtiveram regularmente grandes quantidades de aminoácidos. Em outras tentativas, e sempre em ambientes primitivos simulados, conseguiram-se açúcares, inclusive os cinco fundamentais dos ácidos nucléicos, assim como hexoses (glicose e frutose), metabólitos comuns nos organismos atuais. As experiências clássicas do bioquímico americano Stanley Miller, em 1953, assim como numerosas outras subseqüentes, realizadas em condições simuladas a partir de uma mistura dos gases que supostamente compunham a atmosfera terrestre primitiva, demonstraram que é possível obter moléculas orgânicas com alguns aminoácidos, que são os componentes essenciais das proteínas. Ainda segundo a teoria, chuvas torrenciais teriam transportado essas moléculas para os mares e oceanos, onde se acumularam no decorrer de milhões de anos. A difusão ajudou o contato entre essas substâncias, que em condições adequadas, foram formando as proteínas e outros compostos. Esse caldo rico e complexo foise concentrando, por meio do fenômeno denominado coacervação, e formaram gotículas, os chamados coacervados. Não se sabe ainda em que fase esse sistema molecular complexo se tornou vivo. Os cientistas consideram os átomos como sistemas dotados de cargas elétricas, que se mantêm unidos e formam moléculas pela energia elétrica das ligações químicas. Todavia os coacervados não têm a capacidade de se auto-reproduzir e de proporcionar a seus sucessores a informação suficiente para manter a mesma estrutura nas gerações subseqüentes. EVOLUÇÃO CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 A teoria da evolução constituiu, desde os primeiros momentos de sua gênese, uma candente fonte de controvérsia, não somente no campo científico, como também na área ideológica e religiosa.A teoria da evolução, também chamada evolucionismo, afirma que as espécies animais e vegetais existentes na Terra não são imutáveis, mas sofrem ao longo das gerações uma modificação gradual, que inclui a formação de raças e espécies novas. História Até o século XVIII, o mundo ocidental aceitava a doutrina do criacionismo, segundo a qual cada espécie, animal ou vegetal, tinha sido criada independentemente, por ato divino. O pesquisador francês Jean-Baptiste Lamarck foi dos primeiros a negar esse postulado e a propor um mecanismo pelo qual a evolução se teria verificado. A partir da observação de que fatores ambientais podem modificar certas características dos indivíduos, Lamarck imaginou que tais modificações se transmitissem à prole: os filhos das pessoas que normalmente tomam muito sol já nasceriam mais morenos do que os filhos dos que não tomam sol. Chegava, mesmo, a admitir que era a necessidade de adaptar-se ao ambiente que fazia surgir nova característica, a qual, uma vez adquirida pelo indivíduo, se transmitiria a sua prole. Em contraposição, a inutilidade de um órgão faria com que ele terminasse por desaparecer. A necessidade de respirar na atmosfera teria feito aparecer pulmões nos peixes que começaram a passar pequenos períodos fora d'água, o que teria permitido a seus descendentes viver em terra mais tempo, fortalecendo os pulmões pelo exercício; as brânquias, cada vez menos utilizadas pelos peixes pulmonados, terminaram por desaparecer. Assim, o mecanismo de formação de uma nova espécie seria, em linhas gerais, o seguinte: alguns indivíduos de uma espécie ancestral passavam a viver num ambiente diferente; o novo ambiente criava necessidades que antes não existiam, as quais o organismo satisfazia desenvolvendo novas características hereditárias; os portadores dessas características passavam a formar uma nova espécie, diferente da primeira. A doutrina de Lamarck foi publicada em Philosophie zoologique (1809; Filosofia zoológica), e teve, como principal mérito, suscitar debates e pesquisas num campo que, até então, era domínio exclusivo da filosofia e da religião. Estudos posteriores demonstraram que apenas o primeiro postulado do lamarckismo estava correto; de fato, o ambiente provoca no indivíduo modificações adaptativas; mas os caracteres assim adquiridos não se transmitem à prole. Em 1859, Charles Darwin publicou The Origin of Species (A origem das espécies), livro de grande impacto no meio científico que pôs em evidência o papel da seleção natural no mecanismo da evolução. Darwin partiu da observação segundo a qual, dentro de uma espécie, os indivíduos diferem uns 3 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 dos outros. Há, portanto, na luta pela existência, uma competição entre indivíduos de capacidades diversas. Os mais bem adaptados são os que deixam maior número de descendentes. Se a prole herda os caracteres vantajosos, os indivíduos bem dotados vão predominando nas gerações sucessivas, enquanto os tipos inferiores se vão extinguindo. Assim, por efeito da seleção natural, a espécie aperfeiçoa-se gradualmente. Entretanto, o sentido em que age a seleção natural é determinado pelo ambiente, pois um caráter que é vantajoso num ambiente pode ser inconveniente em outro. Os indivíduos que têm o corpo recoberto por uma espessa camada de pêlos levam vantagem num clima frio, mas estão menos adaptados a um clima quente. Se uma espécie tem indivíduos dos dois tipos (peludos e desprovidos de pêlos), a seleção natural fará com que venham a predominar os primeiros nas regiões frias e os outros nas regiões quentes. Isso será o início da diferenciação de duas raças que, tornando-se cada vez mais diferentes, acabarão por constituir espécies distintas. O darwinismo estava fundamentalmente correto, mas teve de ser complementado e, em alguns aspectos, corrigido pelos evolucionistas do século XX para que se transformasse na sólida doutrina evolucionista de hoje. O biólogo alemão August Weismann, ainda no século XIX, estabeleceu também a distinção fundamental entre células germinais e células somáticas. Nas espécies de reprodução sexuada, todas as células de um indivíduo provêm da célula inicial única que lhe deu origem. No entanto, durante o desenvolvimento diferenciam-se no corpo duas partes, com destinos biológicos diversos. As células reprodutivas (gametas) transmitem aos descendentes as características dos ancestrais. As células somáticas, que constituem o resto do corpo (soma), não passam à prole: morrem com o indivíduo, o que explica por que as modificações produzidas no soma pelo ambiente não passam à prole. O botânico holandês Hugo de Vries elaborou em 1901 a teoria das mutações. De vez em quando, os genes sofrem modificações espontâneas, não relacionadas com a influência do ambiente, e passam a determinar novos caracteres hereditários. Essas mutações quase nunca são adaptativas; entretanto, pode acontecer, por acaso, que uma delas venha a ser útil a seu portador, num determinado ambiente. Nesse caso, tal indivíduo leva vantagem na competição com os demais e tem maior probabilidade de deixar prole numerosa, a qual herdará o gene mutado. O novo caráter vai, aos poucos, predominando, podendo mesmo vir a substituir o antigo numa população, dando início a uma variedade que pode, por um mecanismo semelhante, transformar-se numa espécie nova. Se o gene que sofreu mutação determina um caráter inconveniente, será eliminado por seleção natural; mas se, por acaso, a mutação é benéfica, a 4 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 freqüência do gene correspondente aumentará nas gerações sucessivas, e o gene não perderá suas características por coexistir com seus alelos nos indivíduos híbridos. Outra fonte de variação hereditária, ao lado das mutações, é a recombinação entre os genes. MECANISMO DA EVOLUÇÃO Caracteres novos e hereditários podem surgir por mutação de um único gene, ou por mutações cromossômicas, que resultam de vários acidentes que os cromossomos sofrem, como perda ou duplicação de um pequeno fragmento, inversão na posição de um pedaço, ou translocação de um fragmento de um cromossomo para outro. Qualquer dessas anomalias pode provocar uma alteração nos caracteres aparentes dos organismos. Quase todas as mutações são inconvenientes para seus portadores, pois as espécies atualmente existentes resultam de um longo processo de evolução, pelo qual as combinações gênicas mais convenientes para os indivíduos, no ambiente em que vivem, foram fixadas como características normais da espécie. A alteração de um gene, ao acaso, tem grande probabilidade de ter conseqüência indesejável. Por exemplo, um novo gene que surja por mutação pode interferir no metabolismo de forma a tornar impossível a formação de um organismo viável; uma mutação desse tipo, que mata precocemente o organismo, é chamada letal. Às vezes, a mutação não tem conseqüência tão drástica e produz um efeito que prejudica o indivíduo sem, entretanto, eliminá-lo. É o caso das mutações que produzem anomalias ou doenças hereditárias, como o albinismo e a hemofilia. Ainda outras mutações provocam apenas alterações ligeiras, que não chegam a ter valor adaptativo, isto é, não prejudicam nem favorecem seus portadores. São desse tipo as mutações que alteram, por exemplo, a forma de borda da orelha. As mutações que produzem modificações extremamente pequenas, muito difíceis de serem percebidas, são, porém, as mais importantes para a evolução das espécies, pois têm maior probabilidade de dotarem seus portadores com alguma vantagem. Como as espécies já estão, em geral, muito bem adaptadas ao meio em que vivem, qualquer modificação radical será quase fatalmente prejudicial. Exemplo clássico da ação da seleção natural é o ocorrido com populações de mariposas européias que habitam zonas industriais. Quase todos os indivíduos de cerca de setenta espécies diferentes de mariposas da Inglaterra perderam suas cores variegadas e ficaram uniformemente negros nas zonas fabris e suas vizinhanças. Em 1850, encontrou-se, perto de Manchester, um exemplar todo negro (melânico) dessa espécie, o primeiro a ser conhecido. Desde então, a variedade 5 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 negra vem sobrepujando a forma pintada, que se tornou muito rara na região de Manchester. Para explicar uma transformação tão rápida e radical na composição de uma população, formulou-se a hipótese de que, nas regiões fabris, onde as árvores ficam cobertas de fuligem, a variedade pintada torna-se mais visível que a melânica, e é mais rapidamente exterminada pelas aves. Essa hipótese veio a ser confirmada experimentalmente: soltou-se igual número de indivíduos pintados e negros na floresta limpa e verificou-se que os melânicos eram devorados pelos pássaros em muito maior número do que os pintados. Quando a mesma experiência foi realizada numa floresta coberta de fuligem, perto de uma área industrial, o resultado foi inverso: os pintados é que foram dizimados. É evidente que, mesmo antes do surto industrial na Inglaterra, as mariposas negras já surgiam por mutação; mas eram rapidamente destruídas, por serem muito visíveis sobre os liquens, e tinham, assim, pouca probabilidade de deixar descendentes. O tipo pintado, ao contrário, escondia-se melhor e produzia prole numerosa. Com a modificação do ambiente, a situação inverteu-se: a forma negra é que ficou sendo mimética, enquanto a forma pintada, mais visível em contraste com a fuligem, passou a ser eliminada. A seleção natural age continuamente sobre todas as espécies. Um exemplo na espécie humana é o da anemia falciforme, doença hereditária comum em certas regiões da África. A anomalia é causada por um gene recessivo que determina a síntese de uma hemoglobina anômala nos glóbulos vermelhos do sangue. Os homozigotos quanto a esse gene morrem ainda na infância, mas os heterozigotos não manifestam a doença, embora possam ser reconhecidos por um tipo especial de exame de sangue. Genes letais como esse são constantemente eliminados pela morte dos homozigotos, de modo que, em geral, suas freqüências se mantêm muito baixas nas populações. Surpreendentemente, verificou-se, porém, que certas populações africanas apresentavam freqüências altíssimas do gene da anemia falciforme. Essa situação intrigou os geneticistas, até ser descoberta sua explicação: as populações africanas com alta incidência de anemia falciforme eram as que viviam em regiões de malária; as populações não expostas à malária apresentavam apenas raros casos da doença. Levado por esse indício, levantouse a hipótese, depois demonstrada experimentalmente, de que os glóbulos vermelhos dos indivíduos heterozigotos quanto à anemia falciforme resistem melhor ao ataque do plasmódio da malária. Ficou claro, então, que, nas zonas malarígenas, ter o gene da anemia falciforme, em dose simples, constitui grande vantagem, pois isso defende seu portador contra a malária. Assim, a seleção natural favorece o gene, em heterozigose, embora o elimine em homozigose. Como, em qualquer população, os 6 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 heterozigotos são muito mais numerosos que os homozigotos, a freqüência do gene mantém-se elevada. Uma alteração do ambiente faz com que certos tipos dentro de uma espécie passem a ser mais eficientes do que outros e acabem por predominar. Se todos os indivíduos de uma espécie fossem geneticamente idênticos, a seleção natural não poderia agir; mas as mutações estão sempre produzindo novas variações dentro das populações e, assim, promovem a variabilidade necessária para que a seleção natural possa influir na composição das populações, de acordo com as modificações do ambiente. Se o ambiente em que vive uma espécie fosse constante ao longo das gerações, tal espécie iria adaptando-se cada vez melhor a seu ambiente, pela substituição das combinações gênicas menos favoráveis por outras mais adequadas. Assim, a espécie evoluiria como um todo, sem se fragmentar em raças e espécies novas. O mais comum, entretanto, é que a espécie viva em diferentes microhabitats, criados por alteração das condições do meio em partes da zona ocupada, ou que a espécie se difunda por regiões novas. Quando a densidade da população numa área atinge um nível alto, a sobrevivência fica difícil, os indivíduos são impelidos para fora da zona e a distribuição geográfica da espécie é ampliada. As regiões contíguas são ocupadas, a menos que existam barreiras intransponíveis. O novo ambiente conquistado pode ser diferente, de modo que a seleção natural segue nele novos rumos e, se a comunicação com a população inicial for difícil, a espécie pode dividir-se em duas. ISOLAMENTO GEOGRÁFICO. Quando Darwin visitou as ilhas Galápagos, impressionou-o encontrar ali inúmeras espécies que não existiam em nenhum outro lugar. Certos pássaros da subfamília dos geospigíneos, por exemplo, diferenciaram-se, em Galápagos, em 14 espécies, pertencentes a quatro gêneros, não representadas em nenhum outro lugar. A principal diferença entre as espécies está no bico, que vai desde um tipo curvo e robusto, como o dos periquitos, até um tipo fino e delgado, que corresponde, em cada espécie, ao tipo de alimento usado (frutos, grãos, insetos) e tem, portanto, evidente função adaptativa. É provável que o arquipélago tenha sido ocupado por aves vindas do continente, que ocuparam as diferentes ilhas e constituíram populações relativamente isoladas, que puderam evoluir independentemente, até virem a formar espécies distintas. Numa ilha onde abundavam insetos pequenos as mutações que tornavam o bico delicado foram fixadas pela seleção natural, enquanto em outra ilha, rica em sementes duras, o bico forte tinha maior valor adaptativo e por isso se diferenciou. 7 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 ISOLAMENTO REPRODUTIVO A distribuição da espécie Rana pipiens por toda a área dos Estados Unidos determinou um isolamento geográfico entre as populações mais distintas. Assim, exemplares do extremo norte podem cruzar-se, no laboratório, com exemplares do extremo sul, mas os embriões morrem antes da eclosão, o que demonstra que, mesmo que as duas raças vivessem lado a lado, não poderiam trocar genes, pois os híbridos são inviáveis. Entretanto, cada população da Rana pipiens dá prole fértil, ao cruzar-se com outra população contígua, e isso desde o norte até o sul dos Estados Unidos. Assim, um gene surgido por mutação no extremo norte teria a possibilidade de ser introduzido na população da Flórida, migrando por meio das outras. Todavia, se as populações intermediárias desaparecessem, em conseqüência de modificações geológicas, e as duas populações extremas passassem a conviver no mesmo ambiente, a troca de genes entre elas seria impossível: elas constituíram duas espécies distintas. Provavelmente, a distribuição da espécie pela enorme área que ocupa determinou um isolamento geográfico entre as populações mais distantes; ao mesmo tempo, tais populações encontraram ambientes diferentes, que fizeram com que seu patrimônio hereditário evoluísse em direções diversas, sob a influência das mutações e da seleção natural. Nas populações mais extremas, essa diferenciação atingiu um ponto tal que a produção de híbridos viáveis tornou-se impossível. Surgiu, então, em conseqüência do isolamento geográfico, um isolamento reprodutivo total entre elas. Origem das raças. As mutações, as recombinações gênicas, a seleção natural, as diferenças de ambiente, os movimentos migratórios e o isolamento, tanto geográfico como reprodutivo, concorrem para alterar a freqüência dos genes nas populações e são, assim, os principais fatores da evolução. Duas raças geograficamente isoladas evoluem independentemente e se diversificam cada vez mais, até que as diferenças nos órgãos reprodutores, ou nos instintos sexuais, ou no número de cromossomos, sejam grandes a ponto de tornar o cruzamento entre elas impossível ou, quando possível, produtor de prole estéril. Com isso, as duas raças transformam-se em espécies distintas, isto é, populações incapazes de trocar genes. Daí por diante, mesmo que as barreiras venham a desaparecer e as espécies passem a compartilhar o mesmo território, não haverá entre elas cruzamentos viáveis. As duas espécies formarão, para sempre, unidades biológicas estanques, de destinos evolutivos diferentes. Se, entretanto, o isolamento geográfico entre duas raças é precário e desaparece depois de algum tempo, o cruzamento entre elas tende a obliterar a diferenciação racial e elas se fundem numa mesma espécie, monotípica, porém muito variável. É o que está acontecendo com a espécie humana, cujas raças se diferenciaram enquanto as barreiras naturais eram muito difíceis de vencer e 8 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 quase chegaram ao ponto de formar espécies distintas; mas os meios de transporte, introduzidos pela civilização, aperfeiçoaram-se antes que se estabelecessem mecanismos de isolamento reprodutivo que tornassem o processo irreversível. Em teoria, raças são populações de uma mesma espécie que diferem quanto à freqüência de genes, mesmo que essas diferenças sejam pequenas. ESPÉCIES E ESPECIAÇÃO Em termos simples, uma espécie é um grupo de organismos que se caracterizam por ter forma, tamanho, comportamento e hábitat similares, sendo que estes traços comuns permanecem constantes ao longo do tempo. Uma espécie biológica é um grupo de populações naturais cujos indivíduos são capazes de se acasalar e produzir uma descendência viável Especiação É o processo através do qual se formam as espécies. Numa primeira etapa, denominada isolamento extrínseco, os membros de uma espécie começam a separar-se entre si, por causa de algum fator externo, como uma mudança climática, a formação de uma barreira física (a aparição de uma montanha, por exemplo) ou a colonização de um novo hábitat. Numa segunda etapa, a diferenciação, as populações isoladas divergem geneticamente. Isto ocorre tanto devido à ação do acaso e da seleção natural. Na terceira etapa, chamada de isolamento intrínseco, certas formas de isolamento evoluem no seio da população. Na etapa final, a independência, as populações recém-separadas seguem sua própria evolução e são capazes de colonizar outros âmbitos geográficos, sem necessidade de misturar-se com outras. ANALOGIA E HOMOLOGIA ORGÃOS HOMÓLOGOS – São órgãos que tem a mesma origem embrionária. Suas funções podem ser semelhantes ou não. O braço humanoas nadadeiras anteriores dos golfinhos e das baleias, as patas anteriores de um cavalo ou de uma zebra, as asas de um morcego ou de uma ave são exemplo de órgãos homólogos. As patas anteriores de um cavalo e os braços de um homem têm mesma origem embrionária mas com funções diferentes. As asas de um morcego e de uma ave tem mesma origem embrionária e mesma função. A homologia constitui um argumento favorável à evolução, pois indica que diferentes organismos tiveram uma origem evolutiva comum. 9 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 10 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 ÓRGÃOS ANÁLOGOS – são aqueles que desempenham funções semelhantes, embora a origem embrionária possa ser diferente. É o caso das asas de aves e de insetos ou das nadadeiras de um tubarão e de um golfinho. As analogias mostram a ocorrência de adaptações convergentes. Através desse fenômeno, espécies diferentes são selecionadas, exibindo adaptações semelhantes que as ajustam às circunstâncias de um determinado ambiente. ÓRGÃOS VESTIGIAIS Estruturas atrofiadas em determinados grupos, os órgãos vestigiais aparecem desenvolvidos e funcionais em outros. Isso revela a existência de um parentesco evolutivo entre eles ou a presença de uma “linha de montagem” comum na natureza. Na espécie humana são inúmeros os exemplos de órgãos vestigiais: O apêndice vermiforme, bastante reduzido, aparece bem desenvolvido nos herbívoros, onde abriga microrganismos mutualísticos que promovema digestão da celulose; O cóccix é um vestígio da cauda observada em outros animais, como o macaco; A prega semilunar do ângulo interno dos olhos constitui um vestígio da menbrana nictante dos anfíbios, répteis e mamíferos; Os caninos (desenvolvidos nos carnívoros) e os pêlos peitorais são outros exemplos de estruturas vestigiais presentes na espécie humana. INTRODUÇÃO À ECOLOGIA A grande riqueza existente no território brasileiro por ocasião do seu descobrimento levou os homens a apoderarem-se de tudo e explorar de forma irracional os recursos naturais, abastecendo e enriquecendo todos aqueles que administravam o Brasil Colônia e muitos outros países que por interesse puramente econômico também serviram-se do potencial desta terra. Ignorando as leis da natureza, e envolvidos pela vasta extensão territorial, pela bela e exuberante paisagem e pela fartura aparente, os exploradores jamais pensaram no íntimo relacionamento que deve envolver o homem e o meio natural. O sul do país também apresentava esta formidável realidade e foi alvo de exploração sem os cuidados com os benefícios que a terra poderia oferecer. Ao longo da história, sem pensar nas conseqüências desta atuação insensata, desgastaram-se os ecossistemas até quase a exaustão colocando em risco a sobrevivência da humanidade no terceiro milênio. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 11 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Atualmente as poucas reservas florestais naturais ainda existentes são permanentemente atacadas e delas retiradas a madeira e outros elementos para abastecer o mercado deficiente destes produtos. No meio rural, o agricultor encontra todo o tipo de problemas na sua propriedade, principalmente no que se refere a equilíbrio ambiental, assistindo à perda paulatina da produtividade de suas plantações. Recentemente, em todo planeta fala-se muito sobre ecologia, meio ambiente e manejo sustentado dos recursos naturais renováveis, porém somente uma pequena parte da população possui conhecimentos suficiente para entender a dinâmica e as inter-relações que ocorrem entre os diferentes ecossistemas que existem no mundo. Surge, então, a necessidade de intensificar estudos, pesquisas e debates sobre esses temas, procurando uma abrangência maior, inclusive atingindo a comunidade em geral, através do envolvimento dos professores do ensino fundamental a fim de que todos possam ter acesso a estes conhecimentos. Somente através do uso de práticas de manejo que não levem à degradação do ambiente, pode-se assegurar a perpetuidade da produtividade dos ecossistemas para as futuras gerações. CONCEITO DE ECOSSISTEMA O termo "Ecossistema" foi utilizado pela primeira vez em 1935 pelo ecólogo britânico Arthur Tansley. Em alguns países na Europa, especialmente na Rússia, utiliza-se a expressão Biocenose para identificar o Ecossistema. Desde o início de sua caracterização o termo ecossistema vem obtendo diversas conceituações. De modo geral a expressão ecossistema refere-se a "Toda e qualquer unidade (área) que envolva todos os organismos vivos (bióticos), que se encontram interagindo com o ambiente fisico (abióticos) em que estes vivem, de tal forma que um fluxode energia produza estruturas bióticas bem definidas e uma ciclagem de materiais entre as partes vivas e as não-vivas". CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 12 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Figura 1. A bacia hidrográfica considerada como um grande ecossistema. Na Figura 1, observa-se um exemplo de ecossistema formado por uma bacia hidrográfica, dentro da qual se encontram inseridos um ecossistema terrestre constituído por uma mata ciliar e um ecossistema aquático constituído por um riacho de água doce. Na Figura 2, observa-se que existe uma grande interação entre o ecossistema formado pela mata ciliar e aquele formado pelo curso de água, em que o primeiro supre o segundo pelo fornecimento de substâncias nutritivas. Figura 2. Perfil de um ecossistema formado pela mata ciliar e um riacho de água doce. Fonte: Adaptado de DUVIGNEAUD (1974). CONCEITOS BÁSICOS POPULAÇÃO – conjunto de organismos da mesma espécie, que ocupam uma determinada área na mesma unidade de tempo. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 13 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 COMUNIDADE OU BIOCENOSE – conjunto de todos os organismos estabelecidos numa determinada área. Comunidade é, portanto, o conjunto de todas as populações presentes em um determinado local. HABITAT - Termo utilizado em ecologia para designar o conjunto específico de condições físicas, como espaço e clima, que envolve uma espécie ou um grupo de espécies. É o endereço do indivíduo. BIÓTOPO - é o ambiente físico onde vivem os seres da comunidade. NICHO ECOLÓGICO – conjunto de atividades que uma espécie desempenha no ecossistema. Exemplo: o leão e a zebra tem o mesmo habitat, porém, o leão é carnívoro e a zebra um herbívoro. Têm nichos diferentes. Para se saber o nicho de uma espécie temos que saber de que se alimentam, onde e em que hora, onde se reproduzem, onde se abrigam, etc... ECOSSISTEMA – Associação estável existente entre uma comunidade biológica e o ambiente físico onde ela vive. Implica trocas contínuas entre solo, plantas, animais herbívoros e animais carnívoros. Nela se estabelece uma cadeia alimentar. BIOMA – São as grandes paisagens naturais, que constituem um tipo de ecossistema com distribuição em várias partes do mundo. Os diversos ecossistemas que compõem o mesmo bioma têm similaridade de vegetação, produto da semelhança de condições climáticas e de solo. Exemplo: bioma de deserto, florestas decíduas, florestas pluviais etc... BIOSFERA – conjunto formado por todos os ecossistemas da terra, é a porção do planeta habitada por qualquer tipo de ser vivo. ECÓTONO – área de transição entre dois habitats, uma área de justaposição de dois habitats distintos. COMPONENTES DE UM ECOSSISTEMA Na natureza existem inúmeras possibilidades de combinações entre os fatores animados e inanimados para formarem um ecossistema. Qualquer dessas combinações que estejam em relativo equilíbrio, tanto no seu aspecto como na sua função, chama-se Ecossistema. Cada ecossistema contém uma biocenose (isto é, uma comunidade de plantas e animais) e um biótopo (isto é, o seu ambiente). Este ecossistema possui uma certa extensão territorial e se limita com ecossistemas vizinhos. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 14 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 O esquema da Figura 3 contém os principais componentes de um ecossistema Figura 3. Componentes de um Ecossistema. Todo e qualquer ecossistema, constituído por florestas, rios, oceanos e outros, apresenta componentes bióticos e substâncias abióticas que compõem o meio. Os seres vivos (fatores bióticos) organizam-se em três grupos distintos, representados pelos produtores, consumidores e decompositores. OS FATORES ABIÓTICOS Denomina - se componentes abióticos os elementos ambientais que atuam diretamente sobre o mundo vivo. Na natureza, os seres vivos exibem grande diversificação quanto à capacidade de tolerar as variações do meio em que vivem. Nesse sentido, são classificados em: EURIBIONTES – seres dotados de capacidade de tolerar amplos limites de variações a um determinado componente abiótico; ESTENOBIONTES – aqueles que apresentam limites relativamente estreitos de tolerância a variações. TEMPERATURA A influência da temperatura sobre os seres vivos é facilmente compreendida quando lembramos da íntima relação estabelecida entre ela e a atividade das enzimas, que são moléculas ativadoras do metabolismo celular. Em geral, observa – se que a atividade enzimática duplica ou triplica a cada 10 ºC de aumento na temperatura do meio em que a enzima atua. Embora a vida normalmente se desenvolva apenas em temperaturas entre 0 e 50 ºC, os seres vivos muitas vezes podem ultrapassar esses limites. Certas bactérias por exemplo, foram encontradas vivas em águas termais ao redor dos 90 ºC. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 15 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 ÁGUA A água é um líquido inodoro, incolor e insípido, imprescindível para o desenvolvimento dos processos vitais de todos os seres vivos. Uma prova disso é o fato de que aproximadamente setenta por cento do peso do corpo humano é constituído de água. Propriedades físicas. A água pura é insípida, inodora e praticamente incolor, apresentando, em grandes volumes, coloração ligeiramente azulada. Seu ponto de fusão é 0°C e de ebulição, 100° C, à pressão de uma atmosfera. A densidade da água varia com a temperatura, sendo seu valor máximo igual a aproximadamente 1,0 g/cm3, a 4°C. Além disso, observa-se que a água, ao congelar-se, sofre uma redução da densidade e, conseqüentemente, uma expansão de volume. Por esse motivo, o gelo -- água sólida -- flutua na água líquida. Essa característica permite que, no inverno, a água do fundo dos rios e lagos dos países frios continue líquida, enquanto a superfície recobre-se com uma camada de gelo, permitindo que peixes e outros seres sobrevivam nessas condições. Propriedades químicas - Nas transformações químicas, a água pode funcionar, principalmente, como solvente e como reagente. A ação solvente é considerada como um processo físico, através do qual a água solubiliza os reagentes, permitindo um contato mais íntimo entre eles e acelerando as reações entre compostos sólidos e gasosos. Na atmosfera, a água se apresenta na forma de vapor, que pode sofrer condensação, precipitando-se como chuva, neve ou granizo, de acordo com as condições climatológicas presentes. Água e os seres vivos - As principais funções da água nos organismos vivos relacionam-se ao transporte das substâncias reguladoras dos processos vitais e à manutenção das estruturas celulares dos tecidos. Dez por cento da água contida no corpo humano se encontra no sangue; vinte por cento se localizam nos interstícios celulares; e os setenta por cento restantes ocupam o interior das células. As membranas celulares são permeáveis à passagem da água, uma vez que é necessário manter as concentrações dos sais dissolvidos em equilíbrio no interior e no exterior da célula. Isso se consegue através da regulagem da quantidade de água que entra e sai do corpo. Quando o nível de água no interior das células diminui, os receptores cerebrais localizados no hipotálamo detectam essa variação e ordenam, por meio de impulsos nervosos, a redução da eliminação da água pelos rins e da secreção salivar o que, por sua vez, causa secura bucal e sensação de sede. As plantas utilizam a água para transportar, das raízes até as folhas, as diferentes substâncias necessárias às suas funções vitais. Essa água de transporte constitui cerca de 75% do peso da planta e é eliminada nas folhas, através do processo de transpiração. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 16 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Tensão superficial - Fenômenos como a formação de gotas e bolhas esféricas, a capilaridade, o fato de os líquidos molharem ou não os sólidos e de certos insetos caminharem sobre a superfície da água se explicam pela propriedade física denominada tensão superficial. Chama-se tensão superficial a propriedade que a superfície livre de um líquido apresenta de comportar-se como uma membrana, ou película delgada, capaz de suportar pequenos esforços sem rompimento. Esse fenômeno pode ser observado em quase todas as formas esféricas de pequenas gotas de líquido ou bolhas de sabão. Uma lâmina de barbear também pode ser sustentada pela tensão superficial da água: a lâmina não está flutuando; se for empurrada, afundará. Uma molécula no interior do líquido é atraída por todas as suas vizinhas, que estão, em média, uniformemente distribuídas a sua volta. A camada superficial, entretanto, está submetida a intensa compressão, pois é puxada para baixo por todo o restante do líquido. É isso que lhe confere propriedades de certa forma semelhantes às de uma membrana. A superfície de um líquido tende sempre a contrair-se ou reduzir-se. É necessário realizar trabalho para expandi-la. A elasticidade do líquido impede que essa contração ocorra além de certos limites. RADIAÇÃO SOLAR A ação da radiação sobre os organismos vivos pode ter efeitos benéficos ou nocivos, dependendo de sua natureza ou intensidade. A ação da luz sobre alguns componentes dos organismos produz fenômenos bastante conhecidos, como a fotossíntese, o principal mecanismo natural de produção de oxigênio. Além disso, a radiação solar governa o metabolismo e o comportamento dos animais e influencia o crescimento e a orientação espacial das plantas. Importância da luz - A fotossíntese é um dos processos vitais mais importantes em que atua a energia luminosa. Exclusiva das células dos vegetais verdes, a fotossíntese consiste na transformação de compostos inorgânicos, como a água, o dióxido de carbono e os sais minerais, em compostos orgânicos, por meio da absorção de energia luminosa proveniente do sol. A fotossíntese determina o ritmo de crescimento dos vegetais. A duração da insolação é também fundamental para o fenômeno da floração. Nos animais, a recepção da luz se faz por meio de sensores específicos localizados. Os aparelhos visuais captam informações sobre formas, movimentos, distância, calor, intensidade e até mesmo polarização da luz. Além disso, a ação dos raios ultravioleta do sol sobre a pele é fundamental para a produção da vitamina D, que previne o raquitismo. SALINIDADE Termo que designa a quantidade de sais em solução por unidade de volume d'água nos oceanos. Varia muito na superfície, em conseqüência das perdas por CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 17 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 evaporação e do volume de água doce procedente dos rios, das calotas polares e das chuvas. Dependendo de sua concentração de sais, a água pode ser classificada em: Doce, quando a concentração de sal é de até 2 partes por mil; Salobra, quando apresenta concentração de sal entre 2 e 18 partes por mil, ou, Salgada, concentração de sal acima de 18 partes por mil. De acordo com a tolerância à salinidade os seres podem ser: Estenoalinos – aqueles que não toleram grandes variações de salinidade. Eurialinos - são os seres que toleram ampla s alterações de salinidade. OUTROS FATORES ABIÓTICOS Existem vários outros fatores abióticos como solo, nutrientes presentes no solo e os elementos químicos que formaram a distribuição e adaptação de todos os seres vivos. As zonas climáticas vaiam amplamente, e , mesmo dentro delas, fatores geológicos, como topografia e composição da rocha matriz, subdividem o ambiente em dimensões mais estreitas ainda. OS FATORES BIÓTICOS PRODUTORES Os produtores caracterizam-se como sendo seres ou organismos vivos denominados autotróficos, capazes de fixar a energia oriunda da luz do Sol sob a forma de energia química, construindo compostos orgânicos a partir do dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), retirando do solo as substâncias nutritivas minerais. Como exemplo de seres autotróficos podemos citar os vegetais e as bactérias que realizam a fotossíntese. Os organismos fotossintetizantes são divididos em duas classes: os que produzem oxigênio, representados pelos vegetais, e os que não produzem oxigênio que são as bactérias, com exceção das cianobactérias. As bactérias que não produzem oxigênio atuam em ambientes anaeróbios, ou seja, sem a presença de oxigênio, onde por sua vez utilizam o hidrogênio para o processo da fotossíntese a partir de compostos orgânicos como o lactato. Entre as bactérias que realizam a fotossíntese podemos citar a Euglena e as Chlamydomonas de água doce, e as Diatomáceas e Dinoflagelados que vivem nos oceanos. A fotossíntese é o processo mais importante da terra, sem o que não existiria vida vegetal sobre asuperfície do globo terrestre. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 18 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 A Figura 4 representa a interação entre o vegetal e o sol que é a fonte de energia. Figura 4. Árvores recebendo a energia solar e realizando a fotossíntese. FOTOSSÍNTESE É o processo de síntese orgânica a partir do qual os vegetais transformam a energia luminosa em energia química e a armazenam em compostos orgânicos denominados alimentos. O processo químico da fotossíntese pode ser observado na seguinte expressão: 6H2O + 6CO2 + Energia Solar = C6H12O6 + 6 onde: H2O CO2 C6H12O6 O2 = oxigênio = = dióxido = de água carbono glicose Durante o processo da fotossíntese, ocorre a formação de glicose e liberação de oxigênio. RESPIRAÇÃO Neste processo fisiológico ocorre a liberação da energia anteriormente fixada, pela devolução do dióxido de carbono e água. Através da respiração dos animais e vegetais, que compõem os ecossistemas, ocorre um grande consumo de oxigênio. 6O2 + C6H12O6 = 6CO2 + 6H20 + Energia Os principais fornecedores de oxigênio do planeta são as algas azuis que habitam os oceanos. No ecossistema florestal, como é o caso da floresta amazônica, a maior parte do oxigênio liberado pela fotossíntese é consumido no processo de decomposição da matéria orgânica. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 19 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 CONSUMIDORES Este grupo é representado pelos organismos heterotróficos, também chamados de macroconsumidores. Tratam-se de seres incapazes de produzir sua própria energia, sendo obrigados, para sua sobrevivência, a retirar a matéria e a energia de outros organismos. Conforme a posição que ocupam na cadeia alimentar são chamados de consumidores primários, secundários, terciários ou quaternários. Os consumidores recebem diferentes denominações, em função do alimento consumido. (Tabela 1) HÁBITO ALIMENTAR Herbívoros ou Fitófagos Frugívoros Onívoro Ictiófagos Hematófagos Coprófagos Ornitófagos Planctófagos Detritívoros TIPO DE ALIMENTO Plantas Frutas Plantas e Animais Peixes Sangue Fezes Aves Plâncton Detritos Animais e Vegetais Tabela 1. Denominação dos grupos consumidores de acordo com seu hábito alimentar e o tipo de alimento consumido. CONSUMIDORES PRIMÁRIOS Na cadeia alimentar, os consumidores primários são os primeiros organismos a se alimentarem dos produtores (vegetais). Como exemplo de consumidores primários CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 20 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 podemos citar os insetos e os mamíferos em geral. (Figura 5) Figura 5. Animais alimentando-se de pastagem natural. Numa área de campo, verifica-se que os animais domésticos, bovinos, eqüinos e ovinos buscam seu alimento a partir da massa verde produzida pelos vegetais. CONSUMIDORES SECUNDÁRIOS Quando um animal carnívoro alimenta-se de um animal herbívoro, na cadeia alimentar ele passa a ser denominado consumidor secundário. (Figura 6) Figura 6. Hábito alimentar de um consumidor secundário. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 21 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Na seqüencia acima, exemplo de uma cadeia alimentar formada por um consumidor primário, secundário e terciário. CONSUMIDORES TERCIÁRIOS / QUATERNÁRIOS Quando um animal carnívoro se alimenta de consumidores secundários, este é chamado de consumidor terciário. (Figura 7) Figura 7. Hábito alimentar de um consumidor terciário. Finalmente, o consumidor terciário se constitui em alimento para os consumidores quaternários que se encontram no topo da cadeia alimentar, conforme pode ser observado no seguinte esquema: Quadro 1: Exemplo de cadeia alimentar. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 22 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 DECOMPOSITORES OU MICROCONSUMIDORES Os decompositores que atuam em qualquer nível da cadeia alimentar também são chamados de sapróbios ou saprófitas. Tratam-se de organismos heterotróficos representados principalmente pelas bactérias e fungos. Tais organismos são de fundamental importância na reciclagem da matéria que compõe os diferentes ecossistemas. Estes microconsumidores para conseguirem energia degradam a matéria orgânica, tranformando-a em compostos simples e inorgânicos que são novamente utilizáveis pelos produtores. Na Figura 8, observa-se a ação dos fungos na decomposição da matéria orgânica. Figura 8. Fungos realizando a decomposição da matéria orgânica NÍVEIS TRÓFICOS Corresponde a cada nível da cadeia alimentar CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 23 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 O FLUXO DE ENERGIA NO ECOSSISTEMA Os ecossistemas funcionam graças à manutenção do fluxo de energia e do ciclo de materiais, desdobrado numa série de processos e relações energéticas, chamada cadeia alimentar, que agrupa os membros de uma comunidade natural. Existem cadeias alimentares em todos os habitats, por menores que sejam esses conjuntos específicos de condições físicas que cercam um grupo de espécies. As cadeias alimentares costumam ser complexas, e várias cadeias se entrecruzam de diversas maneiras, formando uma teia alimentar que reproduz o equilíbrio natural entre plantas, herbívoros e carnívoros. Ao obter alimento, qualquer organismo está adquirindo energia, para o desempenho das diversas atividades vitais que nele se processam, e matéria, um conjunto de elementos químicos que constituem a “matéria prima” utilizada na construção da matéria viva. Considere um ecossistema representado por um campo, onde gramíneas diversas constituem os produtores; as preás (pequenos roedores), que comem as plantas, constituem os consumidores primários; as cobras que se nutrem dos preás, são os consumidores secundários. Qualquer um dos organismos citados, ao morrer, fornecerá alimentos aos decompositores do solo (bactérias e fungos). A CADEIA ALIMENTAR É a sequência de alimentação na qual um ser vivo serve de alimento para outro. Ou, entende-se por cadeia alimentar cada uma das relações alimentares que se CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 24 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 estabelecem de forma linear entre organismos que pertencem a diferentes níveis tróficos. As plantas verdes, que são os produtos primários de alimentos, pertencem ao primeiro nível trófico. Os herbívoros, que são consumidores de plantas verdes, correspondem ao segundo nível trófico. Os carnívoros, predadores que se alimentam dos herbívoros, pertencem ao terceiro nível. Os onívoros, que são consumidores tanto de plantas como de animais, integram-se ao segundo e ao terceiro níveis. Os carnívoros secundários, que são predadores que se alimentam de predadores, pertencem ao quarto nível trófico. À medida que os níveis tróficos aumentam, os predadores tornam-se maiores, mais ferozes e ágeis, embora em menor número. Exemplo de uma cadeia alimentar: 1º nível trófico 2º nível trófico capim produtor Capi vara consumidor primário 3º nível trófico onça consumidor secundário 4º nível trófico Bactéria e fungo decompositores TEIA ALIMENTAR É um conjunto de cadeias alimentares que interagem num ecossistema. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 25 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 FLUXO DECRESCENTE E UNIDIRECIONAL Cada componente da cadeia alimentar consome, em suas próprias atividades, a maior parte da energia adquirida com os alimentos. Logo, cada consumidor transfere para o nível trófico seguinte apenas uma pequena parcela da energia recebida. A energia, portanto, apresenta um fluxo decrescente ao longo da cadeia alimentar. Além de decrescente a energia tem sempre um fluxo unidirecional e conseqüentemente acíclico na cadeia alimentar. De fato, ao passar do mundo vivo para o mundo físico, a energia não pode mais ser reaproveitada. A energia luminosa é a única modalidade de energia que penetra nos produtores fotossintetizantes; os componentes da cadeia alimentar liberam para o mundo físico energia térmica (calor). O calor liberado resulta no mecanismo de extração de energia dos alimentos e de seu emprego nos diversos tipos de trabalho executados pelo organismo. Nesse processo, apenas uma parte da energia química dos alimentos se transformam em energia de trabalho. A maior parte da energia extraída transforma – se em calor e se perde para o meio ambiente. A energia tem fluxo acíclico no ecossistema porque penetra no mundo vivo em forma de luz e dele sai em forma de calor, não sendo mais reaproveitada. A matéria tem fluxo cíclico pois, penetrando no mundo vivo através dos produtores, na forma de substâncias simples como CO2, H2 O, sais minerais, etc, é decomposta e transformada em substâncias inorgânicas simples, ou seja, a matéria é reaproveitada no ecossistema. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 26 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 CARACTERIZAÇÃO DO ECOSSISTEMA Considerando que o ecossistema é o resultado da inter-relação, mais ou menos homogênea, entre os fatores bióticos e abióticos de um determinado meio, podese caracterizá-lo através dos seguintes aspectos: Um ecossistema é uma unidade estrutural composta de fatores bióticos(seres vivos) e abióticos (seres não vivos) do ambiente, como árvores, arbustos, vegetação rasteira, animais, húmus, solo, rocha, atmosfera e processos climáticos. Os ecossistemas terrestres normalmente são formados por uma comunidade biótica complexa, em interação com o solo, atmosfera, uma fonte de energia (o sol) e um suprimento de água. O ecossistema é uma unidade funcional com constante fluxo de energia que entra e sai do sistema, movimentando permanentemente fluxo de substâncias. A produção da matéria orgânica pelo ecossistema está intimamente ligada ao fluxo de energia, ao balanço hídrico e à reciclagem dos elementos minerais. Na Figura 9, verifica-se o ciclo da água no ecossistema florestal. Figura 9. Ciclo da água na floresta Um ecossistema é uma unidade complexa com variedades e variações de formas de vida, populações e características. ecossistema sofre mudanças temporais não sendo estático. Além da contínua troca de matéria e energia, sua estrutura modifica-se com o passar do tempo. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 27 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Figura 10. Ecossistema Florestal. Para melhor entendimento da funcionalidade dos ecossistemas, costuma-se dividir a superfície do globo terrestre em três grandes tipos principais além de outro tipo de transição ECOSSISTEMAS DE ÁGUA SALGADA Compreende os grandes reservatórios de água salgada representados pelos oceanos e mares, onde o homem desenvolve a atividade pesqueira. A Figura 11, contempla a estrutura de um ecossistema aquático com toda a sua complexidade. Figura 11. Aspectos de Adaptado de DUVIGNEAUD (1974). um ecossistema marítmo. ECOSSISTEMAS DE ÁGUA DOCE Este tipo de ecossistema é constituído pelos rios, riachos, córregos, lagos e lagoas caracterizando uma enorme biodiversidade de espécies vegetais e animais. Tais ecossistemas também proporcionam oferta de alimentos através da produção de peixes. (Figura 12) CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 28 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Figura 12. Aspecto de um ecossistema de água doce. ECOSSISTEMAS DO MEIO TERRESTRE A superfície da terra é o meio mais importante para o homem, pois este ecossistema garante a manutenção da humanidade, transformando-se no suporte físico para a construção de suas necessidades, sendo também a maior fonte de oferta de alimentos para a população. Estes ecossistemas são formados por florestas, savanas ou cerrado, caatinga, estepe, pantanal, entre outros. Na Figura 13 observa-se um ecossistema de meio terrestre. Figura 13. Aspecto de um ecossistema terrestre. PRODUTIVIDADE DO ECOSSISTEMA FLORESTAL A produtividade de um ecossistema florestal está relacionada diretamente com o consumo e com a disponibilidade de dióxido de carbono no meio, pois este é o elemento que movimenta o processo de absorção das plantas. A assimilação do dióxido de carbono (CO2) ocorre através de uma absorção passiva por meio dos estômatos das folhas, cuja abertura é regulada principalmente pela intensidade de luz e pelo regime hídrico interno da planta. Neste aspecto, o índice de área foliar passa a ter importância fundamental, uma vez que é através das folhas que as plantas executam a fotossíntese e, por conseguinte, a assimilação que vai resultar na sua produção. A produtividade primária de um sistema ecológico pode ser definida como sendo a CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 29 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 taxa na qual a energia radiante é convertida pela atividade fotossintética e quimiossintética de organismos produtores (plantas verdes), em substâncias orgânicas. PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA BRUTA (PPB): Esta produtividade representa a taxa global de fotossíntese, incluindo a matéria orgânica usada na respiração durante o período de medição, também chamada de fotossíntese total ou assimilação total. PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA LÍQUIDA (PPL): É a taxa de armazenamento de matéria orgânica nos tecidos vegetais, desconsiderando a respiração pelas plantas durante o período de medição, denominada também de fotossíntese aparente ou assimilação líquida. Durante a respiração, parte da matéria orgânica, resultante da produção primária bruta, é convertida novamente em dióxido de carbono e água, perdendo parte do peso seco. A produtividade primária bruta, a produtividade primária líquida e a respiração são relacionadas através da seguinte equação: Nos diferentes ecossistemas mundiais existem uma série de fatores que exercem influências na produtividade primária, dentre eles destacam-se a disponibilidade de nutrientes no solo, a disponibilidade de água, o período da estação do crescimento, a temperatura e os níveis de luz (Figura 28) CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 30 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Figura 28. Produção primária líquida anual (tonelada de substância seca/hectare) no planeta Terra Fonte: SCHULTZ(1995). Durante a fotossíntese, para a produção de uma tonelada de substância orgânica seca (como glicose), ocorrem os seguintes processos: Retirados do ambiente: 600 Removidos do ambiente: 1470 Devolvidos ao ambiente: 1070 kg de oxigênio litros kg de de água CO2 Quadro 2. Processos para produção de uma tonelada de substância orgânica seca na fotossíntese. Fonte: BOSSEL (1994). Num ecossistema florestal, existe uma grande dinâmica na produção de biomassa, ou seja, à medida que a floresta vai se desenvolvendo, ocorre uma gradual redução da biomassa da copa das árvores e simultaneamente verifica-se um aumento na proporção dos componentes madeira e casca. Os troncos das árvores representam em média mais de 80% da biomassa aérea em uma floresta madura. PIRÂMIDES ECOLÓGICAS As transferências de matéria e de energia nos ecossistemas são frequentemente representados na forma gráfica , mostrando as relações entre os diferentes níveis CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 31 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 tróficos em termos de quantidade . Como há perda de energia e matéria a cada nível trófico , as representações adquirem forma de pirâmides . As pirâmides ecológicas podem ser de número , de biomassa ou de energia . 1° - Pirâmide de números Indica o número de indivíduos em cada nível trófico . Por exemplo : em um campo com 5000 plantas são necessárias para alimentar 300 gafanhotos , que servirão de alimento para apenas uma ave . Demonstração : Ave Gafanhotos Plantas Outra possibilidade: protozoários parasitas 2° - Pirâmide de biomassa inseto A biomassa é expressa em termos de quantidade de matéria orgânica por unidade de área , em umárvore dado momento . Exemplo : carnívoros : 0,1 g/m2 Herbívoros : 0,6 g/m2 Produtores : 470,0 g/m2 Outra possibilidade: peixes zooplâncton Fitoplân- CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 32 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 3° - Pirâmide de energia A pirâmide de energia é construída levando-se em consideração a biomassa acumulada por unidade de área . A enregia não é acumulada , a medida que vai passando de um consumidor para o outro ela vai diminuindo . Exemplo : Consumidor terciário Consumidor secundário Consumidor primário Produtor A CIRCULAÇÃO DOS NUTRIENTES EM ECOSSISTEMAS FLORESTAIS Através de estudos de ciclagem de nutrientes realizados em florestas do mundo inteiro, verifica-se que o estoque de nutrientes na vegetação acima do solo aumenta das florestas de clima frio (boreais), para as de clima quente (tropicais). Por outro lado, a massa de nutrientes acumulados na serapilheira e depositados sobre o solo aumenta de forma contrária, ou seja, das florestas tropicais para as boreais, principalmente devido à baixa atividade dos organismos decompositores, que são inibidos pelas baixas temperaturas. Num ecossistema florestal tropical, a quantidade de detritos que caem em 12 meses é de 10.500 kg/ha, dos quais 2/3, ou seja, em torno de 7000 kg são folhas e 1/3 é constituído por ramos e pequenos troncos. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 33 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Na mesma floresta tropical, o volume dos grandes troncos atingem 173.600 kg/ha. A biomassa das raízes é de 24.750 kg/ha, dos quais 85% estão localizados nos primeiros 30cm da profundidade do solo. A grande maioria das raízes exploram a zona superficial do solo de onde retiram os elementos nutritivos para o crescimento das plantas, sendo poucas as raízes que atingem a rocha matriz. Além de fatores importantes como aeração e economia de água, são os processos de reincorporação de nutrientes no ciclo que influem sobre a produção. Nas florestas naturais, o ciclo dos nutrientes ocorre imperturbado, sendo uma circulação rápida de substâncias nutritivas, com um alargamento do ciclo, que possibilita também o crescimento de espécies com exigências maiores. Com a exploração, e a conseqüente retirada de nutrientes, logicamente alteram-se as condições do ecossistema, e a produtividade no futuro, principalmente nas regiões tropicais e subtropicais que dependem exclusivamente do processo de circulação de nutrientes. A parte que entra na circulação (percentagem do total retirada pela árvore) varia de acordo com o elemento, a espécie e sua idade. Então, quanto mais rápida a decomposição, melhor o efeito para o crescimento. Os estudos sobre ciclagem de nutrientes em florestas mostram que o retorno de nutrientes ao solo é maior em florestas com idades mais avançadas. Os nutrientes que retornam ao solo são novamente fonte de alimentação, e a sua decomposição influi muito na continuidade de abastecimento. Camadas de serapilheira espessa (por exemplo, Pinus sp. no Brasil) são sinal de interrupção do ciclo nutritivo, pois causam imobilização de nutrientes. Conforme o tipo de solo, e a médio prazo, resultam em redução do crescimento. Comparando os resultados de uma floresta de Araucaria angustifolia com as quantidades de nutrientes fixados na sua serapilheira, vê-se que o consumo anual inclui boa porcentagem dos nutrientes contidos na serapilheira. Como regra geral, pode-se afirmar que a rapidez da decomposição da serapilheira (desconsiderando as influências do ambiente) é maior, quanto maior for o teor de nitrogênio, fósforo, cálcio e magnésio. Partes jovens decompõem-se mais rapidamente do que partes velhas e a duração de decomposição de acículas é maior do que de folhas. As folhas da mesma espécie, procedentes de um ambiente com abastecimento bom em água e nutrientes, decompõem-se mais rapidamente do que as folhas de um ambiente com abastecimento deficiente. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 34 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 A manutenção do estoque de nutrientes minerais no solo, bem como da produtividade de biomassa das florestas de rápido crescimento, está intimamente relacionada com o processo da ciclagem de nutrientes. O processo de ciclagem de nutrientes nos ecossistemas florestais pode ser caracterizado em três tipos: Ciclo geoquímico Este ciclo caracteriza-se pela entrada de elementos minerais oriundos da decomposição da rocha matriz, pela fixação biológica de nitrogênio, adubações, pelas deposições de poeiras, gases e através da precipitação pluviométrica. A saída dos elementos minerais para fora do ecossistema, ocorre através da erosão, lixiviação, queima (volatilização) e, principalmente, pela exploração. Ciclo biogeoquímico Tal ciclo ocorre mediante o processo em que a planta, pelo seu sistema radicular, retira os elementos minerais do solo para a produção da biomassa (folhas, ramos, casca, madeira e raízes) e posteriormente devolve parte destes elementos por meio da queda de resíduos orgânicos (serapilheira), os quais, à medida que vão sendo mineralizados, novamente são absorvidos pelas raízes. Ciclo bioquímico Uma vez absorvidos os nutrientes do solo, alguns destes elementos ficam em constante mobilização no interior da planta, como é o caso do fósforo. Este ciclo relaciona-se com as tranferências dos elementos minerais dos tecidos mais velhos para os mais jovens. Na Figura 30, observa-se o processo da dinâmica da ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 35 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Figura 30 Ciclagem dos nutrientes em um ecossistema florestal. Fonte: SCHUMACHER (1995) adaptado de MILLER (1984). Nas florestas tropicais e subtropicais com solos velhos, onde a decomposição dos minerais primários já é mais ou menos completa, a nutrição das florestas depende cada vez mais da circulação de nutrientes através das substâncias orgânicas. Logo, quando se realiza um corte raso ou queima de capoeiras, capoeirões e ou florestas em estágio secundário, destrói-se a principal fonte de nutrientes que assegura a continuidade do desenvolvimento da vegetação. A mineralização e a humificação se tornam a base do ciclo nutritivo. Nessas florestas naturais há um equilíbrio entre a decomposição da matéria orgânica e a retirada de nutrientes, já que não há extração por exploração nem maiores perdas por lixiviação ou erosão. A morte dos produtores e consumidores proporcionam o retorno ao solo de uma grande massa orgânica, constituindo a camada de detritos. Essa camada/serapilheira alimenta uma grande quantidade de animais saprófagos, destacando lumbricóides - minhocas, cuja quantidade constitui a essência da fauna dos solos florestais. A fauna do solo decompõe a serapilheira, transformando-a em compostos orgânicos complexos, metabolizados pelos fungos actinomicetos e bactérias que, pela respiração, transformam o dióxido de carbono em alimento para os vegetais clorofilados. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 36 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 São várias as fontes de nutrientes para as plantas, no entanto a rocha matriz é a principal fornecedora dos elementos minerais oriundos da sua decomposição, inclusive os elementos contidos na matéria orgânica acima e abaixo da superfície do solo. Todos os elementos minerais estão sujeitos à ação da água, por isso, é importante salientar que os elementos disponíveis no habitat são incorporados na vegetação para reduzir as perdas pela lixiviação. Em solos de clima tropical e subtropical, a lixiviação é a grande responsável pela diminuição do potencial nutritivo dos solos. CICLO DO CARBONO Este é um dos ciclos mais importantes, pois é o que garante a existência da vida na Terra. O dióxido de carbono, ou gás carbônico, tem várias propriedades: • É um gás estufa: o gás carbônico absorve as radiações solares provocando um aumento da temperatura da Terra, Sem ele as temperaturas seriam muito baixas e nào haveria possibilidade de existência de vida. • É essencial ao processo de fotossíntese. O dióxido de carbono é a fonte de matéria utilizada pelas plantas para se fabricar mais material orgânico do qual é constituída. Neste processo a planta retira CO2 do ar, incorpora-o à sua massa, sob a forma de glicose e devolve O2 e água ao ambiente. Este é também um processo que possibilita o armazenamento de energia sob a forma de energia química (energia contida nas ligações químicas da glicose, que ao sofrer oxidação libera a energia armazenada) Tem uma alta solubilidade em água o que permite que certos organismos aquáticos sobrevivam mesmo imersos. O CO2 da atmosfera é dissolvido em água através do processo de difusão molecular, que depende da pressão parcial do gás na atmosfera. • No início da formação do planeta a quantidade de CO2 existente era muito grande, em compensação não havia O2 livre. A temperatura da Terra era muito alta em virtude do efeito estufa promovido pelo CO2 . A ausência de oxigênio e portanto de ozônio (O3) também contribuia para tornar o ambiente hostil à vida já que não era possível filtrar as radiações ultravioletas. Assim, os primeiros organismos que surgiram foram os anaeróbios, isto é, aqueles que não dependem do oxigênio para seus processos vitais. Além disso esses organismos apareceram na água que faz o papel da camada de ozônio. Como estes organismos precisavam de carbono para formar a sua matéria orgânica, este foi retirado do CO2 reduzindo assim a concentração de dióxido de carbono e portanto a temperatura da Terra. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 37 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Com o passar do tempo também aumentou a concentração deO2 livre na atmosfera. Com isto criou-se condição para o aparecimento de organismos aeróbios ( que necessitam de O2), como por exemplo as células das plantas. Os reservatórios do dióxido de carbono são o ar e as águas. Iniciemos o ciclo pelo ar: As plantas retiram o CO2 do ar para realizarem a fotossíntese. Este gás carbônico transforma-se em matéria organica das plantas, que ao morrem incorporam-se ao solo. Ao se decomporem as plantas realizam a reação inversa da fotossíntese produzindo gás carbônico e água, devolvendo o gás à atmosfera. Outro caminho que as plantas mortas podem seguir é serem enteradas no solo de modo a retirar o carbono temporariamente do circuito. Este processo aconteceu muito intensamente nos primórdios da Terra, quando ocorreu a formação dos combustíveis fósseis. Assim, foi retirada uma quantidade enorme de CO2 da atmosfera, que se transformou em rochas carbanatadas ou em combustíveis fósseis. A queima de combustíveis fósseis devolve ao ar uma parcela do dióxido de carbono retirado em tempos remotos. Com isto, estamos retornando a uma situação em que as concentrações de dióxido de carbono são maiores. Em conseqüência tem-se um aumento da temperatura global. É o chamado efeito estufa. Dede que se iniciou o consumo maciço de carvão e petróleo, a partir da revolução industrial da século XIX, houve um aumento desta concentração de CO2 da atmosfera. Dados recentes mostram que houve um acréscimo de cerca de 200 ppm (duzentas partes por milhão) na concentração de CO2 da atmosfera desde as primeiras medidas feitas no final do século passado. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 38 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 CICLO DA ÁGUA OU CICLO HIDROLÓGICO O ciclo hidrológico é dirigido pela energia solar e compreende o movimento da água dos oceanos para a atmosfera por evaporação e de volta aos oceanos pela precipitação que leva à lixiviação ou à infiltração. Cerca de 97% do suprimento de água está nos oceanos, 2% nas geleiras e muito menos que 1% na atmosfera (0,001%). Aproximadamente 1% do total da água contida nos rios, lagos e lençóis freáticos é adequada ao consumo humano. A água contida na atmosfera provém de todos os recursos de água doce, através do processo da precipitação. A água circula no planeta devido às suas alterações de estado que são, principalmente, dependentes da energia solar. A energia proveniente do Sol não atinge a Terra homogeneamente, mas com maior intensidade no equador do que nos pólos, no verão do que no inverno, e apenas durante o dia. Essa heterogeneidade condiciona movimentos das massas de ar (ventos) e de água (correntes oceânicas), responsáveis por diversas características do clima e de suas alterações. Apenas 3% da água do planeta não estão nos oceanos. Neles ocorre alta produção de vapor, que é deslocado por ventos até a superfície terrestre, onde a evaporação é menor. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 39 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Conforme o vapor de água sobe a atmosfera, ele encontra menor temperatura e pressão, e tende a formar gotículas que constituem nuvens. Quando os movimentos de ar deslocam as nuvens contra uma serra, ela é forçada a subir mais, o que pode provocar sua precipitação, geralmente na forma de chuva ou de neblina. O mesmo ocorre quando uma massa de ar frio (frente fria) encontra uma massa de ar quente e úmido. A água que se precipita, seja através de chuva, neve, granizo, etc. pode, em sua forma líquida, infiltrar-se no solo e subsolo, ou escoar superficialmente, tendendo sempre a escorrer para regiões mais baixas e podendo, assim, alcançar os oceanos. Nesse percurso e nos oceanos, ela pode evaporar diretamente, como também pode ser captada pelos seres vivos. Durante a fotossíntese dos organismos clorofilados, a água é decomposta: os hidrogênios são transferidos para a síntese de substâncias orgânicas e o oxigênio constitui o O2 que é liberado. Durante a respiração, fotossíntese e diversos outros processos bioquímicos, são produzidas moléculas de água. As plantas terrestres obtêm água do solo pelas raízes, e perdem-na por transpiração. Os animais terrestres que ingerem, e a perdem por transpiração, respiração e excreção. Através desses processos, a água circula entre o meio físico e os seres vivos continuamente. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 40 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 O CICLO DO NITROGÊNIO O nitrogênio constitui a maior fração da atmosfera, com cerca de 78% do seu volume, sendo esta a fonte e o reservatório deste elemento vital para qualquer forma de produção orgânica. Embora seja um dos elementos mais difundidos na natureza, praticamente não existe nas rochas que dão origem aos solos. Assim, pode-se considerar que a fonte primária do elemento, importante para o crescimento dos vegetais, é o ar. Na atmosfera, o nitrogênio encontra-se na forma molecular altamente estável de N2, não diretamente aproveitável pela maioria dos vegetais superiores. O nitrogênio é incorporado ao solo atravésde descargas elétricas na atmosfera, tranformando o nitrogênio elementar (N2) em óxidos que são convertidos em ácido nítrico. Esse acaba no solo com a água das chuvas, resultando em nitratos aproveitáveis pelas plantas. Outro método de incorporação é a fixação direta de nitrogênio do ar pelos microorganismos do solo. (Figura 32) CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 41 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Figura 32. Ciclo do nitrogênio.Fonte: HEINRICH&HERGT (1990). O processo de fixaçao biológica de nitrogênio ocorre através dos microorganismos livres, como bactérias, fungos e algas. De maior importancia para o sistema agroflorestal é a fixação simbiótica, realizada principalmente por bactérias do gênero Rhizobium, que formam nódulos nas raizes de leguminosas e transferem o nitrogênio fixado do ar, transformando em formas assimiláveis, para a planta hospedeira. Todo o nitrogênio acumulado na planta somente é incorporado ao solo à medida em que os residuos de raizes mortas, folhas, galhos, cascas e troncos forem decompostos. RELAÇÕES ECOLÓGICAS CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 42 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Podemos classificar as relações entre seres vivos inicialmente em dois grupos: as intra-específicas, que ocorrem entre seres da mesma espécie, e as interespecíficas, entre seres de espécies distintas. É comum diferenciar-se as relações em harmônicas ou positivas e desarmônicas ou negativas. Nas harmônicas não há prejuízo para nenhuma das partes associadas, e nas desarmônicas há. Antes de tratarmos de cada tipo de relação entre os seres vivos, iremos esclarecer o significado de dois termos: habitat e nicho ecológico. Noções sobre habitat e nicho ecológico É clássica a analogia que compara o habitat ao endereço de uma espécie, e o nicho ecológico à sua profissão. Se você quer encontrar indivíduos de uma certa espécie no ambiente natural, deve procurá-los em seu habitat. As observações que você fizer sobre a "maneira como ele vivem", serão indicações do nicho ecológico. O pescador experiente sabe onde encontrar um certo tipo de peixe, que isca deve usar, se deve afundá-la mais ou menos, em que época do ano e em qual período do dia ou da noite ele terá maior chance de sucesso. Ele deve saber muito, portanto, do habitat e nicho ecológico dos peixes que mais aprecia. 1. RELAÇÕES INTRA-ESPECÍFICAS HARMÔNICAS Relações que ocorrem em indivíduos da mesma espécie, não existindo desvantagem nem benefício para nenhuma das espécies consideradas. Compreendem as colônias e as sociedades. a) Colônias Agrupamento de indivíduos da mesma espécie que revelam profundo grau de interdependência e se mostram ligados uns aos outros, sendo-lhes impossível a vida quando isolados do conjuntos, podendo ou não ocorrer divisão do trabalho. As cracas, os corais e as esponjas vivem sempre em colônias. Há colônias com divisão de trabalho. É o que podemos observar com colônias de medusas de cnidários (caravelas) e com colônias de Volvox globator (protista): há alguns indivíduos especializados na reprodução e outros no deslocamento da colônia (que é esférica) na água. CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 43 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 b) Sociedades As sociedades são agrupamentos de indivíduos da mesma espécie que têm plena capacidade de vida isolada mas preferem viver na coletividade. Os indivíduos de uma sociedade têm independência física uns dos outros. Pode ocorre, entretanto, um certo grau de diferenciação de formas entre eles e de divisão de trabalho, como sucede com as formigas, as abelhas e os térmitas ou cupins. Nos diversos insetos sociais a comunicação entre os diferentes indivíduos é feita através dos ferorônios - substâncias químicas que servem para a comunicação. Os ferormônios são usados na demarcação de territórios, atração sexual, transmissão de alarme, localização de alimento e organização social. 2. COMPETIÇÃO INTRA-ESPECÍFICAS É a relação intra-específica desarmônica, entre os indivíduos da mesma espécie, quando concorrem pelos mesmos fatores ambientais, principalmente espaço e alimento. Essa relação determina a densidade das populações envolvidas. a) Canibalismo Canibal é o indivíduo que mata e come outro da mesma espécie. Ocorre com escorpiões, aranhas, peixes, planárias, roedores, etc. Na espécie humana, quando existe, recebe o nome de antropofagia (do grego anthropos, homem; phagein, comer). 3. RELAÇÕES INTERESPECÍFICAS HARMÔNICAS Ocorrem entre organismos de espécies diferentes. Compreendem protocooperação, o mutualismo, o comensalismo e inquilinismo. a a) Comensalismo É uma associação em que uma das espécies — a comensal — é beneficiada, sem causar benefício ou prejuízo ao outro. O termo comensal tem interpretação mais literal: "comensal é aquele que come à mesa de outro". A rêmora é um peixe dotado de ventosa com a qual se prende ao ventre dos tubarões. Juntamente com o peixe-piloto, que nada em cardumes ao redor do CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 44 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 tubarão, ela aproveita os restos alimentares que caem na boca do seu grande "anfitrião". A Entamoeba coli é um protozoário comensal que vive no intestino humano, onde se nutre dos restos da digestão. b) Inquilinismo É a associação em que apenas uma espécie (inquilino) se beneficia, procurando abrigo ou suporte no corpo de outra espécie (hospedeiro), sem prejudicá-lo. Trata-se de uma associação semelhante ao comensalismo, não envolvendo alimento. Exemplos: • Peixe-agulha e holotúria O peixe-agulha apresenta um corpo fino e alongado e se protege contra a ação de predadores abrigando-se no interior das holotúrias (pepinos-do-mar), sem prejudicá-los. • Epifitismo Epífias (epi, em cima) são plantas que crescem sobre os troncos maiores sem parasitá-las. São epífitas as orquídeas e as bromélias que, vivendo sobre árvores, obtêm maior suprimento de luz solar. c) Mutualismo Associação na qual duas espécies envolvidas são beneficiadas, porém, cada espécie só consegue viver na presença da outra. Entre exemplos destacaremos. • Liquens Os liquens constituem associações entre algas unicelulares e ceros fungos. As algas sintetizam matéria orgânica e fornecem aos fungos parte do alimeno produzido. Eses, por sua vez, retiram água e sais minerais do substrato, fornecendo-os às algas. Além disso, os fungos envolvem com suas hifas o grupo de algas, protegendo-as contra desidratação. • Cupins e protozoários Ao comerem madeira, os cupins obtêm grandes quantidades de celulose, mas não conseguem produzir a celulase, enzima capaz de digerir a celulose. Em seu intestino existem protozoários flagelados capazes de realizar essa digestão.Assim, os protozoários se valem em parte do alimento do inseto e este, por sua vez, se CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 45 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 beneficia da ação dos protozoários. Nenhum deles, todavia, poderia viver isoladamente. • Ruminates e microorganismos Na pança ou rúmen dos ruminantes também se encontram bactérias que promovem a digestão da celulose ingerida com a folhagem. É um caso idêntico ao anterior. • Bactérias e raízes de leguminosas No ciclo do nitrogênio, bactérias do gênero Rhizobium produzem compostos nitrogenados que são assimilados pelas leguminosas, por sua vez, fornecem a essas bactérias a matéria orgânica necessária ao desempenho de suas funções vitais. • Micorrizas São associações entre fungos e raízes de certas plantas, como orquídeas, morangueiros, tomateiros, pinheiros, etc. O fungo, que é um decompositor, fornece ao vegetal nitrogênio e outros nutrientes minerais; em troca, recebe matéria orgânica fotossintetizada. d) Protocooperação Trata-se de uma associação bilateral, entre espécies diferentes, na qual ambas se beneficiam; contudo, tal associação não é obrigatória, podendo cada espécie viver isoladamente. A atuação dos pássaros que promovem a dispersão das plantas comendo-lhes os frutos e evacuando as suas sementes em local distante, bem como a ação de insetos que procuram o néctar das flores e contribuem involuntariamente para a polinização das plantas são consideradas exemplos de protocooperação. Como exemplos citaremos: • Caramujo paguro e actínias També conhecido como bernardoeremita, trata-se de um crustáceo marinho que apresenta o abdomên longo e mole, desprotegido de exoesqueleto. A fim de proteger o abdomên, o bernardo vive no interior de CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 46 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 conchas vazias de caramujos. Sobre a concha aparecem actínias ou anêmonasdo-mar (celenterados), animais portadores de tentáculos urticantes. Ao paguro, a actínia não causa qualquer dano, pois se beneficia, sendo levada por ele aos locais onde há alimento. Ele, por sua vez, também se beneficia com a eficiente "proteção" que ela lhe dá. • Pássaro-palito e crocodilo O pássaro-palito penetra na boca dos crocodilos, nas margens do Nilo, alimentando-se de restos alimentares e de vermes existentes na boca do réptil. A vantagem é mútua, porque, em troca do alimento, o pássaro livra os crocodilos dos parasitas. Obs.: A associação ecológica verificada entre o pássaro-palito e o crocodilo africano é um exemplo de mutualismo, quando se considera que o pássaro retira parasitas da boca do réptil. Mas pode ser também descrita como exemplo de comensalismo; nesse caso o pássaro atua reirando apenas restos alimentares que ficam situados entre os dentes do crocodilo. • Anu e gado O anu é uma ave que se alimenta de carrapatos existentes na pele do gado, capturando-os diretamente. Em troca, o gado livra-se dos indesejáveis parasitas. e) Esclavaismo ou sinfilia É uma associação em que uma das espécies se beneficia com as atividades de outra espécie. Lineu descreveu essa associação com certa graça, afirmando: Aphis formicarum vacca (o pulgão, do gênero Aphis, é a vaca das formigas). Por um lado, o esclavagismo tem características de hostilidade, já que os pulgões são mantidos cativos dentro do formigueiro.Não obstante, pode-se considerar uma relação harmônica, pois os pulgões também são beneficiados pela facilidade de encontrar alimentos e até mesmo pelos bons tratos a eles dispensados pelas formigas (transporte, proteção, etc). Essa associação é considerada harmônica e um caso especial de protocooperação por muitos autores, pois a união não é obrigatória à sobrevivência. 4. COMPETIÇÃO INTERESPECÍFICAS Relações interespecíficas desarmônicas entre espécies diferentes, em uma mesma comunidade, apresentam nichos ecológicos iguais ou muito semelhantes, CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 47 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 desencadeando um mecanismo de disputa pelo mesmo recurso do meio, quando este não é suficiete para as duas populações. Esse mecanismo pode determinar conrole da densidade das duas populações que estão interagindo, extinção de uma delas ou, ainda, especialização do nicho ecológico. Fig. p 9 - meta a) Amensalismo ou Antibiose Relação no qual uma espécie bloqueia o crescimento ou a reprodução de outra espécie, denominada amensal, através da liberação de substâncias tóxicas. Exemplos: • • • Os fungos Penicillium notatum eliminam a penicilina, antibiótico que impede que as bactérias se reproduzam. As substâncias secretadas por dinoflagelados Gonyaulax, responsáveis pelo fenômeno "maré vermelha", podem determinar a morte da fauna marinha. A secreção e eliminação de substâncias tóxicas pelas raízes de certas plantas impede o crescimento de outras espécies no local. b) Parasitismo O parasitismo é uma forma de relação desarmônica mais comum do que a antibiose. Ele caracteriza a espécie que se instala no corpo de outra, dela retirando matéria para a sua nutrição e causando-lhe, em conseqüência, danos cuja gravidade pode ser muito variável, desde pequenos distúrbios até a própria morte do indivíduo parasitado. Dá-se o nome de hospedeiro ao organismo que abriga o parasita. De um modo geral, a morte do hospedeiro não é conveniente ao parasita. Mas, a despeito disso, muitas vezes ela ocorre. c) Predatismo Predador é o indivíduo que ataca e devora outro, chamado presa, pertencente a espécie diferente. Os predadores são geralmente maiores e menos numerosos que suas presas, sendo exemplificadas pelos animais carnívoros. As duas populações - de predadores e presas - geralmente não se extinguem e nem entram em superpopulação, permanecendo em equilíbrio no ecossistema. Para a espécie humana, o predatismo, como fator limiante do crescimento populacional, tem efeito praticamente nulo. Formas especiais de adaptações ao Predatismo • Mimetismo CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 48 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Mimetismo é uma forma de adaptação revelada por muitas espécies que se assemelham bastante a outras, disso obtendo algumas vantagens. A cobra falsa-coral é confundida com a coral-verdadeira, muito temida, e, graças a isso, não é importunada pela maioria das outras espécies. Há mariposas que se assemelham a vespas, e mariposas cujo colorido lembra a feição de uma coruja com olhos grandes e brilhantes. (mimetismo batesiano) Camuflagem é uma forma de adaptação morfológica pela qual uma espécie procura confundir suas vítimas ou seus agressores revelando cor(es) (homocromia) e/ou forma(s) (homotipia) semelhante(s) a coisas do ambiente. O padrão de cor dos gatos silvestres, como o gato maracajá e a onça, é harmônico com seu ambiente, com manchas camufIando o sombreado do fundo da floresta. O mesmo se passa com lagartos (por exemplo, camaleão), que varia da cor verde das folhas à cor marrom do substrato onde ficam. Os animais polares costumam ser brancos, confundindo-se com o gelo. O louva-a-deus, que é um poderoso predador, se assemelha a folhas ou galhos. • Aposematismo Aposematismo é o mesmo que coloração de advertência. Trata-se de uma forma de adaptação pela qual uma espécie revela cores vivas e marcantes para advertir seus possíveis predadores, que já a reconhecem pelo gosto desagradável ou pelos venenos que possui. Muitas borboletas exibem os chamados anéis miméticos, com cores de alerta, que desestimulam o ataque dos predadores. Uma espécie de coloração de advertência bem conspícua é Dendrobates Ieucomelas, da Amazônia, um pequeno sapo colorido com listras pretas e amarelas e venenoso. TABELA DE REPRESENTAÇÃO DAS RELAÇÕES INTERESPECÍFICAS Espécies reunidas Espécies separadas TIPOS DE RELAÇÕES A B A B Inquilinismo + 0 0 0 Comensalismo + 0 0 0 Mutualismo + + – – Protocooperação + + 0 0 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 Amensalismo 0 – 0 0 Predatismo + – – 0 Competição – – 0 0 Parasitismo + – – 0 0: espécies cujo desenvolvimento não é afetado +: espécie beneficiada cujo desenvolvimento torna-se possível ou é melhorado –: espécie prejudicada que tem seu desenvolvimento reduzido. 49 CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 50 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 GLOSSÁRIO Abióticos: são todos os componentes não-vivos que fazem parte do ecossistema. Aluvial: material transportado pelas água das chuvas e depositado junto às margens de rios e baixadas. Amonificação: processo de formação de amônia, que no solo, ocorre a partir da degradação de aminoácidos realizada por bactérias específicas; Anaeróbio: organismo que respira anaerobicamente (ver respiração anaeróbica); Autotrófico: seres vivos capazes de produzir seu próprio alimento. Exemplo: vegetais; Balanço hídrico: relação entre a quantidade de água que uma planta absorve e a que elimina pela transpiração; Biocenose: termo usado também para designar ecossistema, comunidade de plantas e animais; Biodiversidade: diferentes tipos de animais e vegetais que ocorrem num determinado ecossistema; Biomassa: é quantidade de massa de seres ou de órgãos vivos, presentes num determinado tempo por unidade de área ou volume de água, que se encontram sobre o solo e nos oceanos. Biosfera: é a camada da atmosfera (0-20 km de altura) onde existem vida animal e vegetal; Bióticos: são todos os seres vivos que compõe um ecossistema; Biota: componentes vivos de um determinado ecossistema; Biótopo: refere-se a um certo espaço ou ambiente onde os fatores físicos e biológicos se interagem, formando condições mínimas para a manutenção de um ou de muitos organismos; Cadeia alimentar: série de organismos de um ecossistema através dos quais a energia alimentar oriunda dos produtores é transferida de um organismo para o outro numa seqüência de organismos que ingerem e são ingeridos; Caducifólias: plantas que perdem as folhas durante a estação seca ou fria; Chuva ácida: chuva contendo compostos ácidos, principalmente óxido de enxofre, que se encontram na atmosfera, como decorrência de atividades industriais, queima de carvão mineral e de combustíveis fósseis; Cianobactéria: denominação dada, recentemente, à antiga "alga verde-azul". Trata-se de um procariota fixado de N2 atmosférico; Clima ombrófilo: ocorre em regiões tropicais com chuvas abundantes; Desciduais: folhas que se desprendem precocemente; Decomposição: processo de desintegração da estrutura da matéria orgânica em que moléculas orgânicas complexas se transformam em substâncias simples CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 51 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 (dióxido de carbono, água e componentes minerais) atingindo, no solo um estado final de húmus; Deflúvio: refere-se ao escoamento dos líquidos; Desnitrificação: processo de degradação do nitrato que ocorre geralmente em condições anaeróbicas, onde as bactérias desnitrificantes (Pseudomonas desnitrificans) formam principalmente o óxido nitroso N2O) e nitrogênio molecular (N); Edafo-climático: refere-se às condições de solo e clima de um determinado ecossistema; Epífitas: vegetais que vivem sobre outros, sem retirar nutrimento, apenas fixandose neles; Estacional: indica período ou influência da estação do ano. Exemplo: nordeste brasileiro, estacional de chuva (inverno), estacional seco (verão); Estômatos: são pequenas aberturas encontradas nas células da epiderme das folhas e que controlam a entrada e a saída de gases necessários à respiração e à fotossíntese bem como regulam a saída de água no estado de vapor; Evapotranspiração: processo que sofre a água, podendo ser dividido em dois componentes principais: a) água que é evaporada diretamente da superfície do solo; b) água que vai para a atmosfera através da planta, principalmente pela transpiração do vegetal e pela evaporação da água depositada, por irrigação, chuva ou orvalho, na superfície das folhas; Fitoplâncton: organismos vegetais produtores primários do plâncton; Fixação biológica de Nitrogênio: processo biológico efetuado por bactérias que vivem, na sua maioria em simbiose com as raízes das plantas; Floresta boreal: floresta com predominância de coníferas que ocorre no hemisfério norte: Canadá, Escandinávia,Sibéria e norte da Rússia; Floresta temperada: floresta mista, de coníferas e árvores de folhas largas distribuída em grande parte da América do Norte, norte da Europa central, ocorrendo também na Flórida, Nova Zelândia e leste da China; Fossilização: conjunto de processos naturais que permitem a conservação dos restos ou vestígios de fósseis; Guano: depósito de dejetos de aves que vivem na costa do Peru, rico em fósforo muito importante para a ciclagem deste elemento; Heterotróficos: seres vivos incapazes de produzir seu próprio alimento, sendo obrigados a retirar a matéria e a energia de outros organismos. Exemplo: cavalo; Húmus: mistura de matéria orgânica parcialmente decomposta, células microbianas e partículas que se forma nas camadas superiores do solo. É um colóide orgânico, amorfo, praticamente insolúvel em água, mas solúvel em solução alcalina diluída (de NaOH ou KOH), de coloração escura (marrom ou preta), rico em carbono(50%), nitrogênio (5%) e menores quantidades de oxigênio, enxofre, fósforo e outros elementos; Íon: átomo ou agrupamento de átomos com excesso ou falta de cargas elétricas negativas; Lixiviação: processo de remoção do solo, de sais simples e de outras substâncias solúveis em água, com a conseqüente perda desses componentes pela água de CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 52 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 drenagem; Macroconsumidores: o mesmo que heterotróficos; Mata ciliar: é o mesmo que mata de galeria, mata ripária ou ribeirinha. Esta mata encontra-se na margem de rios, riachos ou córregos, beneficiando-se da disponibilidade de água e nutrientes que se acumulam nas margens. Da mesma forma, a mata ciliar beneficia o curso d'água que margeia, protegendo as margens contra erosão, evitando assoreamento; Nitrificação: processo de formação de nitrato que ocorre em solos arejados e ecossistemas aquáticos, iniciando-se pela oxidação da amônia em nitrito, pelas bactérias do gênero Nitrosomonas, sendo este oxidado, pelas bactérias do gênero nitrobacter, formando nitratos; Nível trófico: posição que o indivíduo ocupa na cadeia alimentar; Oxidação: processo de combinação de uma substância com o oxigênio. Exemplo: formação de ferrugem; Paleogeográfica: configuração da superfície terrestre nas épocas geológicas passadas; Plâncton: minúsculos organismos que vivem como flutuantes em ecossistemas aquáticos; Procarioto: organismo, geralmente unicelular, cuja célula mãe não possui núcleo individualizado. Exemplos: bactérias e cianobactérias; Raízes tabulares: raízes achatadas que auxiliam na fixação e sustentação da planta e permitem a respiração radicular; Redução: processo em que ocorre a diminuição do número de cargas positivas de um íon; Respiração anaeróbica: respiração onde o oxigênio molecular não participa, sendo um composto inorgânico o aceptor de elétron (oxidante). Os organismos sobre os quais o 02 age como substância tóxica são denominados de "anaeróbicos obrigatórios", como por exemplo as bactérias que utilizam sulfatos e carbonatos como aceptores de elétrons; Rhizobium: gênero de bactérias heterotróficas, capazes de formar nódulos simbióticos nas raízes de plantas Ieguminosas, como é o caso da soja e do angico. Nesses nódulos, a bactéria fixa o nitrogênio atmosférico que é utilizado pela planta. A bactéria recebe energia da planta; Saprófitos: organismos decompositores dentro da cadeia alimentar; Serapilheira: folhas e outros resíduos orgânicos não decompostos ou em via de decomposição que se encontram sobre o solo; Simbiose: associação intima entre dois organismos, de forma mutuamente benéfica. Exemplo: Rhizobium e leguminosa. Ver Rhizobium; Simbiótica: ver simbiose; Troposfera: camada da atmosfera que atinge altitude média de até 10 km; Turfa: matéria esponjosa, mais ou menos escura, constituída de restos vegetais em variados graus de decomposição, e que se forma dentro da água, em lugares pantanosos, onde existe pouco oxigênio; Xerófitas: plantas que se desenvolvem em solos ou materiais de solos CIRCUITO ESCOLA TÉCNICA NA ÁREA DA SAÚDE 53 Rua frei Gaspar, 2450 São Vicente – SP CEP – 11340-000 extremamente secos. São plantas adaptadas às condições de clima árido; Xeromorfa: vegetação típica de cerrado adaptada as condições de clima seco. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ODUM, E. P. Ecologia. Editora Pioneira. 3 ed. São Paulo, 1977. BRITO, E. A., FAVARETTO, J. A. Ecologia: uma abordagem evolutiva. 1 Ed. Vol. 1. Ed. Moderna, ano desconhecido. AFUBRA, Associação dos Fumicultores do Brasi, 2002. Disponível em www.abicenter.com.br. PAULINO, W. R. Biologia Atual. Ed. 9. Vol. 3. Ed. Ática. São Paulo, 1997. Online UniSanta – Disponível em [Julho 2002]