INTRODUÇÃO À ECOLOGIA Ecologia1 (do grego oikos, casa, e logos, estudo) é a ciência através da qual estudamos como os organismos interagem dentro do e no mundo natural. Nestas últimas décadas, o termo “ecologia” “ecologia” popularizou-se, associando-se à preservação do ambiente natural, que já mostra sinais de degradação em decorrência da superexploração humana. Apesar de os estudos sobre as relações entre seres vivos e ambiente serem antigos, a Ecologia só passou a ser considerada um ramo da ciência a partir de 1930. Desde então, então, desenv desenvolv olveueu-se se rapid rapidame amente nte,, sobre sobretu tudo do nas nas últi últimas mas décad décadas, as, em respos resposta ta ao agravamento dos danos ambientais. Os problemas decorrentes do vertiginoso crescimento da população humana, da progressiva escassez de recursos naturais e do aumento da poluição ambiental fizeram da Ecologia um dos mais importantes ramos científicos da atualidade. Hoje, os estudos ecológicos não se restringem apenas à área da Biologia, mas envolvem diversos outros ramos do conhecimento, como a Física, a Química, a Economia, a Soci So ciol olog ogia ia,, o Dire Direit itoo etc. etc. Isso Isso requ requer er dize dizerr que que a Ecol Ecolog ogia ia se torn tornou ou um camp campoo eminentemente multidisciplinar, em que os conhecimentos de diversas áreas têm de ser integrados para que se possa entender a complexidade das relações entre nossa espécie, os demais seres vivos e o planeta.
POR QUE A COMPREENSÃO ECOLÓGICA É ATUALMENTE RELEVANTE? Para aprendermos as melhores políticas de manejar as bacias hidrográficas, as terras culti cultivad vadas, as, os alag alagado adoss e out outras ras áreas áreas – geral geralmen mente te chama chamadas das de siste sistema mass de supor suporte te ambiental – dos quais a humanidade depende para a alimentação, suprimento de água, proteção contra catástrofes naturais e saúde pública. COMO OS ECÓLOGOS PROPORCIONAM ESTA COMPREENSÃO? 1
1870 - Ernst Haeckel definiu ecologia de forma mais abrangente:
Por Por ecolog ecologia ia querem queremos os dizer dizer o corpo corpo de conhec conhecime imento nto refere referente nte à econom economia ia da nature natureza za – a investigação das relações totais dos animais tanto com seu ambiente orgânico quanto com seu ambiente inorgânico; incluindo acima de tudo, suas relações amigáveis e não amigáveis com aqueles animais e plantas com os quais vêm direta ou indiretamente a entrar em contato - numa palavra ecolog ecologia ia é o estudo estudo de todas todas as interinter-rel relaçõ ações es comple complexas xas denomina denominadas das por Darwi Darwin n como como as condições da luta pela existência.
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Através de estudos de controle ambiental por predadores, da influência influência da fertilidade fertilidade do solo no crescimento das plantas, das respostas evolutivas dos micróbios aos contaminantes contaminantes ambientais etc. O manejo de recursos bióticos numa forma que sustente uma razoável qualidade de vida humana depende do uso inteligente dos princípios ecológicos para prevenir ou resolver problemas ambientais e para suprir o nosso pensamento e práticas econômicas, políticas e sociais. Embora a extensão e complexidade dos sistemas ecológicos variem de um único micrób micróbio io à cober cobertur turaa da bio biosfe sfera ra da superf superfíc ície ie terre terrestr stre, e, tod todos os os siste sistemas mas ecoló ecológic gicos os obedecem a princípios semelhantes. DEFINIÇÕES MODERNAS DE ECOLOGIA Apesar de seu desenvolvimento rápido, a ecologia ainda pode ser considerada uma soft science,
assim como a economia, na qual ainda não existe uma fundamentação teórica
rígida. Não é de estranhar, portanto, que a ecologia seja definida de diferentes formas segundo diferentes autores. Abaixo são apresentadas algumas dessas definições: 1. História História natural natural científi científica ca (Elto (Elton, n, 1927). 1927). 2. Estudo científico científico da distribuição distribuição e da abundância abundância de organismo (Andrewartha, 1961). 3. Biol Biolog ogia ia de grup grupos os de orga organi nism smos os.. Estu Estudo do da estr estrut utur uraa e da funç função ão da natu nature reza za (Odum, 1963). É uma definição muito importante, uma vez que ressalta a relevância dos processos ecofisiológicos na determinação da estrutura dos ecossistemas. 4. Estudo Estudo cientí científic ficoo das interaç interações ões que deter determi minam nam a distr distribu ibuiç ição ão e abundâ abundânc ncia ia dos organismos (Krebs, 1972). Trata-se de uma visão que busca ressaltar a importância das interações bióticas (competição, predação) na estruturação estruturação das comunidades. 5. Estudo Estudo do meio ambien ambiente te enfocando enfocando as inter-r inter-relaç elações ões entre entre o organismo organismo e seu meio circu circunda ndant ntee (Rick (Ricklef lefs, s, 1980). 1980). Observ Observee que esta esta defini definiçã çãoo inv invoca oca noções noções físic físicoo biológicas. A ecologia procura responder a três tipos de perguntas muito simples: a) Onde Onde estã estãoo os os orga organi nismo smos? s? b) Em quan quantos tos indi indiví víduo duoss ocorre ocorrem? m? 2
c) Por que que eles eles lá estã estãoo (ou não est estão) ão)?? Há, ainda, na ecologia moderna, limitações teóricas e metodológicas imensas para responder satisfatoriamente a essas perguntas (principalmente a terceira). A ecologia baseia-se em interações multi, poli e, principalmente, transdisciplinares. Tais interações podem ser de três tipos básicos: 1. Inte Intera raçõ ções es com com outr outras as ciên ciênci cias as biol biológ ógic icas as cuja cuja dout doutri rina na é esse essenc ncia iall para para o dese desenv nvol olvi vime ment ntoo teór teóric icoo da ecol ecolog ogia ia mo mode dern rna. a. Ness Nessee âmbi âmbito to incl inclue uem-s m-see a microbiologia microbiologia e a zoologia, por exemplo. 2. Ciência Ciênciass que fornecem fornecem ferramenta ferramentass de trabalho trabalho ou novas novas abordagens abordagens metodol metodológic ógicas. as. Nessa categoria incluem-se a informática, a estatística e a demografia. 3. Ciênci Ciências as aplica aplicadas das nas quais quais o conhec conhecime imento nto ecológi ecológico co pode pode vir vir a ser aplica aplicado: do: a medicina, o direito ou as engenharias. ENFOQUES ATUAIS DA ECOLOGIA Podemos dividir seus enfoques na ecologia moderna em duas categorias: 1. Enfoque descritivo (história natural): este enfoque enfoque consiste em levantamentos levantamentos da fauna fauna e da flora. Dado o seu caráter essencialmente essencialmente descritivo, há riscos de que a pesquisa se feche em si mesma, tornando-se redundante, redundante, sem atingir resultados objetivos. objetivos. 2. Enfoque Enfoque experim experimenta ental: l: baseia-se baseia-se em testes testes de hipóteses hipóteses por meio meio de uma abordagem abordagem experimental experimental que pode tanto conter experimentos de laboratório laboratório quanto conduzidos conduzidos no campo. Embora rígido sob o ponto de vista científico, tal enfoque pode, muitas vezes, levar a um excessivo distanciamento da realidade. A questão central em ecologia é a determinação das causas da distribuição e da abundância de organismos. Isso pode ser avaliado tanto em nível da comunidade quanto em nível das populações. Assim, a ecologia pode também ser dividida segundo o objeto central de estudo: 1. Auto-ecol Auto-ecologia ogia:: ecolo ecologia gia de populaç populações. ões. 2. Sinecol Sinecologia ogia:: ecolog ecologia ia de comunida comunidades. des.
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Por razões históricas e metodológicas, metodológicas, bem como por limitação de conhecimentos, o estudo ecológico esteve inicialmente restrito ao estudo de associações de plantas ou de animais: 1. Ecologia vegetal: apresenta o problema problema da restrição a apenas apenas um nível nível trófico. 2. Ecologia animal: neste caso, os produtores produtores autótrofos autótrofos não são são considerados. considerados. Em ecolog ecologia, ia, a divis divisão ão de comuni comunidad dades es e de popul populaçõ ações es é ainda ainda hoj hojee mui muito to empregada, sobretudo pela grande diferença entre os métodos de estudos aplicados em cada uma dessas áreas. Entretanto, a divisão entre ecologia animal e ecologia vegetal está superada, considerando, sobretudo, o crescente desenvolvimento dos aspectos integrados dessa ciência em que, cada vez mais, torna-se necessário o estudo simultâneo simultâneo de diferentes níveis tróficos e das interações entre as plantas e os animais a elas associados. Dado o pouco conhecimento conhecimento acumulado acumulado nos maiores níveis de integração integração biológicos (populações, comunidades e ecossistemas) não é de se estranhar que as leis ou princípios universais já existentes em outras ciências (física, química) inexistam ainda em ecologia. ecologia. Isto é típico das chamadas soft sciences, como já assinalamos no caput deste item, quando contra contrapos posta tass às chamad chamadas as hard física, economia economia versus hard scienc sciences es (ecologia versus física, matemática). matemática). O estágio atual da ecologia pode talvez ser comparável ao da química do século XVIII. PRINCÍPIOS GERAIS DA ECOLOGIA Todo Todoss os sist sistem emas as ecol ecológ ógic icos os são são gove govern rnad ados os por por um pequ pequen enoo conj conjun unto to de princípios gerais. Entre os mais importantes estão: 1. Sistemas Sistemas ecológ ecológico icoss funcionam funcionam de acordo acordo com as leis da termodin termodinâmic âmica. a. 2. O meio meio ambie ambiente nte físico físico exerce exerce uma influ influênc ência ia contr controla olador doraa na produt produtivi ivida dade de dos sistemas ecológicos. 3. A estrutura estrutura e a dinâmica dinâmica das comuni comunidade dadess ecológicas ecológicas são regulada reguladass pelos processo processoss populacionais. 4. Atravé Atravéss das geraçõe gerações, s, os organism organismos os respon respondem dem às mudanç mudanças as no meio ambie ambiente nte através da evolução dentro das populações. 4
As leis da termodinâmica, que se aplicam à energia na natureza, governam as transformações físicas e químicas nos sistemas biológicos, tais como a difusão de oxigênio através das superfícies dos corpos e as taxas de reações bioquímicas. Contudo, dentro dos generosos limites impostos pelas restrições físicas, a vida pode perseguir muitos caminhos alternativos. Que os indivíduos se reproduzem e morrem são fatos básicos da vida. Indivíduos jovens substituem indivíduos velhos nas populações. Quando os nascimentos excedem as mortes, as populações aumentam; quando mais morrem do que nascem, as populações declinam. Assim, cada população de indivíduos tem prioridades subjacentes que controlam o seu crescimento e que são sensíveis a condições físicas, recursos alimentares e inimigos no meio ambiente. Estas relações ligam a dinâmica de qualquer população à das outras espécies, crian criando do um siste sistema ma din dinâmi âmico co úni único co:: a comuni comunida dade de biol biológi ógica. ca. Quando Quando mui muita tass espéc espécie iess interagem, as suas dinâmicas podem tornar-se bastante complexas, mesmo que elas sejam governadas por um conjunto pequeno de princípios. Os princípios da biologia da população também governam as abundâncias relativas relativas das espécies – quais são raras e quais são comuns – e mesmo quantas espécies podem viver juntas no mesmo lugar: a biodiversidade de um hábitat. Num lado mais prático, estes princípios podem guiar nossos esforços para entender o crescimento e eventual controle da população humana; determinar práticas de gerenciamento para populações administrativas, administrativas, tais como gado, peixe e árvores; e para prevenir o declínio e extinção de outras populações. GERAÇÃO DA DIVERSIDADE ECOLÓGICA Os princípios fundamentais da termodinâmica, da dinâmica de população e da evolução aplicam-se igualmente a todos os tipos de organismos e sistemas. Sendo assim, a mais distinta qualidade de um sistema biológico é a sua diversidade. diversidade. A Terra é habitada por milhõe mil hõess de difer diferent entes es ti tipos pos,, ou espéc espécie ies, s, de organ organism ismos. os. Presum Presumive ivelme lmente nte,, tod todos os eles eles descendem de um número muito menor (talvez um único) que existiu em algum tempo remoto no passado.
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Fig. 1.6. A concentração de oxigênio na atmosfera tem aumentado desde o surgimento da vida na Terra. Os primeiros ecossistemas eram dominados por bactérias de várias formas que não somente modificaram a biosfera, tornando possível que forma de vida mais complexas pudessem existir, mas foram também ancestrais de todas as formas de vida.
O processo pelo qual as espécies proliferam, a especiação, especiação, envolve o isolamento de “sub “subpo popu pula laçõ ções es”” a part partir ir de um umaa únic únicaa e a sua sua mu muda danç nçaa evol evolut utiv ivaa inde indepe pend nden ente te.. Eventualmente, as diferenças evoluem a tal ponto que impedem que os indivíduos isolados
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procriem com sucesso com a espécie original em caso de reencontro. Esta seqüência, repetida repetida sempre e sempre, produziu um número estonteante de coisas vivas.
Dois fatos levam as subpopulações isoladas a divergirem ecologicamente. Primeiro, hábitats diferentes ou outros fatores ambientais conduzem a mudança evolutiva ao longo de 7
diferentes caminhos. Assim, uma parte da diversidade biológica resulta da variedade de ambientes sobre a superfície da Terra. Este processo é auto-acelerador, porque estruturas bio bioló lógi gica cass
gera geram m
hete hetero roge gene neid idad adee
ambi ambien enta tall
e
esta estabe bele lece cem m
opor oportu tuni nida dade dess
para para
diversificações diversificações e evolutivas evolutivas adicionais. Segundo, as interações interações dentro dos hábitats promovem divers div ersifi ifica cação ção.. Compe Competi tidor dores es e vários vários inimi inimigos gos (pred (predado adores res,, herbí herbívor voros os e organi organismo smoss patológ patológicos icos)) constant constantemen emente te exercem exercem pressão pressão seletiva seletiva e, assim, assim, provocam, provocam, por sua vez, mudanças evolutivas em outras espécies. Dessa forma, um pequeno número de processos gerais, operando em diferentes regiões, deu surgimento a toda a maravilhosa variedade de vida na Terra. NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ECOLÓGICA UNIDADES ECOLÓGICAS Como toda a ciência, a ecologia necessita adotar subdivisões de seu objeto de estudo (a natureza). Para tanto, faz uso da teoria dos sistemas. Um sistema é um conjunto cujos elementos unem-se por meio de propriedades calcadas na interação, na interdependência e na sensibilidade a certos mecanismos reguladores de tal modo que formam um todo unificado (Odum, 1963). Embora a ecologia ocupe-se em geral dos níveis superiores ao de populações, estudos de natureza ecofisiológica ou comportamental estão freqüentemente voltados ao acompanhamento individual dos organismos dentro de uma população. Entretanto, alguns conceitos são essenciais para que as unidades ecológicas possam ser mais bem entendidas. Tais conceitos são: Espécie: Espécie: Segundo o Conceito Biológico de Espécie, “espécie” é o conjunto de indivíduos capazes de se reproduzirem, gerando prole fértil (pelo menos potencialmente). Exemplos: Homo sapiens, Daphnia gessneri, Entamoeba coli . Nenhuma unidade menor de que organismo tem uma vida separada no ambiente (embora que para protistas e bactérias unicelulares célula e organismo são sinônimos). Cada organismo é limitado por uma membrana ou outra cobertura através da qual ele troca energia e matéria com seus arredores. Esta fronteira separa os processos e estruturas “internos” do 8
siste sistema ma ecológ ecológic ico, o, neste neste caso caso um organi organismo smo dos dos recurs recursos os e condi condiçõe çõess “exte “externo rnos” s” da circunvi circunvizinh zinhança ança.. Os organism organismos os modifica modificam m as condiçõe condiçõess do ambiente ambiente,, transform transformando ando energia e processando materiais. Ecótipo (raças ecológicas): ecológicas) : São populações de uma mesma espécie que apresentam grande disper dispersão são geogr geográf áfic ica, a, mas que estão estão fisic fisicame amente nte separa separadas das.. Seus Seus li limi mites tes de tol tolerâ erânc ncia ia ecológ ecológic icaa ou de Shelf Shelford ord (segun (segundo do Odum, Odum, 1972) 1972) variam variam de acordo acordo com a popula populaçã çãoo considerada. Quando tais variações têm base genética, as populações são chamadas de raças genéticas; quando a base é puramente fisiológica, as populações são chamadas de raças fisiológicas (fenômeno da aclimatação). Por exemplo: a)
as po populações da me medusa Aurelia aurita no Oceano Atlântico
apresentam os seguintes ecótipos: Aurelia aurita (variedade Halifax, ótimo de contração a 14 ºC) e Aurelia aurita (variedade Tortugas, ótimo de contração a 29ºC); b)
a ma m acrófita Typha sp. (taboa) exibe várias raças adaptadas a
diferentes regiões climáticas nos trópicos, subtrópicos e na zona temperada. População: População: Conjunto de indivíduos da mesma espécie que vive em um território cujos limites são em geral geral delim delimita itados dos pelo pelo ecossi ecossist stema ema no qual qual essa essa popula populaçã çãoo está está presen presente. te. As populaçõ populações es são entidad entidades es reais reais cujos cujos atributo atributoss distribu distribuiçã içãoo espacia espacial,l, densidad densidade, e, estrutur estruturaa etária etária,, taxas taxas de cresci crescime mento nto (produ (produto to lí líqui quido do entre entre taxas taxas de natal natalid idade ade,, morta mortali lidad dadee e migração) bem como suas relações de interdependência (simbioses) podem ser estimados quantitativamente em condições naturais/experimentais. Exemplos: a. Myrmecophaga t. tridactyla (bicho-preguiça) (bicho-preguiça) no Parque Florestal do Rio Doce, Minas Gerais; b. Byomphalaria straminea (caramujo planorbídeo) na Lagoa Santa, MG; c. Panstrongylus (barbeiro hematófa hematófago), go), variedad variedadee Santa Santa Catarina Catarina,, Panstrongylus megistrus (barbeiro com hábitat natural nas matas da Ilha de Florianópolis, Brasil. Guilda: Guilda: Grupos de populações de espécies diferentes que exploram a mesma classe de recursos e de forma parecida. Exemplo: Uma guilda de felinos sempre está relacionada com a competição.
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Comunidade (= biocenose, biota): Muitas populações de diferentes espécies vivendo no mesmo lugar constituem uma comunidade. Exemplo: Comunidade biológica de uma floresta compõe-se de populações de arbustos, árvores, aves, formigas, microorganismos etc., que convivem e se inter-relacionam. As comun comunida idades des não têm front frontei eiras ras rigida rigidamen mente te defin definida idas; s; nenhu nenhum m invól invólucr ucroo perceptível separa uma comunidade daquilo que a rodeia. A interconectividade dos sistemas ecológicos significa que as interações entre as populações se espalham através do globo. Ecossistema: Ecossistema: Conjunto formado pelas comunidades biológicas em interação com o ambiente físico e químico (abiótico). Os ecossistemas são sistemas ecológicos complexos e grandes, às vezes incluindo milhar mil hares es de difere diferent ntes es ti tipos pos de organ organism ismos os viv vivend endoo numa numa grande grande varie variedad dadee de meios meios individuais (um pássaro na copa de uma árvore, uma bactéria no solo). Ecossistema de floresta, de campo, de estuário podem ser unidades distintas devido a pouca energia e subs substâ tânc ncia iass que que são são troc trocad adas as entr entree as mesm mesmas as,, em comp compar araç ação ão com com as inúm inúmer eras as transformações transformações que ocorrem dentro de cada uma delas. Biosfera: Biosfera: Todos os ecossistemas estão ligados junto numa única biosfera, a qual inclui todos os meios ambientes e organismos na superfície da Terra. As partes distantes da biosfera são interligadas através da energia e dos nutrientes transp transport ortado adoss pelas pelas corre corrente ntess de vento vento e de água água e pelos pelos movime moviment ntos os de organ organism ismos. os. Movimento de solo e plantas por animais, migração de aves, movimento da água da terra para o oceano etc.
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OUTROS CONCEITOS FUNDAMENTAIS Hábitat: Hábitat: É o lugar ou o posicionamento físico, no qual uma espécie (ou mais de uma) vive. Exemplo: hábitat de floresta, de deserto, de recifes de coral, de campo. O hábitat pode ter uma conotação desvinculada do senso geográfico (por exemplo, tronco caído como hábitat de certos insetos coleópteros, tubo intestinal de vertebrados como hábitat de vermes parasitas).
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Classificação dos habitats: Terrestres e aquáticos. Marinhos e de água doce. Oceânicos e de estuários. Bentônicos e pelágicos. Os tipos de habitats se sobrepõem amplamente e as distinções absolutas entre eles raramente existem. A idéia de habitat é importante para realçar a variedade de condições às quais os organismos estão expostos, tal como os habitantes das profundezas abissais e do dossel das florestas tropicais. A variedade de habitats contém a chave para muito da diversidade dos organismos .
Micro-habitat: Micro-habitat: Local onde determinada espécie poderá ser encontrada ou espaço físico ocupado por determinada espécie. Exemplo: Pele humana como micro-hábitat de certos ácaros. Nicho: Nicho: É um espaço de “n” dimensões no qual a população é capaz de manter-se estacionária ou aumentar seu número de indivíduos (êxito reprodutivo). Os ecólogos usam o termo nicho para para expres expressar sar a relaç relação ão do indiv indivídu íduoo ou da população com todos os aspectos de seu ambiente – e dessa forma o papel ecológico das espécies dentro da comunidade. O nicho descreve a variedade de condições e qualidade de recursos dentro das quais o indivíduo ou a espécie funcionam. Deste modo, os limites de um nicho de uma espécie particular poderiam estender-se entre as temperaturas de 10°C a 30ºC, tamanhos de presa de 4 a 12 mm, e o período entre o amanhecer e o anoitecer. Naturalmente, o nicho da espécie inclui muito mais variáveis do que estas três citadas, e os ecólogos falam muito da natureza multidimensional do nicho para o conhecimento da complexidade das relações espécie-ambiente. Nicho
Faixa de tempo Tamanho de presa Período de atividade
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Classificação de nichos Nicho espacial: espacial: espaço físico ocupado por determinada espécie. Nicho trófico: trófico: posição do organismo na cadeia alimentar. Nicho hipervolumétrico: hipervolumétrico: posição no gradiente ambiental (temperatura, pH, umidade, luz, chuvas...). Nicho hipervolumétrico fundamental: fundamental: conjunto de todas as faixas ambientais explor exploráve áveis is pela pela espéc espécie ie.. Nicho Nicho hiper hipervol volumé umétri trico co realizado: realizado: conj conjun unto to de cond condiç içõe õess ambientais e topográficas onde de fato pode estar a espécie considerando competidores e predadores.
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Bioma: Bioma: Grande biossistema regional ou subcontinental subcontinental caracterizado caracterizado por um tipo principal de vegetação ou outro aspecto identificador da paisagem. Exemplos: a) Biomas Biomas de terra terra firme: firme: florest florestaa tropical tropical,, campo, campo, deserto; deserto; b) Biomas Biomas brasile brasileiros: iros: panta pantanal, nal, flores floresta ta de araucári araucária; a; c) Biomas Biomas aquát aquático icos: s: de água doce e marinha marinhas. s. Biodiversidade: Biodiversidade: Diversidade de espécies de um ecossistema. Quanto maior a quantidade de nichos, maior a diversidade de espécies do ambiente, ou seja, maior sua biodiversidade. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ODUM, Eugene Pleasants. Fundamentos de ecologia. ecologia . 6. ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, Gulbenkian, 2001. PINTO-COELHO, Ricardo Motta. Fundamentos em ecologia. ecologia . Porto Alegre, RS: Artmed, 2000. RICKLEFS, Robert E. A Economia da natureza. natureza . 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. TOWSEND, Colin R.; BEGON, Michael; HARPER, John L. Fundamentos em ecologia. ecologia . 2.ed Porto Alegre, RS: Artmed, 2006.
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