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Apostila de ecologia 1
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Apostila de ecologia 1

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  • 1. APOSTILA DE ECOLOGIA 1. ESTUDO DA BIOSFERA 1.1. INTRODUÇÃO A biosfera é o conjunto de regiões do planeta que possibilitam a existência permanente de seres vivos. Portanto, seu estudo é essencial para o conhecimento dos fatores que possibilitam o desenvolvimento das diversas espécies de seres vivos, suas necessidades e seu relacionamento com o meio ambiente. A biosfera, para efeito de estudo, é dividida em atmosfera, que é a camada gasosa que circunda o planeta, litosfera, que é a parte sólida acima do nível das águas, e hidrosfera, representada pelos corpos hídricos, como rios, lagos e oceanos. 1.2. O ESTUDO DA ECOLOGIA A palavra ecologia, criada pelo biólogo alemão Ernest Haeckel em 1866, deriva de dois vocábulos gregos, oikos (casa) e logos (estudo). Portanto, ecologia significa o estudo da casa ou, em outras palavras, o estudo do lugar onde se vive. Esta ciência estuda as relações que ocorrem entre os seres vivos e entre estes e o meio ambiente. A ecologia é dividida em auto-ecologia e sinecologia. A auto-ecologia trata das relações que ocorrem entre uma determinada espécie e seu meio físico de atuação, como os fatores ambientais que possibilitam seu desenvolvimento, além da ação do meio sobre suas características individuais de comportamento, morfologia e fisiologia. A sinecologia estuda a integração entre as diferentes espécies que ocupam um mesmo ambiente, como estas se correlacionam e de que maneira interagem com o meio ambiente. 1.3. ALGUNS CONCEITOS BÁSICOS 1.3.1. Meio ambiente O meio ambiente é o conjunto de elementos favoráveis ou desfavoráveis que cercam determinado ser vivo, como luz, calor, ventos, chuvas, condições edáficas (relativas ao solo) e a presença de outros seres vivos. O ambiente pode ser natural, quando ocorre na própria natureza, ou artificial, quando criado pelo homem. Um ambiente pode ou não oferecer condições para o desenvolvimento de determinadas espécies de seres vivos. 1.3.2. População Denominados população o agrupamento de indivíduos de uma mesma espécie que habitam ao mesmo tempo um mesmo espaço físico. 1.3.3. Comunidade O conjunto de diferentes populações que habitam ao mesmo tempo uma mesma área constitui uma comunidade de seres vivos, também denominada biocenose. 1.3.4. Biótopo Biótopo é o meio físico onde atua uma biocenose, ou seja, é o local onde vive uma determinada comunidade. 1.3.5. Ecossistema Os ecossistemas são unidades constituídas pelo meio físico e os diversos seres que nele habitam. Portanto podemos representar o ecossistema pelo conjunto: Ecossistema = biótopo + biocenose
  • 2. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva O biótopo representa os componentes abióticos do ecossistema, tais como ar, luz, calor, ventos, água e solo. A biocenose representa os componentes bióticos, ou seja, os seres vivos. Em um ecossistema seus componentes bióticos e abióticos se inter-relacionam de maneira equilibrada e dinâmica que se traduz em um fluxo de energia e um ciclo de matéria. O ecossistema é o objeto do estudo ecológico, o qual estabelece suas dimensões de acordo com sua conveniência. São exemplos de ecossistema os lagos, os mares, as florestas ou unidades menores, como o ecossistema que se desenvolve no interior das folhas da bromélia. Esta espécie vegetal (com características morfológicas semelhantes ao abacaxi) retém, no receptáculo formado por suas folhas, umidade suficiente que possibilita o desenvolvimento de algas e de toda uma microfauna. O conjunto de todos os ecossistemas constitui a biosfera. 1.3.6. Ecótono Entre dois ecossistemas constituídos por comunidades diferentes há uma zona de transição onde são encontrados exemplares das comunidades limítrofes, além das espécies da própria região. Esta zona de transição é conhecida como ecótono. 1.3.7. Bioma As diferentes espécies da flora e da fauna se desenvolvem nas regiões climáticas onde melhor se adaptam. Ao conjunto de seres vivos e ao clima de uma determinada região denominamos bioma. As pradarias, as florestas tropicais e os desertos são exemplos de bioma. 1.3.8. Biócora O conceito de biócora é mais amplo do que o de bioma, por não fornecer as características peculiares da região. Por exemplo, quando não especificamos o tipo de floresta, que é definido pelas condições climáticas onde este ecossistema se desenvolve, denominamos biócora. Por exemplo, biócora floresta e bioma floresta de coníferas. 1.4. ELEMENTOS ESSENCIAIS PRESENTES NA BIOSFERA A biosfera caracteriza-se por apresentar elementos essenciais ao desenvolvimento dos seres vivos, como a luz, que fornece energia para a síntese de matéria orgânica pelas planas clorofiladas, calor e água, que desempenham um importante papel nas regiões químicas do metabolismo celular. A água atua também como agente de veiculação dos nutrientes para os seres vivos. Além disso, existem fatores que atuam como agentes de proteção, permitindo a sobrevivência dos seres, como grandes massas de água e o gás carbônico atmosférico, que contribuem para o equilíbrio térmico do planeta, e a presença de uma camada de ozônio, que minimiza os efeitos nocivos das radiações ultravioletas. 1.4.1. Condicionantes primários da biocenose Os condicionantes para a existência e desenvolvimento de populações são a energia, a diversidade, a matéria e o espaço. A vida depende do sol, que fornece “energia” na forma de luz e calor. A “diversidade” fornece condições aos seres vivos de opções contra possíveis restrições ambientais. A “matéria” tem sua produção restrita em função dos outros condicionantes. O ”espaço” pode determinar o desenvolvimento e uma população por limite físico.
  • 3. 1.5. NECESSIDADES DOS SERES VIVOS Os seres vivos só se desenvolvem em ambientes que possibilitam a realização de suas funções básicas de nutrição, reprodução e proteção contra os predadores e agressões naturais do meio ambiente, de acordo com as necessidades específicas de cada espécie. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva 1.5.1. Nutrição dos seres vivos É o processo pelo qual o ser vivo obtém energia, na forma de composto orgânico, para a formação e desenvolvimento do organismo, bem como para a realização de suas atividades biológicas. Os seres que sintetizam matéria orgânica a partir de substâncias inorgânicas são chamados de autótrofos (auto = próprio; trophos = nutrir). Quando a energia necessária à síntese dos compostos orgânicos é obtida da luz, estes seres são denominados fotossintetizantes, e sua capacidade é atribuída à presença de um pigmento verde, a clorofila, que capta a energia solar. Os seres fotossintetizantes são representados pelos vegetais. Algumas bactérias sintetizam compostos orgânicos obtendo a energia necessária para o processo de síntese através de reações químicas que provocam no meio ambiente. Estas bactérias são denominadas quimiossintetizantes e sua produção de matéria orgânica é muito pequena. São chamados heterótrofos os seres que se alimentam de compostos orgânicos existentes no meio ambiente, como outros organismos ou seus produtos. Estes seres são representados pelos animais, fungos e a grande maioria das bactérias. Portanto, as plantas são indispensáveis aos seres vivos que não são capazes de sintetizar substâncias orgânicas, fornecendo direta ou indiretamente todos os nutrientes de que necessitam. Estabelece-se então entre estes seres um inter-relacionamento alimentar, onde um ser se alimenta do outro, formando uma cadeia alimentar. Existem algumas espécies de seres heterótrofos que se alimentam de matéria orgânica morta e de dejetos biológicos, promovendo a reciclagem da matéria no ambiente físico, fornecendo elementos minerais que vão servir aos produtores. Estes seres, representados principalmente pelas bactérias e fungos, são denominados decompositores, micro consumidores ou saprófitos. O nível trófico corresponde a posição que o ser vivo ocupa dentro de uma cadeia alimentar no processo de obtenção de energia. De acordo com seu nível trófico, os seres vivos são classificados em produtores (vegetais clorofilados), consumidores (animais) e decompositores (fungos e bactérias). (Figura 1.1). Figura 1.1. Cadeia alimentar. Os consumidores podem ser primários, secundários, terciários etc., de acordo com sua posição na cadeia alimentar. (Figura 1.2).
  • 4. Figura 1.2. Níveis tróficos de uma cadeia alimentar. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Uma mesma espécie pode participar de várias cadeias alimentares e ocupar diferentes níveis tróficos ao mesmo tempo. Ao conjunto de cadeias alimentares que as entrelaçam denominamos teia alimentar (Figura 1.3). Figura 1.3. Teia alimentar Os seres vivos obtêm energia para a realização de suas atividades biológicas através do processo de queima, oxidação bioquímica, dos compostos orgânicos no interior das células, denominado respiração. Quando a oxidação bioquímica se processa na presença de oxigênio, a denominamos respiração aeróbia ou aeróbica. Quando na ausência de oxigênio, a denominamos respiração anaeróbia ou anaeróbica. A respiração aeróbia possibilita a liberação de uma maior quantidade de energia da molécula orgânica do que a respiração anaeróbia, fato este eu condiciona somente o desenvolvimento de seres superiores aeróbios. 1.5.2. Reprodução das espécies O processo de reprodução é importante para a continuidade da espécie e para a manutenção do equilíbrio dinâmico do ecossistema, através de suas cadeias alimentares, de modo a suprir as necessidades alimentares das espécies que dela dependem. 1.5.3. Proteção das espécies Os seres vivos para sua sobrevivência têm de se proteger contra os intemperismos físicos do meio ambiente, tais como o frio e as chuvas, assim como de seus predadores naturais. As características físicas de determinadas espécies de seres vivos oferecem elementos de proteção, como as couraças das tartarugas e os espinhos dos ouriços;
  • 5. outras espécies constroem abrigos, como as tocas dos esquilos e as conchas dos moluscos. O meio ambiente também determina os padrões de camuflagem ou mimetismo, como certos insetos que simulam o aspecto de folhas de árvores para enganar seus predadores, ou determinados pássaros cujas penas têm a cor características do ambiente em que vivem. 1.6 EQUILÍBRIO DINÂMICO DOS ECOSSISTEMAS As biocenoses existentes nos ecossistemas atuam sobre os biótopos e estes atuam sobre as mesmas. (Figura 1.4). Figura 1.4. Equilíbrio dinâmico do ecossistema. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva O meio físico determina o desenvolvimento de determinadas espécies que, através dos processos biológicos de nutrição, respiração e decomposição, provocam alterações no meio ambiente possibilitando o desenvolvimento de outras espécies. Este processo se desenvolve de maneira dinâmica até o estabelecimento de uma comunidade estável, cujas atividades biológicas não mais levam a alterações no meio. Ao equilíbrio dinâmico do ecossistema denominamos homeostase. Aos vários estágios evolutivos de uma comunidade estável, ou clímax, designamos sucessão ecológica. Uma sucessão ecológica pode se estabelecer em ambientes pouco favoráveis, como em formações rochosas parcialmente desagregadas, onde vegetais pouco exigentes, como os liquens e as algas cianofíceas, irão constituir a comunidade pioneira ou ecese. Aos poucos esta comunidade vai modificar as condições ambientais pelo acréscimo de matéria orgânica e decomposição, tornando o meio mais rico em nutrientes e água, possibilitando o desenvolvimento de espécies mais exigentes, como as gramíneas. Estas, por sua vez, contribuem para o aparecimento de outras espécies, e assim por diante, até o estabelecimento de uma comunidade clímax. A sucessão que se instala em regiões que nunca foram habitadas é denominada sucessão primária. Fatores naturais ou artificiais, como alterações climáticas, enchentes, incêndios e uso do solo pela agricultura, podem romper a estabilidade da comunidade clímax, dando início ao desenvolvimento de outras espécies. A evolução da comunidade clímax que ocorre em regiões anteriormente habitadas é denominada sucessão secundária. Uma comunidade clímax caracteriza-se por apresentar uma complexa teia alimentar, decorrente de uma diversidade de espécies, na qual ocorre um equilíbrio dinâmico entre a quantidade de matéria orgânica produzida no processo fotossintético e a quantidade de matéria orgânica degradada no processo respiratório.
  • 6. 1.7. DESEQUILÍBRIOS DOS ECOSSISTEMAS Vimos que os seres vivos para sua sobrevivência precisam encontrar no meio ambiente, condições de satisfazer suas necessidades básicas de nutrição, reprodução e proteção. Sabemos que os seres se organizam em níveis tróficos dentro de uma cadeia alimentar, caracterizando a estabilidade dinâmica dos ecossistemas. Sendo assim, podem ocorrer desequilíbrios ecológicos em conseqüência de alterações na composição natural da cadeia alimentar ou de alterações ambientais. Quando destruímos um nível trófico da cadeia alimentar, causamos o aumento populacional do nível anterior e a eliminação do nível seguinte. Por exemplo, a destruição de cobras, que muito prejudicam os trabalhadores das lavouras, leva a um aumento populacional de ratos, vetores biológicos patogênicos, além de ocasionar uma diminuição no número populacional de animais que se alimentam de cobras, embora não exclusivamente, como as seriemas. O aumento populacional de determinada espécie, ocasionado pela destruição de seu predador, tende a um equilíbrio condicionado pela quantidade de alimento disponível, podendo sua população sofrer uma redução a níveis inferiores aos iniciais. Nos Estados Unidos, em decorrência de uma campanha feita para acabar com os pumas e coiotes que atacavam os veados em determinadas regiões, ocorreu uma grande proliferação dessa espécie, que passou então a morrer por falta de recursos vegetais. A introdução de um elemento estranho à cadeia alimentar pode também levar as desequilíbrios ecológicos decorrentes da ausência do nível trófico superior para controlar sua proliferação. Na Austrália, por exemplo, a introdução do coelho para ser usado como animal de caça causou grande desequilíbrio nos ecossistemas locais, acabando com plantações, sem que houvesse uma espécie de sua fauna que conseguisse controlá-lo. Quando fertilizamos uma cadeia alimentar, rompemos sua estabilidade dinâmica pelo maior desenvolvimento de algumas espécies. É o que ocorre, por exemplo, quando lançamos aos corpos hídricos uma grande quantidade de matéria orgânica, como a que é lançada por esgotos, ocasionando grande proliferação de bacias aeróbias que consomem todo oxigênio do meio, levando à morte os seres aeróbios como os peixes. Alterações ambientais que impossibilitam a reprodução de espécies de seres vivos também levam a Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva um comprometimento do equilíbrio da cadeia alimentar. Assim, o reflorestamento de uma região com espécies diferentes das primitivas diminui a população de espécies de pássaros nativos, decorrente da eliminação de elementos utilizados na construção de seus ninhos. A eliminação de insetos polinizadores, como abelhas e borboletas, pelo uso indiscriminado de inseticidas leva a uma diminuição de certas espécies vegetais que deles dependem para sua reprodução. Os ecossistemas também podem ser desequilibrados quando os seres vivos ficam expostos à ação de predadores ou de intemperismos, por modificação em seu ambiente natural: por exemplo, a alteração de espécies de mariposas, observada na Inglaterra, como decorrência do desenvolvimento industrial. As espécies de cor clara, que antes conseguiam se proteger de seus predadores, ficaram expostas a sua ação quando as paredes de casas, edifícios e a vegetação tiveram suas superfícies enegrecidas pela fuligem lançada das chaminés das indústrias, possibilitando assim o desenvolvimento das mariposas escuras nesse ambiente. 2. O ESTUDO DO MEIO AMBIENTE
  • 7. 2.1. INTRODUÇÃO O estudo do meio ambiente é de vital importância para a avaliação do grau de adaptação e tolerância de cada ser vivo nas condições ambientais existentes, fornecendo também subsídios para avaliação dos impactos nos ecossistemas através de comparações de seus efeitos sobre as flutuações naturais das populações. Os fatores ambientais que influenciam o desenvolvimento das diferentes espécies de seres vivos são denominados fatores ecológicos. Os fatores ecológicos ditos abióticos representam as condições climáticas, edáficas e químicas do meio. Os fatores bióticos compreendem as interações que ocorrem entre os seres vivos, como as associações biológicas de parasitismo, predação e competição. Os seres vivos que habitam uma determinada região encontram-se adaptados às condições ambientais do meio, representadas pelos fatores abióticos e bióticos que regulam o equilíbrio populacional e os limites para o desenvolvimento de um ecossistema. 2.2. NICHO ECOLÓGICO O nicho ecológico diz respeito à maneira de viver de cada organismo, seus hábitos, a forma de obtenção de energia e as interações das quais ele participa dentro de um ecossistema. O biólogo Gause, através de experiências, demonstrou que duas espécies diferentes de seres vivos não podem desempenhar o mesmo nicho ecológico em uma mesma região por muito tempo. Esta ocorrência leva a uma disputa entre as espécies, com o conseqüente desaparecimento da espécie mais fraca. Este estudo ficou conhecido como Princípio da Exclusão Competitiva de Gause. 2.3. O HABITAT O local onde determinada espécie vive e desempenha seu nicho ecológico é denominado habitat. Algumas espécies de seres vivos conseguem se adaptar a diferentes condições ambientais, o que lhes confere uma maior distribuição geográfica e; portanto, um habitat mais amplo. Outras espécies não suportam grandes variações das condições do meio, possuindo um habitat mais restrito. Duas espécies de seres vivos podem coexistir em um mesmo habitat desde que possuam nichos ecológicos diferentes. Como exemplo, temos os organismos do fitoplâncton e os do zooplâncton que habitam as águas superficiais de um corpo aquático. Os seres que compõem o fitoplâncton sintetizam sua própria matéria orgânica a partir da radiação solar, enquanto os seres do zooplâncton atuam como consumidores na obtenção de nutrientes. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva 2.4. FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS Os principais fatores abióticos que regulam os limites do desenvolvimento de diferentes espécies de seres vivos compreendem a temperatura, luz, água e os fatores edáficos. 2.4.1. Temperatura Os limites de temperatura compatíveis com o desenvolvimento de seres vivos situam-se, de maneira geral, entre -5oC e +5oC. As diferentes espécies de seres vivos se adaptam a temperaturas que lhes permitam uma melhor atividade de seu metabolismo. Desta forma, a temperatura é um fator ecológico importante na distribuição dos seres vivos nas diversas regiões da Terra. Os mamíferos e as aves mantêm sua temperatura corporal constante (homeotermos) em conseqüência de seus processos metabólicos. Os outros animais, como os peixes, normalmente têm a temperatura corporal igual à do meio em que
  • 8. vivem (pecilotermos). Os animais que toleram grandes variações de temperatura têm uma ampla distribuição geográfica. Desta forma, certas espécies de aves, como os pingüins, encontram-se adaptadas para sobreviverem em regiões de climas frios, e outras, como os tucanos, em climas quentes. Muitas espécies de aves vivem em determinada região somente durante as estações quentes, migrando no inverno. Certos animais, como os morcegos e os hâmsters, hibernam durante a estação fria, assumindo um estado de inatividade. Deste modo, em decorrência da queda de temperatura corporal os processos metabólicos são reduzidos, e o animal pode viver de suas reservas de gordura. A hibernação permite ao ser vivo sobreviver em condições climáticas de baixa temperatura, as quais podem dificultar o acesso ao alimento. Alguns animais assumem um falso estado de hibernação, visto não apresentarem grandes quedas de sua temperatura corporal; além de acordarem, eventualmente, para a alimentação, como é o caso dos esquilos. Quando a temperatura ambiental se torna excessivamente alta e os recursos hídricos são limitados, certos seres entram em estado de dormência, denominado estivação. Por exemplo, o rato-canguru adormece quando a temperatura do meio ultrapassa 30°C, após ter untado seu corpo com saliva, para evitar a transpiração. 2.4.2. Luz A luz constitui fonte de energia para os seres produtores, que a convertem em energia química armazenada em seus compostos orgânicos. A quantidade de energia disponível em um ecossistema limita o número de indivíduos que o integram. Certas espécies vegetais necessitam de grandes quantidades de luz para a realização de seus processos fotossintéticos, ao passo que outras dependem de quantidades menores. Os seres que habitam regiões pouco iluminadas, como as cavernas, dependem de nutrientes provenientes de regiões iluminadas. A luz também é importante por permitir aos seres uma maior percepção do meio que os cerca. Os peixes abissais, que vivem em regiões oceânicas profundas, onde não existe iluminação natural, utilizam-se da bioluminescência, que é a capacidade do ser vivo emitir luz, que lhes possibilita um melhor desempenho na obtenção de alimentos, atraindo, através da luz emitida, suas presas, bem como favorece um melhor desempenho em sua reprodução, em virtude da atração que exerce entre os seres da mesma espécie. A luz também regula os ritmos biológicos diários e anuais de determinados seres. Este fato é observado em algumas plantas, como a onze-horas e o girassol, que entram em atividade em determinadas horas do dia, ou nos hábitos noturnos de certos animais, como os besouros. As diferentes estações do ano caracterizam-se por apresentar os dias mais curtos ou mais longos, influindo no florescimento de diferentes espécies vegetais. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva A luz e a temperatura são fatores abióticos que regulam o desenvolvimento dos ecossistemas, principalmente nas regiões temperadas. 2.4.3. Água A água é a substância predominante nos seres vivos. Ela age como veículo de assimilação e eliminação de muitas substâncias pelos organismos além de atuar no equilíbrio da temperatura corporal temperadas. A umidade do ar representa a quantidade de água presente na atmosfera na forma de vapor. Geralmente, em regiões quentes, a umidade do ar é alta e, em regiões mais frias, o vapor de água atmosférico se condensa precipitando-se na
  • 9. forma de chuva, diminuindo os teores da umidade atmosférica. Os diferentes índices de umidade atmosférica refletem a distribuição das diferentes espécies vegetais e animais. Desta, maneira, os ambientes quentes e úmidos possibilitam o desenvolvimento de grandes florestas, como as florestas úmidas equatoriais, que apresentam uma grande variedade de espécies de flora e fauna. Certos seres vivos, como a vitória-régia e os anfíbios, são encontrados na água ou em locais que apresentam altos teores de umidade. Por outro lado. os cactos e os camelos são seres adaptados em ambientes pouco úmidos. Na maioria das vezes os seres vivos obtêm água através de ingestão direta. Alguns, como os roedores, por viverem em ambientes secos, retiram a água do alimento que consomem e outros, como o camelo utiliza a água que resulta de determinadas reações que ocorrem em seu metabolismo, como a degradação de gorduras. Os seres vivos perdem água por meio da transpiração, respiração, sistema digestivo e urinário. Graças a estruturas impermeáveis como a queratinina presente nos répteis, mamíferos e aves, a quitina nos insetos e a cutina nas folhas dos vegetais, a perda de água é limitada. Certos animais como a minhoca, não apresentam proteção adequada contra a evaporação, fato que limita seu desenvolvimento a regiões bastante úmidas. A água é solvente para a eliminação de produtos tóxicos da degradação de proteínas, os quais regulam a quantidade de líquido necessária para sua excreção. Os peixes eliminam amônia, que por ser altamente tóxica e dissolvida em grandes quantidades de água; o homem elimina uma substância menos tóxica, a uréia, que pode ser excretada com quantidades menores de água; e as aves e os répteis eliminam o ácido úrico, que, por ser insolúvel em água, restringe a eliminação de líquidos por estes seres. O rato-canguru, cujo habitat natural são os desertos, utiliza-se da pouca água que obtém dos processos digestivos das sementes secas com as quais se alimenta. A pouca água obtida é contrabalançada pela baixa eliminação hídrica em seus processos digestivos. Seus hábitos noturnos também limitam a perda de água por transpiração e processos respiratórios. O homem, quando submetido a altas temperaturas, perde água pela transpiração para manter sua temperatura corporal. Em certos animais, como o camelo, a temperatura corporal sobe até 41°C antes que comecem a perder água. Este fato é favorecido pela diminuição de sua temperatura corporal abaixo do normal durante a noite, possibilitando uma maior variação durante o dia. Nos animais homeotermos os pêlos e as penas constituem mecanismos de defesa contra a transpiração excessiva. Desta forma, os camelos perdem 60%, mais água por transpiração quando são tosados. A água atua de maneira determinante na limitação do desenvolvimento de ecossistemas equatoriais, visto que, apesar das altas temperaturas que caracterizam estas regiões, a precipitação pluvial não ocorre de maneira uniforme durante o ano. 2.4.4. Fatores edáficos O solo fértil é constituído de rocha desagregada, água, ar, seres vivos e material orgânico em decomposição. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva O solo fornece para as plantas água e sais minerais, possibilitando o desenvolvimento de vegetais e animais. Um dos fatores, o pH do solo influencia as espécies que nele se desenvolvem. Assim, a aveia se adapta a diferentes valores de pH, enquanto a batata se desenvolve melhor em solos ácidos e a alfafa, em solos alcalinos.
  • 10. 2.5. AS POPULAÇÕES Um ecossistema é formado por diferentes populações de espécies animais e vegetais. As condições ambientais do meio devem possibilitar às diversas populações a realização de seus nichos ecológicos. Entretanto, as diferentes espécies adaptadas ao meio têm sua densidade populacional limitada pelos fatores responsáveis por seu equilíbrio, como espaço, alimento disponível, competição intra e interespecífica, predatismo e parasitismo que condicionam as taxa de natalidade, mortalidade e dispersão de seus indivíduos. 2.5.1. Potencial biótico É a capacidade de uma população em aumentar o número de seus indivíduos, em condições favoráveis e ilimitadas de recursos. O potencial biótico é um fator intrínseco que varia de acordo com cada espécie animal ou vegetal. Os coelhos têm um potencial biótico superior ao dos carneiros, pois apresentam normalmente uma alta taxa de reprodução. Dizemos que as condições ambientais atingem o ponto ótimo quando uma espécie consegue se desenvolver e reproduzir em sua plenitude. 2.5.2. Fator limitante Uma população pode ter seu crescimento potencial reduzido devido à ausência ou à diminuição dos elementos necessários a seu pleno desenvolvimento. Assim, as plantas podem ter seu crescimento limitado pela ausência de determinados nutrientes, como o molibdênio, mesmo dispondo de outros elementos essenciais em abundância. Qualquer fator indispensável ao desenvolvimento de uma população que limite, devido à sua escassez, o crescimento desta, é denominado fator limitante. 2.5.3. Resistência ambiental A resistência ambienta! é a oposição que o meio oferece ao pleno desenvolvimento de uma determinada população. É a diferença entre o potencial biótico de uma população e seu crescimento real no meio. A resistência ambiental contribui para regular o número de indivíduos de uma população, pelo equilíbrio dinâmico entre as taxas de natalidade e mortalidade, impedindo sua multiplicação a índices ilimitados. 3. AS ASSOCIAÇÕES BIOLÓGICAS 3.1. INTRODUÇÃO As biocenoses que compõem os ecossistemas são formadas por seres vivos que interagem entre si de diversas maneiras. Denominamos harmônicas as interações biológicas que resultam em benefício de ambos os seres associados, ou de apenas um deles, sem que o outro seja prejudicado. As associações desarmônicas são aquelas em que um ser se beneficia prejudicando o outro. As associações biológicas observadas entre os seres de uma mesma espécie são denominadas intraespecíficas, e entre os seres de espécies diferentes, denominadas interespecíficas. O neutralismo é ausência de interações entre as populações de duas espécies diferentes. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva
  • 11. As associações biológicas podem tornar possível a sobrevivência de determinadas espécies, além de contribuir para o equilíbrio do ecossistema através do controle natural das populações de seres vivos. 3.2. TIPOS DE INTERAÇÕES BIOLÓGICAS 3.2.1. Relações harmônicas intraespecíficas 3.2.1.1 Colônias As colônias são associações nas quais os seres de uma mesma espécie vivem juntos, ligados fisicamente. Os organismos que a compõem se caracteriza por apresentar, na sua maioria, uma dependência biológica não tendo condições de sobreviver quando isolados. Quando a colônia é constituída por seres morfologicamente iguais, não existe uma divisão de trabalho, desempenhando todas as mesmas funções, como é verificado nas colônias formadas por corais. Quando os seres são morfologicamente diferentes, ocorre uma divisão de funções, como é verificado nos celenterados da espécie PhysaliaPhysalis (ou simplesmente Caravela), onde cada tipo de organismo exerce atividades específicas de proteção, reprodução, flutuação e locomoção. 3.2.1.2. Sociedades As sociedades se caracterizam pelo agrupamento de indivíduos de uma mesma espécie, de maneira cooperativa, sem estarem unidos fisicamente. Em uma sociedade constituída por seres morfologicamente iguais estes não exercem uma função específica, suas relações são de conveniência, e a interação acaba quando os motivos que a condicionaram deixam de existir. São exemplos: as manadas, os cardumes e a sociedade dos homens. Quando os seres que constituem uma sociedade são morfologicamente diferentes ocorre uma divisão de trabalho por castas, onde cada um desempenha uma função específica. Como exemplo, temos as sociedades formadas pelas abelhas, pelas formigas e pelos cupins. 3.2.2. Relações harmônicas interespecíficas 3.2.2.1. Mutualismo É a associação de espécies da qual resulta benefícios mútuos. As espécies tornam-se dependentes e sua sobrevivência pode se prejudicada em caso de separação. Os liquens representam uma associação entre as algas e os fungos. Através da fotossíntese, as algas produzem nutrientes orgânicos que fornecem aos fungos, e estes contribuem com água e sais minerais. Esta associação possibilita o desenvolvimento destas espécies em regiões onde dificilmente sobreviveriam isoladamente. Os térmitas, assim como os animais herbívoros, não sintetizam a enzima celulase, o que tornaria difícil a assimilação de nutrientes se não fosse pela presença de protozoários em seu estômago, que digerem a celulose, recebendo em troca alimento e abrigo. Alguns autores consideram o mutualismo como sinônimo de simbiose, porém o biologista alemão Anton de Bary definiu em 1879 o termo simbiose de maneira mais abrangente, significando viver junto, caracterizando então qualquer tipo de associação biológica entre indivíduos de espécies diferentes. 3.2.2.2. Protocooperação Este tipo de associação caracteriza-se pela cooperação entre seres de espécies diferentes, na qual ambas se beneficiam sem que seja, no entanto essencial para sua sobrevivência.
  • 12. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Como exemplo, temos a associação que ocorre entre o Paguro-eremita (crustáceo marinho) e as actínias (anêmonas-do-mar). O Paguro, ou Bernardo-eremita como também é conhecido, se aloja numa concha vazia de caramujo e sobre esta se fixam uma ou mais anêmonas. Estas, ao serem transportadas pelo Paguro, têm sua área alimentar aumentada, além de se utilizarem dos restos alimentares deixados por esse crustáceo. O Paguro, por sua vez, recebe em troca proteção, contra a ação de seus predadores, graças à ação de substâncias urticantes elaboradas pelos tentáculos das anêmonas. 3.2.2.3. Comensalismo É a associação em que um ser vivo, denominado comensal, se utiliza dos restos alimentares deixados por outro, sem lhe prejudicar. Um exemplo típico é a associação que ocorre entre a rêmora, também conhecido como peixepiolho, que se fixa através de suas ventosas dorsais no corpo do tubarão, de maneira a aproveitar seus restos alimentares. 3.2.2.4. Inquilismo Este é um tipo de associação muito parecido com o comensalismo, onde uma espécie se beneficia sem prejudicar a outra. No inquilinismo um ser encontra suporte ou proteção no corpo do outro. Como exemplo citamos à associação em que o peixe-agulha (Fierasfer), buscando proteção, penetra no corpo do pepino-do-mar (Holotúrla), daí só saindo para nutrir-se. O inquilinismo, quando ocorre entre as plantas, é conhecido como epifitismo (epi = em cima de, tifo = planta) e as espécies beneficiadas, como epífitas. Como exemplo citamos as orquídeas e samambaias que se desenvolvem nos troncos das árvores para obter uma quantidade de energia solar tal que possibilite a realização de sua fotossíntese. 3.2.3. Relações desarmônicas intraespecíficas 3.2.3.1. Canibalismo Neste tipo de interação desarmônica, um ser se alimenta de outro da mesma espécie. Este fato pode ser observado entre determinadas espécies de aranha em que a fêmea, após a cópula, mata e devora o macho. Sob determinadas condições o canibalismo contribui para o equilíbrio populacional. Em experimentos realizados com camundongos em uma área física restrita, verificou-se um aumento populacional decorrente do fornecimento irrestrito de nutrientes. À medida que o espaço foi ficando insuficiente para comportar todos os indivíduos da população aconteceram disputas onde foram observadas interações de canibalismo que levaram ao equilíbrio populacional. 3.2.4. Relações desarmônicas interespecíficas 3.2.4.1. Predatismo É a relação biológica em que um organismo, denominado predador, se alimenta de outro organismo, presa, matando-o antes ou durante sua ingestão. O predador age violenta e rapidamente sobre a presa. Os predadores geralmente são maiores que suas presas e sua população têm um número menor de indivíduos do que a população de presas, atuando na manutenção do equilíbrio da cadeia alimentar da qual faz parte. Desequilíbrios nos
  • 13. ecossistemas podem ocasionar um grande aumento no número de predadores, levando à extinção de populações de presas. O predador pode se alimentar de apenas uma única espécie de presa (monófago) de algumas (oligófago) ou de várias espécies (polífago). Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Os predadores, assim como suas presas, desenvolveram mecanismos de adaptação que permitem que esta interação ocorra sob certo equilíbrio. Assim sendo, podemos verificar o desenvolvimento de garras nas aves de rapina, dos dentes caninos nos animais carnívoros, a síntese de substâncias venenosas pelas cobras e a construção de teias pelas aranhas, que auxiliam a captura de suas presas. As presas se utilizam de mecanismos de defesa como as carapaças encontradas nas tartarugas e tatus, espinhos desenvolvidos pelo ouriço e a síntese de substâncias de odores desagradáveis, como é verificado no gambá. Tanto os predadores como as presas se utilizam da camuflagem (mimetismo) para enganar seu opositor, confundindo-se com o meio em que vivem. 3.2.4.2. Parasitismo É a associação em que o organismo parasitado, denominado hospedeiro, é prejudicado pelo organismo parasita, hóspede, que dele retira nutrientes para sua alimentação. Em geral, o parasita não mata o hospedeiro, pois isto poderia ocasionar sua própria morte, além de limitar o desenvolvimento de seus descendentes. O parasita quando vive dentro do hospedeiro é denominado endoparasita. Como exemplo, temos os protozoários giárdia e tripanossomacruzi, que parasitam o homem. A giárdia pode se localizar no interior do intestino provocando distúrbios digestivos, e o tripanossoma pode se instalar nas fibras cardíacas, causando o mal de Chagas. Outro exemplo de endoparasita é representado pelo bicho da goiaba, uma mosca que durante seu estágio de larva se desenvolve no interior de vários frutos, como a goiaba, o pêssego e o caqui, alimentando-se de sua polpa. Os piolhos e as pulgas são exemplos de espécies parasitas que se localizam sobre a superfície do corpo dos hospedeiros, sendo então denominados ectoparasitas. Os pulgões são ectoparasitas que vivem sobre as plantas, das quais obtêm o alimento necessário através da seiva orgânica que sugam de seus tecidos, podendo ocasionar a morte de seu hospedeiro. Os parasitas quando se especializam em uma única espécie de hospedeiro são denominados monófagos. Quando parasitam algumas espécies são denominados oligófagos e quando se associam a muitas espécies, polifagos. Quando vários parasitas atuam em um mesmo ser hospedeiro ocorre o chamado Complexo Parasitário. Geralmente os parasitas se especializam em uma única espécie, ao contrário do que ocorre com os predadores, sendo por isso o estudo das interações parasitárias importantes para o controle biológico das pragas que atuam nas espécies que são úteis ao homem. 3.2.4.3. Amensalismo É um tipo de associação desarmônica na qual uma espécie inibe o crescimento e desenvolvimento de outra, dita amensal. Como exemplo, citamos determinadas bactérias que são amensais aos antibióticos produzidos por alguns fungos. Algumas espécies de algas do fito plâncton marinho (peridinianos marinhos de gênero Gonyaulax) são responsáveis pelo fenômeno das “marés vermelhas" decorrente de eliminação de substâncias
  • 14. tóxicas que podem provocar a morte de várias espécies de seres aquáticos, cujo efeito pode ser observado em uma grande extensão devido à veiculação hídrica. 3.2.4.4. Escravagismo Neste tipo de interação biológica uma espécie captura a outra para se utilizar de seu alimento ou de seu trabalho. Certas formigas utilizam-se dos pulgões para obter alimentos. Estas espécies parasitas, após sugarem a seiva elaborada das plantas, são capturadas pelas formigas, que estimulam a eliminação do excesso de nutrientes ingeridos, com os quais se alimentam. Feito isto, os pulgões são Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva reconduzidos às plantas hospedeiras. Existem também certos pássaros, como o cuco, que botam seus ovos nos ninhos de outras espécies de pássaros, utilizando-os como chocadeiras. 3.2.5. Competição intra e interespecífica A competição ocorre quando os seres vivos competem pelos recursos do meio ambiente necessários à sua sobrevivência, como luz, espaço e alimento. A competição entre os indivíduos de uma mesma espécie geralmente é motivada por disputas territoriais, agindo como reguladora no tamanho da população. Os seres de espécies diferentes normalmente competem devido à sobreposição de seus nichos ecológicos, levando à extinção das espécies mais fracas ou a outra distribuição geográfica. 4. O FLUXO DE ENERGIA E OS CICLOS DA MATÉRIA NOS ECOSSISTEMAS 4.1. INTRODUÇÃO Uma característica de todo ecossistema é a relação alimentar que se estabelece entre os seres da biocenose de maneira a suprir suas necessidades energéticas. Esta relação constitui a cadeia alimentar, que possui diferentes níveis tráficos, de acordo com a maneira pela qual os seres vivos obtêm energia dentro do ecossistema. O sol é a fonte primária de energia que possibilita a existência dos ecossistemas. Através do processo da fotossíntese, sua energia radiante é transformada em energia química potencial, na forma de carboidratos. A partir destes são sintetizados os demais compostos orgânicos que fazem parte da estrutura dos seres vivos, como os lipídeos e as proteínas. Em todas as cadeias alimentares as plantas verdes constituem o primeiro nível trófico, sendo as energias por elas armazenadas transferidas para os níveis tráficos seguintes. Logo, as cadeias alimentares através de seus níveis tráficos, representam, de maneira simplificada, a seqüência com que a matéria e a energia são transferidas em um ecossistema. 4.2. O FLUXO DE ENERGIA A quantidade de energia recebida pelos organismos de um determinado nível trófico é sempre maior do que a disponível para os organismos do nível seguinte. Este fato é decorrente da utilização de parte desta energia na manutenção do metabolismo biológico, através do qual os seres vivos a irradiam para o meio ambiente na forma de calor. Além disso, parte do alimento ingerido pelos consumidores é eliminada na forma de dejetos. Segundo alguns ecologistas, cada nível trófico recebe cerca de 10% de energia recebida pelo nível anterior. Sendo assim, quanto mais próximo estiver o homem do início da cadeia alimentar, maior será a quantidade de energia disponível; portanto, maior será o número de indivíduos beneficiados pelos produtores de determinada área. Vimos então que o
  • 15. fluxo energético em uma cadeia alimentar caracteriza-se por ser unidirecional, tendo seu início a partir da fixação de energia pelos produtores e finalizando com a ação dos decompositores. Ao longo dos níveis tráficos, esta energia é transformada em calor e irradiada para o meio ambiente. (Figura 4.1). Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Figura 4.1. Fluxo de energia em uma cadeia alimentar. 4.3. AS PIRÂMIDES ALIMENTARES Os níveis tróficos de uma cadeia alimentar podem ser representados quantitativamente através das pirâmides alimentares. Em sua base são representados os produtores e a seguir, em direção ao vértice superior, os consumidores, pela ordem de transferência energética. Uma pirâmide pode ser construída com base em três diferentes aspectos da cadeia alimentar, ou seja, o número de indivíduos que constituem cada nível trófico, a massa total dos indivíduos em cada nível ou a quantidade de energia em cada nível à disposição do elo seguinte. 4.3.1. Pirâmide de números Na pirâmide de números é representada apenas a quantidade de indivíduos presentes em cada nível tráfico, sem levar em conta a massa e a quantidade de energia transferida através da cadeia alimentar. Cada nível trófico é representado por retângulos da mesma altura, cujo comprimento é proporcional ao número de indivíduos. Nas cadeias alimentares constituídas por predadores, o número de indivíduos diminui de um nível trófico para outro, ocorrendo o inverso nas cadeias constituídas por parasitas. Deste modo, a representação quantitativa através da pirâmide de números de uma cadeia de parasitas será invertida. (Figura 4.2).
  • 16. Figura 4.2. Pirâmide de números de predadores e parasitas. As pirâmides de números não são pirâmides perfeitas na representação das cadeias alimentares mistas. (Figura 4.3). Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Figura 4.3. Pirâmide de números mista. Temos também algumas cadeias alimentares formadas por predadores que não são representadas por pirâmides perfeitas. (Figura 4.4). Figura 4.4. Pirâmide irregular de predadores. As pirâmides de números, por só quantificarem o número de indivíduos presentes em cada nível trófico, não representam adequadamente a quantidade de energia disponível em cada nível. 4.3.2. Pirâmide de biomassa A pirâmide de biomassa representa a quantidade de matéria orgânica “viva”, ou biomassa (peso seco por unidade de área), presente em cada nível trófico. Estas pirâmides representam a quantidade de massa orgânica presente em um determinado instante, não levando em conta o tempo gasto para serem produzidas. Isto faz com que as pirâmides que representam os ambientes aquáticos apresentem em sua base menor biomassa do que a dos níveis tráficos superiores. Este fato se deve à rapidez com que o fitoplâncton é consumido pelo zooplâncton. (Figura 4.5).
  • 17. Figura 4.5. Pirâmides de biomassa. 4.3.3. A pirâmide de energia A pirâmide de energia é a que representa de maneira mais adequada a transferência de energia ao longo da cadeia alimentar. Nela observamos o gasto energético nos processos fisiológicos e metabólicos dos organismos que ocupam os diferentes níveis tróficos, e a energia disponível para o nível seguinte. (Figura 4.6). Figura 4.6. Fluxo de energia no prazo de um ano. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva A pirâmide de energia leva em conta o fator tempo, que tem sua importância associada à produtividade. 4.4. PRODUTIVIDADE DOS ECOSSISTEMAS A produtividade em cada nível trófico de um ecossistema é representada pelo total de matéria orgânica produzida por unidade de área e tempo. A produtividade primária representa a quantidade de biomassa produzida pelos seres produtores, sendo a base da existência de todos os ecossistemas. A quantidade de energia radiante que é transformada em energia química associada aos compostos orgânicos através do processo de fotossíntese corresponde à produtividade primária bruta. As plantas utilizam parte desta energia em seus processos metabólicos, ficando à disposição dos herbívoros a taxa líquida de biomassa produzida, que é denominada de produtividade primária liquida. A quantidade de matéria orgânica assimilada pelos seres consumidores representa a produtividade secundária, onde, como no caso dos produtores, a produtividade secundária líquida corresponde à taxa energética da biomassa incorporada que fica à disposição do nível tráfico seguinte. 4.5. OS CICLOS DA MATÉRIA Ao contrário do fluxo de energia, que é unidirecional, exigindo uma fonte de energia externa ao ecossistema, a matéria percorre caminhos cíclicos, sendo constantemente reaproveitada pelos seres produtores. Desta maneira, as plantas verdes transformam substâncias inorgânicas, como carbono, nitrogênio, fósforo e potássio, em
  • 18. compostos orgânicos que são transferidos ao longo da cadeia alimentar. Estes, por ação dos seres decompositores, são devolvidos ao solo, água e atmosfera em sua forma inorgânica, ficando novamente à disposição dos seres produtores. Temos então que os elementos químicos que constituem os organismos estão sendo constantemente reciclados na natureza através do ambiente físico e biológico, sendo de grande importância para a manutenção dos ecossistemas. O ciclo dos elementos químicos entre o meio biótico e o meio abiótico geofísico é denominado ciclo biogeoquímico. Qualquer alteração no ciclo pode provocar profundo desequilíbrio nos ecossistemas presentes. Estudaremos os ciclos dos elementos essenciais, como a água, o carbono, o oxigênio, o nitrogênio, o fósforo, o enxofre e o mercúrio. 4.5.1. O ciclo da água (H2O) A água é a substância mais abundante na biosfera, sendo encontrada nos estados sólido, líquido e gasoso. O volume total de água em seus três estados físicos é estimado em aproximadamente 1,5 bilhão de quilômetros cúbicos. A água presente nos corpos hídricos, como mares, rios e lagos, e na superfície dos solos sofre um processo de evaporação pela ação da radiação solar, passando à atmosfera sob a forma de vapor. Este, sofrendo resfriamento, condensa-se na forma de nuvens. A água é então devolvida a superfície terrestre na forma de chuvas, neblina, neve ou granizo. No solo, a água pode “infiltrar-se” pelos. poros do terreno, onde, além de abastecer o lençol freático, fica disponível para as plantas. A água de precipitação pode também escoar sobre a superfície do solo, abastecendo os corpos hídricos. Parte desta água pode também evaporar na superfície do solo. As plantas aceleram a renovação da água por meio de seu ciclo biogeoquímico, devido ao aumento da área de evaporação através da superfície foliar causado pela transpiração que ocorre nos estômatos das folhas, fenômeno conhecido como evapotranspiração. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Aproximadamente 1% da água encontrada na biosfera participa de maneira ativa dos processos metabólicos dos seres vivos, visto que 97% localizam-se nos oceanos e pouco mais de 2% nas geleiras. A água corresponde aproximadamente a 65% do peso de um homem, chegando a organismos, como a água-viva, a 98% de seu peso. A água é essencial para o metabolismo dos seres vivos, assumindo papel fundamental na manutenção do turgor dos vegetais e também como veículo para o transporte de substâncias inorgânicas que constituem sua seiva bruta. As plantas absorvem a água através de suas raízes, e os seres consumidores podem ingeri-la diretamente ou através do consumo de plantas e outros animais em seus processos nutricionais. Os organismos vivos eliminam a água para o meio ambiente através da respiração e da transpiração. Os seres consumidores também eliminam água através de seu sistema digestivo e urinário. A água que é incorporada em seus tecidos retorna ao meio ambiente pela ação dos seres decompositores. (Figura 4.7).
  • 19. Figura 4.7. Ciclo da água. 4.5.2. O ciclo do carbono (C) O carbono é o componente fundamental da matéria orgânica, sendo o constituinte básico de todos os organismos vivos. O carbono utilizado pelos seres vivos encontra-se associado ao oxigênio, na forma de gás carbônico (CO2), presente na atmosfera ou dissolvido nas águas. Os seres autótrofos captam o gás carbônico do ar atmosférico, utilizando-o na produção de matéria orgânica que será consumida e incorporada aos tecidos dos seres heterótrofos ao longo da cadeia alimentar. A oxidação de matéria orgânica, através dos processos respiratórios dos seres vivos, libera parte do carbono assimilado na forma de gás carbônico. A matéria orgânica das plantas e animais mortos é utilizada como alimento pelos microrganismos decompositores, possibilitando o retorno do carbono, também na forma de gás carbônico, para o meio. O fato das concentrações de carbono permanecerem constantes na atmosfera indica um equilíbrio dinâmico entre síntese e degradação de compostos orgânicos, ou seja, entre os processos de fotossíntese e respiração. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Algumas vezes, a matéria orgânica pode não ser totalmente degradada pelos seres decompositores, permanecendo armazenada no subsolo na forma de depósitos fósseis, como carvão e petróleo. No período carbonífero, em remotas eras geológicas, a atmosfera rica em gás carbônico possibilitou a existência de flora e fauna abundantes, com a conseqüente formação de grandes reservas fósseis. O homem, pela queima crescente destes combustíveis fósseis, vem aumentando a quantidade do gás carbônico atmosférico, podendo levar às conseqüências indesejáveis do efeito estufa. Os grandes reservatórios de carbono são representados pelos carbonatos presentes na hidrosfera e litosfera. Estes não participam do ciclo ativo do carbono, apenas contribuindo com grandes quantidades de gás carbônico que é lançado à atmosfera por ocasião das erupções vulcânicas. O carbono também é utilizado na formação da estrutura das conchas, que, após a morte do ser, passa a integrar o depósito calcário (Figura 4.8).
  • 20. Figura 4.8. Ciclo do carbono. 4.5.3. O ciclo do oxigênio (O2) O oxigênio é um importante elemento comburente nos processos energéticos do metabolismo dos seres vivos. Este elemento é encontrado na forma gasosa (O2), na atmosfera ou dissolvido nas águas associado ao carbono, constituindo o gás carbônico, ou ainda associado ao hidrogênio na forma de água. O oxigênio constitui cerca de 21% da composição do ar atmosférico, sendo constantemente renovado através dos processos fotossintéticos. Nas águas, apresenta concentrações variáveis, de acordo com as diferentes condições de pressão e temperatura. O oxigênio atmosférico, ou o dissolvido nas águas, é absorvido pelas plantas, por difusão, através dos estômatos de suas folhas, e pelos animais, assimilado por via pulmonar, traqueal, fito traqueal, branquial ou por difusão. Este processo, conhecido como respiração, consiste na óxido- redução de matéria orgânica, liberando gás carbônico, água e energia. C6 H12 O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energia (glicose) Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva O oxigênio fixado associa-se a átomos de hidrogênio formando moléculas de água, que podem fornecer hidrogênio e oxigênio para a síntese de matéria orgânica, ou ser eliminada pela transpiração, excreção ou respiração dos seres vivos. O oxigênio que compõe a matéria orgânica é liberado para o meio, como água e gás carbônico, nos processos de queima de matéria orgânica, como respiração e decomposição. A água utilizada nos processos fotossintéticos tem suas moléculas quebradas, passando o hidrogênio a fazer parte da matéria orgânica sintetizada, com a liberação do oxigênio para o meio ambiente. Como vimos, o metabolismo dos seres vivos promove uma troca constante dos átomos de oxigênio entre as
  • 21. moléculas de oxigênio, gás carbônico e água, levando a um íntimo relacionamento entre os ciclos do oxigênio e do carbono. (Figura 4.9). Figura 4.9. Ciclo do oxigênio. 4.5.4. O ciclo do nitrogênio (N2) O nitrogênio faz parte da composição das moléculas de proteínas e bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos, sendo indispensável à continuidade da vida. O nitrogênio na forma molecular (N2) constitui cerca de 78% da composição do ar atmosférico. Embora presente em grandes quantidades, é difícil sua assimilação pela maioria dos seres vivos. Desta maneira, o nitrogênio molecular (N2) penetra nos seres pela atividade respiratória e retorna ao meio sem tomar parte nos processos biológicos. O nitrogênio atmosférico ou dissolvido em água pode ser fixado por bactérias simbiônticas, como as do gênero rhizobium, que vivem em nódulos das raízes de plantas leguminosas, como amendoim, feijão, soja; por bactérias de vida livre no solo, como as do gênero azotobacter (aerábias), clostridium (anaeróbias) e rhodospirilum (fotossintetizantes) e, por algas cianoficias dos gêneros anabaena e nostoc, que vivem na água ou em solos encharcados. Estes seres fixam o nitrogênio molecular (N2) transformando-o em compostos orgânicos nitrogenados que são convertidos por ocasião de sua morte, em íons nitratos (NO3), através de um processo denominado nitrificação. Estes, solúveis em água, são então absorvidos pelos vegetais e utilizados na síntese dos compostos orgânicos nitrogenados, que chega aos consumidores ao longo da cadeia alimentar. A matéria orgânica dos organismos vivos, por ocasião de sua morte, é degradada pelos microrganismos decompositores que transformam as proteínas e aminoácidos em amônia (NH3). Estes microrganismos atuam também sobre os excretos nitrogenados, subprodutos do metabolismo dos seres consumidores, como amônia, ácido úrico e uréia. Este processo é denominado amonificação.
  • 22. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva A amônia é então transformada em nitratos (NO3) por ação das bactérias nitrificantes. Este processo é realizado em duas etapas. Inicialmente as bactérias quimiossintetizantes do gênero nitrossomonas transformam amônia em nitritos NO2-, em um processo denominado nitrosação: amônia + O2 nitritos + H2O + energia (NH3) (NO3-) Nitrosação Os nitritos são tóxicos para as plantas, acumulando-se muito raramente no solo. A seguir, são transformados em nitratos pelas bactérias quimiossintetizantes do gênero nitrobacter em um processo conhecido como nitratação. Estes nitratos podem ser utilizados diretamente pelas plantas. nitritos + O2 nitratos + energia As bactérias desnitrificantes ou denitrificantes, como as do gênero pseudomonasdenitrificantes, transformam a amônia (NH3) ou os nitratos (NO3-) em nitrogênio molecular (N2), possibilitando seu retorno à atmosfera. Este processo é mais intenso em condições anaeróbias. A fixação do nitrogênio molecular pelas bactérias de vida livre é de aproximadamente 4 a 6 kg por hectare ao ano. As bactérias simbiônticas fixam uma quantidade muito maior, cerca de 350 kg por hectare ao ano. Este fato faz com que os agricultores utilizem as leguminosas como adubo verde. Após a colheita dos grãos, estes vegetais são enterrados, fornecendo grandes quantidades de compostos nitrogenados para o solo, aumentando sua produtividade. O nitrogênio também é fixado, em menor escala, por fenômenos físicos ionizantes, como relâmpagos, que fornecem a energia necessária para a realização do processo. O nitrogênio reage com o oxigênio atmosférico formando óxidos que a seguir são transformados em nitritos e nitratos. (Figura 4.10).
  • 23. Figura 4.10. Ciclo do nitrogênio. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva Pelo crescente cultivo de plantas leguminosas, assim como em decorrência da fabricação de adubos químicos, o homem vem aumentando as quantidades de nitrogênio atmosférico fixadas de tal maneira que esta etapa do ciclo vem excedendo a etapa de desnitrificação. O acúmulo de substâncias nitrogenadas no solo pode levar a um comprometimento dos corpos hídricos, decorrente da proliferação excessiva de algas, que, além de competirem com outros seres aquáticos pelo oxigênio disponível, podem liberar substâncias tóxicas ocasionando a mortandade de muitos seres. 4.5.5. O ciclo do fósforo (P) O fósforo é um importante elemento integrante da estrutura dos ácidos nucléicos. As reservas de fósforo se constituem nas rochas fosfatadas originadas em remotas eras geológicas. Por ação de intemperismos, estas rochas são desagregadas, fornecendo fosfatos que serão utilizados pelos seres produtores, ficando disponíveis para os seres consumidores ao longo da cadeia alimentar. Por ocasião da morte das plantas e animais os seres decompositores degradam a matéria orgânica liberando o fósforo na forma de fosfato assimilável pelos seres autótrofos. Parte do fósforo é depositado nos oceanos em decorrência da erosão e apenas uma parte é reciclada pelo consumo de seres aquáticos. A erosão acelerada e o processamento das rochas fosfatadas pelas indústrias de fertilizantes vêm ocasionando granes perdas deste mineral nos sedimentos oceânicos profundos. Nos locais onde ocorrem ressurgências das águas oceânicas, como no Pacífico, às costas do Peru, este nutriente volta a fertilizar o ciclo continental através dos excrementos das aves (guano) e dos cadáveres de seres aquáticos. O excesso de fósforo nos corpos hídricos também ocasiona uma indesejável proliferação de algas (Figura 4.1).
  • 24. Figura 4.1. Ciclo do fósforo. 4.5.6. O ciclo do enxofre (S) O enxofre, encontrado nas rochas, nos sedimentos e em menor quantidade na atmosfera, é um elemento constituinte de certos aminoácidos, sendo assimilado pelos seres autótrofos na forma de sulfatos (SO4). Na crosta terrestre os microrganismos oxidam o enxofre, tornando-o disponível para os organismos autótrofos. Grandes quantidades de enxofre são introduzidas na biosfera, em decorrência de atividades vulcânicas. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva O enxofre assume um papel importante na recuperação do fósforo. Quando se formam sulfetos de ferro nos sedimentos, o fósforo é transformado em sua forma solúvel, podendo ser então assimilado pelos organismos vivos. A queima de combustíveis fósseis vem aumentando as quantidades de dióxido de enxofre (SO2), componente transitório do ciclo. Este, altamente tóxico, destrói os tecidos vegetais, comprometendo o processo fotossintético (Figura 4.12). Figura 4.12. Ciclo do enxofre. 4.5.7. O ciclo do mercúrio (Hg) A incorporação do mercúrio nos seres vivos ocorre por via respiratória, cutânea e por ingestão direta. O mercúrio está presente em todas as partes da
  • 25. biosfera, sendo facilmente absorvido na forma de sulfato, e pode ser transformado pela ação de bactéria em metil e dimetil mercúrio. O mercúrio é altamente prejudicial aos seres vivos, podendo causar doenças patogênicas. O mercúrio é transmitido ao longo da cadeia alimentar, sendo devolvido ao meio por ocasião da morte do ser vivo. (Figura 4.13). Figura 4.13. Ciclo do mercúrio. 5. O ECOSSISTEMA DO AR – A ATMOSFERA 5.1. INTRODUÇÃO A atmosfera – ou ar, como é conhecida – é um composto gasoso com mais de mil quilômetros de espessura que envolve o globo terrestre. A ação que a força da gravidade exerce sobe suas moléculas assegura a presença constante deste invólucro de vital importância para a sobrevivência do homem na Terra. 5.2. COMPONENTES DO AR No século XVII, cientistas descobriram que o ar não era um único elemento gasoso, mas um conjunto de vários gases. A presença de determinados elementos na composição do ar foi constatada pela primeira vez pelo químico francês Antoine Laurent Lavoisier, no final do século XVIII. Estudos realizados no final do século passado por cientistas ingleses levaram à descoberta da presença de gases nobres na composição do ar, mas, foi somente com o advento de balões-onda e satélites meteorológicos, já no século X, que a atmosfera pode ser estudada com maior precisão. Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva A composição do ar atmosférico ao longo das eras foi caracterizada por grandes transformações; contudo, devido à lentidão destas, podemos considerar que a concentração da maioria de seus gases se mantém praticamente constante em equilíbrio dinâmico em nossa era. Até os 100 km de altitude, são encontradas quantidades proporcionais em volume de nitrogênio (78%), oxigênio (21%) e argônio (0,93%), além de outros gases em menores concentrações. O gás carbônico (C02) é encontrado em uma concentração média de 0,033%, variando de 0,01 a 0,1% de acordo com as variações de emissão natural que ocorrem em diferentes regiões da superfície do planeta. Na atmosfera terrestre também encontramos uma certa quantidade de material particulado, como poeira cósmica, e vapor de água em quantidades variáveis de 0 a
  • 26. 4% em função da evaporação das águas superficiais, evapotranspiração dos vegetais e respiração biológica. 5.3. PRINCIPAIS COMPONENTES ATMOSFÉRICOS Entre os componentes atmosféricos essenciais para a sobrevivência dos seres vivos merece especial destaque o oxigênio (O2) e o gás carbônico (CO2), devido aos desequilíbrios ecológicos decorrentes de alterações em suas concentrações como resultado da atividade humana. 5.3.1. O oxigênio (O2) Na formação da Terra, há cerca de 4,6 bilhões de anos, a atmosfera era composta basicamente de metano (CH4), amônia (NH3), vapor de água e hidrogênio (H). O oxigênio só surgiu há aproximadamente 2,4 bilhões de anos, como subproduto da fotossíntese de organismos anaeróbios. Este gás, então nocivo para os seres primitivos, foi de vital importância para a evolução biológica. As radiações ultravioletas, nocivas à vida, tiveram seus efeitos atenuados a partir da formação do oxigênio atmosférico, possibilitando um maior desenvolvimento dos seres vivos. Nas camadas atmosféricas superiores, a molécula de oxigênio por ação dos raios ultravioleta, é decomposta em sua forma atômica, que reagindo com o oxigênio molecular produz o ozônio (O3). A camada de ozônio formada constitui uma barreira às radiações ultravioleta nocivas, diminuindo sua incidência na superfície terrestre. Com a formação do oxigênio atmosférico, os seres primitivos foram desenvolvendo mecanismos contra a ação letal deste gás, possibilitando o aparecimento de seres aeróbios. Como o oxigênio utilizado no processo respiratório possibilita um grande aproveitamento energético da matéria orgânica, a vida pode evoluir para sua forma mais complexa e superior. Vimos então que o oxigênio presente no ar atmosférico originou-se de atividades fotossintéticas de seres autótrofos primitivos e, como resultado da evolução biológica, as quantidades de oxigênio atmosférico foram aumentando, atingindo, há aproximadamente 20 milhões de anos, níveis de concentração próximos aos atuais. 5.3.2. O gás carbônico (CO2) O gás carbônico origina-se, principalmente, durante a queima de matéria orgânica. Os processos de respiração biológica "queimam" compostos orgânicos na presença de oxigênio, liberando gás carbônico, água e energia. O gás carbônico é então utilizado pelos organismos autótrofos como matéria-prima na síntese de compostos orgânicos através de suas atividades fotossintéticas. É fundamental então a participação do gás carbônico na produção do oxigênio atmosférico através dos seres fotossintetizantes. O gás carbônico também contribui para o equilíbrio térmico do planeta, retendo as radiações infravermelhas do sol entre o solo e a atmosfera, evitando a perda de calor para o espaço e o conseqüente resfriamento excessivo do planeta, tornando possível a vida na Terra.