Metodologia Científica em Ecologia

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Aula sobre a construção do método científico usando exemplos de pesquisa em Ecologia.

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  • O que é método científico? [alguém já ouviu essa expressão, sabe o que significa?] // Lembrar que já aprenderam a diferenciar fatos de hipóteses – pedir que expliquem.
  • É quase certo que após algum tempo observando a partida e depois de vários palpites errados, o visitante extraterrestre fosse capaz de compreender a maior parte das regras do nosso futebol.
  • Outra hipótese: por causa de competição intraespecífica, os peixes são mais rápidos ao capturar suas presas quando em grupo do que quando sozinhos, sem competidores.
  • Outra hipótese: na ausência de competidores, os peixes podem dar-se ao luxo de despender mais tempo escolhendo a presa que lhe pareça mais viável.
  • Importante escolher a forma como os dados serão coletados e analisados.
  • Exemplo de artigo em ecologia: http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.0060300
  • Discutir o uso coloquial da palavra “teoria”, que remonta à ideia de ausência de provas, de falibilidade etc.
  • Ex. de fatos: a dureza do ferro, o número de costelas no corpo do esquilo, a existência de fósseis de dinossauros // LEI: (“menos que teoria”): explica de forma simples e concisa (geralmente enunciada de forma matemática) um fato bem estabelecido, com hipóteses amplamente testadas e validadas. Mais comum em física e química que em biologia.
  • A- os cientistas desenvolveram conhecimento suficiente sobre radiação de forma a possibilitar o desenvolvimento do aparelho de microondas; b- ornitólogo usa observação, anotações, anilhas...
  • Cientistas podem se apaixonar por suas hipóteses, mesmo que os dados não as sustentem. Mas essa informação será testada, em algum momento, por outros cientistas e pode cair por terr se não for bem substanciada.
  • Modelo: serve para ilustrar a observação que a interação entre duas espécies tende a gerar oscilações (as presas aumentam na ausência de predadores. A abundância de presas leva à abundância de predadores). No modelo: as presas estão simbolizadas em azul, e seu máximo antecede o do predador.
  • Uma questão que pode surgir [a partir do exemplo das lapas]...
  • Está ilustrado, para cada nível, se o controle é previsto ser de baixo para cima (B) ou de cima para baixo (T) e se as dinâmicas populacionais são determinadas principalmente por competição ou predação
  • Em situações de redução de salinidade, inseto preda mais o zooplâncton, o que resulta em aumento de fitoplâncton. Assim, os herbívoros estão sujeitos ao controle de cima para baixo e os carnívoros ao controle de baixo para cima.
  • Necessitamos de respostas para determinar, por exemplo, se algumas comunidades são mais frágeis e necessitam de maiores cuidados de conservação ambiental.
  • Metodologia Científica em Ecologia

    1. 1. O que é o método científico? <ul><li>Observar fenômenos, interpretar fatos e levantar hipóteses fazem parte do método científico. </li></ul>
    2. 2. ET assistindo jogo de futebol
    3. 3. O ET e o cientista
    4. 4. Hipóteses e previsões <ul><li>A partir de uma hipótese, podemos gerar previsões (se... então...). </li></ul><ul><li>Essas previsões direcionam a coleta de dados na pesquisa científica. </li></ul>
    5. 5. Um exemplo: observação de comportamento de predação <ul><li>Predador: o esgana-gata ( Gasterosteus aculeatus ) é um peixe nativo do norte da Europa, norte da Ásia e América do norte. </li></ul><ul><li>Presa: a pulga d’água ( Daphnia sp.) é um pequeno (0.2 a 5 mm) crustáceo aquático. </li></ul>
    6. 6. 1- Tempo até primeira predação <ul><li>Situação A : 2 peixes em um tanque com daphnias </li></ul><ul><li>=> primeira predação em 21.3 s </li></ul><ul><li>=> períodos sem movimentação num intervalo de 10 min (6s, 2s, 10s, 4s, 8s, 11s) </li></ul><ul><li>Situação B : 4 peixes em um tanque com daphnias. </li></ul><ul><li>=> primeira predação em 16 s </li></ul><ul><li>=> períodos sem movimentação num intervalo de 10 min (4s, 2s, 3s, 8s, 3s, 6s, 4s) </li></ul>
    7. 7. 1- Tempo até primeira predação <ul><li>Situação C : 1 peixe em um tanque com daphnias </li></ul><ul><li>=> primeira predação em 42.5 s </li></ul><ul><li>=> períodos sem movimentação num intervalo de 10 min (14s, 3s, 3s, 12s, 2s, 21s) </li></ul><ul><li>Situação D : 10 peixes em um tanque com daphnias </li></ul><ul><li>=> primeira predação em 8 s </li></ul><ul><li>=> períodos sem movimentação num intervalo de 10 min (4s, 3s, 6s, 10s, 2s, 2s, 5s) </li></ul>
    8. 8. 1- tempo até primeira predação <ul><li>Avaliação preliminar (busca de um padrão): </li></ul><ul><li>a primeira captura ocorre mais rapidamente quando há mais peixes no tanque (1 peixe = 42,5s; 2 peixes = 21,3s; 4 peixes = 16s; 10 peixes = 8s) </li></ul><ul><li>o tempo sem mobilidade tende a ser maior quando há menos peixes no tanque (1 peixe = 55s; 2 peixes = 41s; 4 peixes = 30s; 10 peixes = 32s ) </li></ul>
    9. 9. 1- tempo até primeira predação <ul><li>Observação: O tempo para a primeira predação tende a ser menor quando mais peixes estão no tanque. </li></ul><ul><li>Hipótese: Em grupo, os peixes sentem-se mais seguros e gastam menos tempo vigilantes contra predadores, sobrando mais tempo para partirem para predação. </li></ul><ul><li>Previsão: A taxa de alimentação individual irá aumentar quanto maior for o número de peixes no tanque. </li></ul>
    10. 10. 1- tempo até primeira predação <ul><li>Observação: A quantidade de tempo sem movimentação na água tende a diminuir quando mais peixes estão no tanque. </li></ul><ul><li>Hipótese: Ausência de movimento reflete vigilância contra predadores. Em grupo, os peixes sentem-se mais seguros e gastam menos tempo vigilantes. </li></ul><ul><li>Previsão: O tempo sem movimento irá diminuir em grupos mais numerosos de peixes, mas irá aumentar para grupos de qualquer número se os peixes forem alarmados. </li></ul>
    11. 11. 2- Número e tamanho das presas <ul><li>Um peixe sozinho no tanque por 5 min: </li></ul><ul><li>peixe A: capturou 1 daphnia gde, 4 médias e 1 peq </li></ul><ul><li>peixe B: capturou 4 pequenas </li></ul><ul><li>peixe C: capturou 2 médias e 1 pequena </li></ul><ul><li>peixe D: capturou 5 pequenas </li></ul><ul><li>peixe E: capturou 4 médias </li></ul><ul><li>peixe F (particularmente grande): capturou 6 grandes e 4 médias </li></ul>
    12. 12. 2- Número e tamanho das presas <ul><li>Avaliação preliminar (busca de um padrão): </li></ul><ul><li>há variação no número e tamanho das presas capturadas </li></ul><ul><li>peixes maiores capturam presas maiores? </li></ul>
    13. 13. 2- Número e tamanho das presas <ul><li>Observação: O peixe maior capturou daphnias maiores que os demais peixes observados. </li></ul><ul><li>Hipótese: O tamanho corpóreo do predador influi no tamanho da presa considerada mais viável (+ energia conseguida por tempo despendido na predação). </li></ul><ul><li>Previsão: Tendo chance, os peixes vão capturar as presas mais viáveis. A viabilidade da presa irá correlacionar-se diretamente ao tamanho do predador. </li></ul>
    14. 14. Previsões => teste <ul><li>“planejar” o experimento: </li></ul><ul><li>Dividir em grupos experimentais para comparação – ex. A: grupo 1= peixes alarmados e grupo 2 = peixes não alarmados; ex. B: grupo 1 = peixes que comem presas pequenas, grupo 2 = presas médias, grupo 3 = presas grandes </li></ul><ul><li>Mensurar as variáveis – ex: como medir os períodos sem movimento? </li></ul><ul><li>Escolha de intervenções similares à situação natural – ex.: como escolher o estímulo de alarme a ser usado no experimento? </li></ul>
    15. 15. Processo científico <ul><li>As previsões derivadas de hipóteses direcionam o delineamento de experimentos para testar as hipóteses; </li></ul><ul><li>Como resultado do teste, as hipóteses podem ser rejeitadas, provisoriamente aceitas ou modificadas a fim de gerar outras hipóteses testáveis; </li></ul><ul><li>Os resultados e conclusões são apresentados em comunicações científicas . </li></ul>
    16. 16. Comunicações científicas <ul><li>Oral: congressos, simpósios, conferências; </li></ul><ul><li>Escrita: artigo científico publicado em periódico com revisão por pares – 5 sessões principais que reproduzem os passos da pesquisa. </li></ul><ul><li>=> Dados não são apresentados brutos, mas sim sintetizados sob a forma de gráficos, tabelas e resultados de análises estatísticas. </li></ul>
    17. 17. De onde surgem as perguntas em ciência? <ul><li>curiosidade; </li></ul><ul><li>observação casual; </li></ul><ul><li>observação exploratória (quando já se tem uma hipótese em mente); </li></ul><ul><li>estudos prévios. </li></ul>
    18. 18. O conhecimento científico muda <ul><li>novas descobertas; </li></ul><ul><li>desenvolvimento de novos conceitos e teorias. </li></ul><ul><li>=> As teorias são as melhores explicações que temos em determinado momento sobre certo conjunto de fenômenos. Portanto, as “verdades” em ciência são provisórias. </li></ul>
    19. 19. Fato – Hipótese – Teoria <ul><li>Fato: uma verdade conhecida por experiência ou observação; </li></ul><ul><li>Hipótese: uma proposição testável que procura explicar a ocorrência de um ou mais fenômenos; </li></ul><ul><li>Teoria: um conjunto coerente de proposições que explica uma classe de fenômenos. É suportada por conjunto de evidências e pode ser usada para prever observações futuras. </li></ul>
    20. 20. O que a ciência não é <ul><li>Não é certeza e não é verdade. </li></ul><ul><li>Não é tecnologia: </li></ul><ul><ul><li>gera conhecimento (esse pode ou não virar tecnologia); </li></ul></ul><ul><ul><li>pode ou não usar tecnologia na pesquisa. </li></ul></ul>
    21. 21. Falhas no método científico? <ul><li>Cientistas são seres humanos: medos, “crenças”, interesses pessoais etc. – dados fraudados, dados guardados etc. </li></ul><ul><li>Mas será que o fato de o cientista ser falível torna a ciência falível? – a longo prazo não. </li></ul>
    22. 22. Artigo de Stanley Temple (Science,1977) <ul><li>Calvária : árvore nas Ilhas Maurício; maior população = 13 indivíduos com + de 300 anos de idade; semente com casca muito grossa. </li></ul><ul><li>Dodô : pássaro extinto em 1680. Moela muito poderosa seria capaz de triturar casca dessa semente. </li></ul>Hipótese : extinção do dodô teria impedido a germinação de novos indivíduos de calvária, condenando mais uma espécie à extinção.
    23. 23. <ul><li>Mas... </li></ul><ul><li>trabalhos publicados em 1941 e 1946: </li></ul><ul><li>as sementes da Calvaria germinam mesmo sem abrasão na sua casca, pois racha após tempo no solo; </li></ul><ul><li>dodôs comiam mesmo sementes de calvária?; </li></ul><ul><li>em 1991, novo censo populacional apontou maior número de calvárias. </li></ul><ul><li>Experimento realizado por Temple: </li></ul><ul><li>17 sementes ingeridas por perus = 3 sementes que germinaram </li></ul><ul><li>PROBLEMAS: </li></ul><ul><li>não colocou 17 sementes no solo diretamente; </li></ul><ul><li>perus esmagaram 40% das sementes, mas dodôs eram 3 vezes maiores. </li></ul>Uma hipótese nada vale se os fatos não a sustentarem.
    24. 24. Modelo: ciclo predador-presa <ul><li>Densidade das populações de lebre (presa) e lince (predador) => censo indireto por meio do no. de peles vendidas por caçadores a uma companhia de peles em Hudson Bay, no Canadá. </li></ul>
    25. 25. Teias alimentares <ul><li>nenhum par de predador-presa ou parasita-hospedeiro existe isoladamente => teia complexa de interações tróficas. </li></ul><ul><li>há efeitos diretos e indiretos que uma espécie pode ter sobre outras do mesmo ou de outros níveis tróficos => como estudar isso? </li></ul>
    26. 26. Intervenção em sistema natural <ul><ul><li>uma forma é introduzir ou remover espécies. </li></ul></ul><ul><ul><li>estudo conduzido por 2 anos em comunidade na costa NE dos EUA => exclusão das aves e avaliação da variação em abundância de lapas, cracas, mexilhões e algas. </li></ul></ul>
    27. 27. Intervenção em sistema natural <ul><li>aves </li></ul><ul><li>lapas </li></ul><ul><li>algas </li></ul><ul><li>L. digitalis ocorre sobre cracas suavemente coloridas (camuflagem); </li></ul><ul><li>L. pelta ocorre sobre mexilhões; </li></ul><ul><li>cracas X mexilhões </li></ul><ul><li>cracas X algas </li></ul>cracas
    28. 28. Controle de teias alimentares <ul><li>As teias alimentares são controladas de baixo para cima ou de cima para baixo? </li></ul><ul><li>baixo para cima: concentração de nutrientes, disponibilidade de presa; </li></ul><ul><li>cima para baixo: no. de predadores controlando o no. de presas. </li></ul><ul><li>Como analisar isso? </li></ul>
    29. 29. Controle de teias alimentares <ul><li>=> situação hipotética: comunidades com 1, 2, 3 e 4 níveis tróficos </li></ul>=> teste: escolha de bons modelos no ambiente natural
    30. 30. Modelo de sistema com 3 níveis tróficos <ul><li>Great Salt Lake, EUA: </li></ul><ul><li>fitoplâncton </li></ul><ul><li>zooplâncton ( Artemia sp.) </li></ul><ul><li>inseto predador ( Trichorixa verticalis ) </li></ul>
    31. 31. Previsão (se... então...) <ul><li>se o padrão é continuado, espera-se que em uma sistema de 4 níveis tróficos: </li></ul><ul><li>produtores e carnívoros 1arios. sejam limitados de cima para baixo; </li></ul><ul><li>herbívoros e carnívoros 2arios. sejam limitados de baixo para cima. </li></ul>
    32. 32. Modelos com 4 níveis tróficos
    33. 33. (Algumas) novas perguntas <ul><li>De todas as teias alimentares imagináveis na natureza, existem tipos particulares que nós tendemos a observar repetidamente? </li></ul><ul><li>As teias alimentares reais têm propriedades particulares? </li></ul><ul><li>Algumas estruturas de teias alimentares são mais estáveis do que outras? </li></ul>

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