Este documento discute os principais conceitos da ecologia de populações, comunidades e ecossistemas. Ele explica o que são populações, comunidades e ecossistemas e como a ecologia estuda cada um desses níveis de organização biológica, com foco nos fatores que afetam o tamanho populacional, as interações entre espécies e o fluxo de energia.

1. Ecologia de Populações
Prof. Dr. Harold Gordon Fowler
pecologia@hotmail.com

2. A Ciências da Biologia e
Ecologia
A biologia e a ecologia
estudam a vida.
Os biólogos e ecólogos
tentem entender:
– A origem da
diversidade da vida.
– Como os organismos
realizam os processos
básicos da vida.
– Como os organismos são
capazes de habitar
ambientes distintos.

3. A Biologia e Ecologia são
multidimensionais
Célula
Tecido Esse arranjo é um exemplo de qual
Órgão dimensão?
Sistema de Órgãos Níveis de Organização
Organismo
Quais campos de biologia estão em
População
Comunidade cada extremo?
Ecossistema
Bioquímica e Biofísica

4. Complexidade e Organização
Hierárquica
Novas características podem aparecer
em qualquer nível de organização –
propriedades emergentes.
As propriedades emergentes dependem
das características dos níveis
hierárquicos inferiores – em parte.
– O desenvolvimento da fala precisa da
audição.
– Mas, várias idiomas diferentes evoluíram.

5. Os níveis da hierarquia da vida
A vida ocorre em níveis:
Do átomo até a
molécula até a
célula até os
tecidos até aos
–órgãos até o
organismo…

6. Os níveis da hierarquia da vida
… e do organismo
até a população
até a comunidade
até o ecossistema
até a biosfera.
A ecologia lida com esses níveis, do
organismo até a biosfera.
Figure 5.7

7. Escalas da Organização Ecológica
Biosfera
Ecossistema
Comunidade
População
Organismo

8. Níveis de Organização
sub-organismo
organismo inteiro
população
comunidade
ecossistema
paisagem

9. Níveis ecológicos numa recife de corais
Organismo População Comunidade Ecossistema

10. HIERARQUIA DOS NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO
Níveis de organização

11. Níveis de Organização
sub-organismo
organismo inteiro
população
comunidade
ecossistema
paisagem

12. Sistema de órgãos: ramo com brotas, pecíolos, folhas
http://oregonstate.edu/dept/ldplants/images/acru6.jpg

13. Órgão: uma folha
pecíolo
http://canada.culminis.com/canada/Silver%20Maple%20Leaf.JPG

14. Tecidos: epiderme, mesófilos, xilema, floema
epiderme
janela, lente
Mesófila paliçada
http://gecko.gc.maricopa.edu/~lsola/Leaf/Leafxs.jpg
fotossíntese
xilema
water and mineral intake
floema
Exportação de açúcares e ácidos
aminos
mesófila esponjosa
Esfriamento evaporativo (fotossínteses)
epiderme
Regula perda de água e troca de gases

15. Célula: a mesófila protoplasma
Membrana
celular
importação/
exportação
cloroplasto
fotossíntese
núcleo
vacúolo transcrição
Processamento de replicação
tóxicos
citosol
Fermentação
http://www.botany.wisc.edu/images/mesophyll-protoplast_lg.jpg

16. Organelles:
reticulo
endoplasmático
transporte interno
http://www.tmd.ac.jp/artsci/biol/textbook/nucleus.gif
núcleo
transcrição, replicação
DNA
granulo de
zimogênio
rmazen enzimas e proteínas
mitocôndria
respiração

17. Macromolecular: DNA
Açúcar ribosa
(verde branco)
fosfato
(amarelo vermelho)
http://sbchem.sunysb.edu/msl/dna.gif
Bases nitrogenadas
(azul verde branco vermelho)

18. Níveis de organização
Biosfera
Organismo
(peixe)
População
Comunidade
Organismo – nível mais simples de
organização

19. Ecologia de Organismos
De que se trata essa área da
ecologia?
Lida com as maneiras morfológicas,
fisiológicas e de comportamento pelas
quais os organismos enfrentem os
desafios do ambiente.
A distribuição geográfica dos
organismos é freqüentemente limitada
pelas condições abióticas que podem
tolerar.

20. Ecologia de Organismos
– Trata das adaptações evolutivos que
permitam organismos individuais enfrentar os
desafios do ambiente abiótico

21. Ecologia de Organismos
– Estuda como a estrutura, fisiologia, e
(para os animais) comportamento de um
organismo enfrentam os desafios do
ambiente
Ecologia de organismos.
Como as baleias selecionam
as áreas de berçários?

22. Organismos (=Indivíduos)
Os organismos são classificados em espécies.
espécies: grupos de organismos que se assemelhem, e
nos casos dos organismos que reproduzem
sexualmente e podem potencialmente cruzar.
Estimativas de 5 a 100 milhões de espécies, a maior
parte são insetos e micro-organismos; mas somente
1.8 milhões tem nomes; cada espécie e o resultado de
uma historia evolutiva longa.
Espécies silvestres ou nativas: população que existe
no seu habitat natural.
Espécies domesticadas ou introduzidas: população
introduzida pela ação do Homem (= espécies não
nativas).

23. Organismo: uma árvore
Por que essa
árvore é
muito
diferente de
aqueles
http://www.oplin.org/tree/fact%20pages/maple_sugar/tree.jpg
indivíduos
de uma
população?

24. Indivíduos Vegetais
“Individuo” – plantas
distintivamente
separadas (unitárias)
ou interconectadas
entre indivíduos
relacionados
geneticamente
(modulares)

25. Indivíduos Vegetais
Genets – indivíduos
geneticamente
distintos
Ramets – indivíduos
fisiologicamente
independentes mas
não formam
indivíduos
geneticamente
distintas

26. Indivíduos e Ecologia
Ecologia ao Nível do Indivíduo
“O estudo de sistemas ecológicas da
perspectiva de que os sistemas originam de
indivíduos únicos e independentes e as
interações dos indivíduos com outros e com
seu ambiente.”
Grimm e Railsback 2005, Individual-based
Modeling and Ecology.
Enfoque no nível de aptidão

28. Escala e Ecologia a Nível do
Indivíduo
Unidade é o ‘Individuo’
Como lidar com indivíduos com o
sensoriamento remoto?
Ajuste da escala do sensor com a escala
do indivíduo
escala espacial
escala temporal
escala característica

29. Níveis de Organização
sub-organismo
organismo inteiro
população – indivíduos da mesma
espécie
comunidade
ecossistema
paisagem

30. Níveis de organização
População – uma espécie que vive num lugar em
um tempo definido

31. Ecologia de Populações
– Se preocupa com as populações, ou grupos de
indivíduos da mesma espécie que vivem na
mesma área
– Enfoca principalmente os fatores que afeita a
densidade e crescimento populacional

32. Ecologia de Populações
O que é uma população?
Grupo de indivíduos da mesma espécie que
vivem na mesma área geográfica num tempo
específico.
Do que esse ramo de ecologia se preocupa?
Os fatores que afeita quantos indivíduos
(tamanho populacional) vivem numa área
num tempo específico.

33. Uma população de árvores--OK somente se há UMA espécie?

34. Níveis de Organização
sub-organismo
organismo inteiro
população
comunidade – espécies múltiplas
que se interagem (elementos
bióticos)
ecossistema
paisagem

35. Hierarquia das Interações
Ecologia de Comunidades
• Foco nas interações entre as espécies que afeita a
estrutura e organização de comunidades
• predação, competição, simbiose

36. Comunidade – Todas as populações de
espécies diferentes que vivem numa
localidade específica.
Muito complexo
Pode conter 100s a 1000s de espécies que
interagem.

37. Ecologia de Comunidades
– Se preocupa com comunidades, assembléias
de populações de espécies diferentes
– Enfoca nas interações entre as espécies
afeita a estrutura e organização da
comunidade

38. Comunidade florestal?
http://www.sfrc.ufl.edu/4h/blabea2s.jpg

39. Vivemos num mundo espacialmente heterogêneo.
Precisamos conhecer melhor as inter-relações entre
os sistemas ecológicos que podem proporcionar uma
base de uma regulação mais eficiente das
externalidades ambientais no contínuo de
tempo e espaço

40. O que é a ecologia de paisagens?
O padrão espacial tem
ligação aos processos
ecológicos
– Turner, Forman e Godron
Uma paisagem tem
– Estrutura
Mancha, corredor, mosaico
Tamanho, forma, configuração
espacial
– Função
Dinâmica populacional, ciclagem
de nutrientes, competição,
sucessão, processos físicos
– mudança
Mudança antropogenica
Mudança natural

41. Níveis de Organização
sub-organismo
organismo inteiro
população
comunidade
ecossistema – atributos bióticos e
abióticos
paisagem

42. Ecossistema

43. Hierarquia das Interações
Ecologia de Ecossistemas
• Todos os fatores abióticos e comunidade numa área
• Enfoque no fluxo de energia e o ciclagem de nutrientes

44. Ecologia dos Ecossistemas
– Se preocupa com os ecossistemas que incluem
todos os fatores abióticos em adição das
comunidades das espécies numa área
– Enfoca o fluxo de energia e o ciclagem dos
químicos entre os vários fatores bióticos e
abióticos

45. Ecossistema =
Biótopo (fatores abióticos)
+
Biocenose (seres vivos)

46. Ecossistemas
http://www.natureconservancy.ca/images/upload/ATLNB%20-
%20Saint%20John%20River%20Hardwood%20Forest%20-%20Aerial%20-
%20Communications%20NB%2072%20DPI%20RGB%20JPG.jpg

47. Ecossistema florestal: uma comunidade de árvores
O que são os diferentes cores e formas?
O que não vemos a essa distância?
http://www.usaid.gov/our_work/environment/forestry/images/panama_forest.jpg

48. Componentes do Ecossistema
 Substâncias Abióticas;
 Componentes Bióticos:
 Organismos Produtores (autótrofos);
 Organismos Consumidores (heterótrofos);
- Grandes Consumidores
- Decompositores

49. Jogadores Chaves nos
Ecossistemas
Autótrofos/ produtores: fabricam sua
própria comida via fotossíntese (plantas) ou
quimossintese (bactéria em trincheiras
termais usam H2S e CO2)
Heterótrofos/ consumidores: não podem
fabricar sua própria comida e se alimentam
de outros organismos ou seus restos.
– Ex: herbívoros, carnívoros, decompositores, etc.

50. Fluxo de Energia e Ciclagem de
Nutrientes
A vida na Terra
depende do
fluxo
unidirecional
de energia de
alta qualidade
do Sol e o
ciclagem de
elementos
cruciais

51. Fluxo de Energia
A fonte principal de energia na maioria dos
ecossistemas é o Sol

52. Ecossistemas
Ecossistemas
A energia é
transferida do SOL a
todos os organismos
Produtores Primários
Consumidores
Decompositores
A energia é PERDIDA
com cada transição

53. Fluxo de Energia nos Ecossistemas
A ENERGIA FLUI DE PRODUTORES PARA DECOMPOSITORES
Þ
UNIDIRECIONAL

54. Produtividade Primaria Bruta

55. Pirâmides Ecológicas
Representam o fluxo de energia num
ecossistema.
Tipicamente cada nível trófico tem uma
quantidade de Biomassa (peso seco de
matéria orgânica)
Eficiência ecológica- quantidade de
energia usável transferida como
biomassa. Usualmente 10% a cada
transferência.
As cadeias e redes tróficos contem
somente 4 a 5 níveis tróficos, porque
resta pouca energia para sustentar os
consumidores de topo

56. Pirâmide de Energia
Na natureza, a
eficiência
ecológica varia
de 5% a 20%
da energia
disponível entre
níveis tróficos
sucessivos (95%
a 80% de
perda). Uma
eficiência de
10% é uma
regra geral.

57. Outra Pirâmide de Energia
Pirâmide anual do fluxo de energia (quilocalorias por
metro quadrado por ano) para um ecossistema
aquático de Silver Springs, FL.
Note: Mais indivíduos podem ser sustentados
nos níveis tróficos inferiores porque menos
energia é perdida.

58. Pirâmides de Biomassa

59. Cadeias Tróficas
As cadeias tróficas são caminhos simples de alimentos
que envolvem uma seqüência de organismos, cada um
que serve de comida para ao próximo

60. Redes Tróficas
As redes tróficas
são cadeias tróficas
múltiplas que se
inter-ligam. Muito
mais complexas do
que as cadeias
tróficas.

61. Ecossistemas
NÍVEIS
TRÓFICOS
Redes Tróficas
SUPERIORES
Um arranjo complexo
Arranjo complexo CROW
de carnívoros,
onívoros e outros
consumidores.
Muitos se da filiação de
espécies num
alimentam em
mais de um
nível trófico de
forma continua,
sazonalmente, ecossistema e suas
interações
ou quando se
apresenta a
oportunidade
SEGUNDO
NÌVEL
TRÒFICO
Consumidores
Primários
(herbívoros)
PRIMEIRO
NÍVEL TRÓFICO
Produtores
Primários

62. Fluxo de Energia nos Ecossistemas
A ENERGIA DECRESCE A CADA NÍVEL TRÓFICO
POR ISSO:
AS CADEIAS ALIMENTARES SÃO NORMALMENTE COMPOSTA
DE POUCOS NÍVEIS TRÓFICOS

63. Fluxo de Energia nos Ecossistemas

64. Pirâmide de Números
Pirâmide de números representa o numero de indivíduos
em cada nível trófico.
1 coruja
25 ratos
2000
gramíneas

65. As Redes Tróficas podem ser
perturbadas
Desastres naturais Entradas externas
– Pesticidas, Poluição

66. Ecossistema
Equilíbrio Desequilíbrio
Ecológico Ecológico
Comunidade
População

67. O que é a ecologia da paisagem?
– Efeitos da geografia física sobre as
populações
– Efeitos das populações sobre os aspetos
geográficos
– Meta-populações
– Outras populações organizadas
espacialmente
– Outros processos ecológicos e evolutivos
organizados espacialmente

68. O que é a ecologia da paisagem:
Uma pesquisa com membros de USIALE
biologia
geografia
A
Ciência aplicada
Ciência básica
Descritiva
Experimental e
Mecanista
Ciência aplicada
Ciência básica

69. Níveis de organização
Ecossistema
– Grande ou pequeno como definido
arbitrariamente
Biosfera
– Superfície da Terra
– Composta de várias ecossistemas

70. Biosfera
Conjunto de todas as partes da terra onde
é possível, pelo menos algumas espécies de
organismos, viver permanentemente,
alimentar-se e reproduzir-se.

71. Hierarquia das Interações
• Biosfera – ecossistema global
• Soma de todos os ecossistemas
• Nível mais complexo da ecologia
• Estenda vários quilômetros na atmosfera
e ~1500 metros sob a superfície
• Relativamente independente com exceção
do requisito da energia solar e perda de
calor a atmosfera

72. Biosfera
Litosfera Hidrosfera Atmosfera

73. Bioma
http://www.theexplorationplace.com/eforest/satellitepic.jpg

74. Biomas
Água
– Marinha
– Doce

75. Escalas da Organização Ecológica
Biosfera
Ecossistema
Comunidade
População
Organismo

77. E. O. Wilson, 2002
A totalidade da vida, conhecida como a biosfera
por cientistas e da criação por teólogos, é uma
membrana de organismos envolta da Terra de
forma tão fina que não pode ser vista do
espaço, mas ainda tão complexa internamente
que a maioria das espécies que compõem a
biosfera ainda são desconhecidas.

78. Ecosfera
O que é a
massa branca
no topo?
Qual estação
ocorre
Amazônia?
O que são as
irregularidade
http://www.solstation.com/stars/earth.jpg
s brancas?
Onde fica o
equador?