Ecossistemas e cadeias tróficas

• Organismos• Espécies• Populações• Comunidades• Ecossistemas• Biosfera

Definições

Definindo energia e matéria

Histórico do conceito de ecossistema

Charles Elton (1920): Organização dos organismos através de relações alimentares

Arthur Tansley (1930): definição de ecossistema como “organismos e fatores abióticos interagindo para formar um sistema biológico integrado”

Cadeia alimentar:sequência de relações tróficas pela qual a energia passa através do ecossistema

Níveis tróficos

Teia alimentar

Conjunto de relações entre os organismos da comunidade

Cadeias alimentares interligadas

Leis da termodinâmica e ecossistemas

Alfred Lotka: leis da termodinâmica regem transformações de energia no ecossistema

Raymond Lindeman: transformações de energia via relações tróficas

Fonte de energia

1.254.000 kcal/m2/ano

0,8% dessa energia écapturada para fotossíntese

55% é perdida através darespiração

45% é alocada parao crescimento

11% é consumida por herbívoros34% entra na cadeia de decompositores

Transferência de energia através dos níveis tróficos

Porque as cadeias alimentares geralmente não ultrapassam 4 níveis tróficos?

Heat Heat Heat Heat

Heat

Heat

Heat

First TrophicLevel

Second TrophicLevel

Third TrophicLevel

Fourth TrophicLevel

Solarenergy

Producers(plants)

Primaryconsumers(herbivores)

Tertiaryconsumers

(top carnivores)

Secondaryconsumers(carnivores)

Detritvores(decomposers and detritus feeders)

Pirâmides de energia

Heat

Heat

Heat

Heat

Heat

1010

100100

1,0001,000

10,00010,000Usable energyUsable energy

Available atAvailable atEach tropic levelEach tropic level(in kilocalories)(in kilocalories)

ProducersProducers(phytoplankton)(phytoplankton)

Primaryconsumers

(zooplankton)

Secondaryconsumers

(perch)

Tertiaryconsumers

(human)

Decomposers

Odum (1950) e o modelo universal de fluxo de energia

Produtividade

Produtividade primária bruta:

Taxa de energia assimilada pela fotossíntese

Produtividade primária líquida:

Taxa de produção de biomassa que fica disponível para os níveis tróficos seguintes

Produtividade

Produtividade primária líquida global

Média 2001

LuzTemperaturaÁguaDuração da estação de crescimentoNutrientes

Variação sazonal

Junho de 2002

Dezembro 2002

Luz e temperatura x produtividade

A taxa fotossintética das plantas é maior em ambientes luminosos e temperaturas mais quentes

A eficiência da fotossíntese (porcentagem de energia que é convertida em produtividade) dependem de luz e temperatura

Temperaturas muito altas ou muito baixas prejudicam a fotossíntese

Transferência de energia

Energia do produtor

Assimilada

Excretada

Biomassa

Respirada (perdida)

1,2 3

Eficiência ecológica = % energia transferida para o próximo nível trófico

Em média, eficiência ecológica é de 5 a 20%

EE depende da eficiência de consumo (1), assimilação (2) e de produção (3)

Eficiência ecológica

• Eficiência de consumo

• Eficiência de assimilação

• Eficiência de produção

Eficiência de assimilação

Razão entre ingestão e assimilação – presença de energia na dieta e o quanto assimila dessa energia

Depende da qualidade da dieta – principalmente de material estrutural de difícil digestão

Eficiência de produção

Quanto da energia assimilada é convertida para produção de biomassa

Depende do metabolismo do animal, dos gastos com atividades de manutenção

Quanto maior custo de manutenção e metabolismo – menor eficiência de produção líquida

Rotas da energia no sistema

Respiração, acúmulo de biomassa, consumo por herbívoros ou consumo como detritos

Cadeias alimentares e fluxo de energia

Cadeia de pastoreio – baseada na herbivoria

Cadeia de detritos – restos das plantas que não consumidos por herbívoros, são atacados por detritivoros

Recapitulando: Energia e matéria

Energia é transferida, se dissipando e não volta para o sistema

Matéria é consumida, mas parte é transformada e devolvida ao inicio como elementos/nutrientes básicos através da cadeia de decompositores

Decomposição

Libera carbono para atmosfera (ciclo do carbono) e reciclagem de nutrientes

Disponibiliza nutrientes para absorção pelas plantas (ciclos de elementos)

Formação de solo

Cadeias tróficas

Cascata trófica

Efeito direto do predador sobre sua presa se ramifica para níveis tróficos abaixo

P H Produtor

Alterações nos tamanhospopulacionais promovidaspor mudanças em níveis

mais altos da cadeia

Mudanças reguladasde cima para baixo

Efeitos Top-down e Botton-up

Top-down

Exemplos

Efeito Top-down

Efeitos Top-down e Botton-up

Botton-up

Efeitos Top-down e Botton-up

Botton-up

Efeitos Top-down e Botton-up

Botton-up

Efeitos Top-down e Botton-up

Botton-up

Porque o mundo é verde?

Grande biomassa das plantas

Controle top-down dos herbívoros pelos predadores

Alternativa: defesas das plantas e controle bottom-up

Importância de cada efeito depende do ambiente

Ambientes verdes: top-down parece ser mais importante

Ambientes brancos: bottom-up

Espécies chave

Efeito na teia trófica é desproporcional a sua abundância,e se ramificam por toda a teia

Predadores de topo

Engenheiros do ecossistema

Espécies chave

Calvaria major

Dodo

Raphus cucullatus

Dispersores de sementes

Espécies chave

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Frutifica o ano todo ou em períodos de baixa disponibilidade de recursos