CEN0109
ECOLOGIA GERAL
Universidade de São PauloCampus “Luiz de Queiroz”
Centro de Energia Nuclear na Agricultura
Evolução conceitual e definições de
ECOLOGIA e ECOLOGIA DE SISTEMAS
O que é Ecologia?
Origem do termo:
Do grego: Oikos, “casa” ou “lugar para viver” e logos,
“estudo”
Portanto, ECOLOGIA é a ciência que estuda como os organismos
interagem uns com os outros, e com o ambiente abiótico (incluindo
fatores como luz solar, temperatura, umidade, e nutrientes).
Atmosfera
HidrosferaLitosfera
Biosfera
Em outras palavras ecologia é a ciência que busca entender as interações entre
O principal foco da ecologia é entender as interações entre organismos,
populações, comunidades, ecossistemas e com seu meio físico.
Ciência que tem como objetivo
responder perguntas sobre a estrutura
e o funcionamento da natureza
Termo chave: INTERAÇÃO
Ar Água
Terra Vida
Origem:
A Ecologia emergiu como uma área distinta da biologia na virada do
século XX, desenvolvendo rapidamente convensões próprias que a
diferenciaram da biologia
História Natural - Chales Darwin, Ernst Haekel, entre outros
Ambiente físico – Fatores limitantes de Liebig
Demografia – Malthus, Lotka- ecologia de populações
Comunidades- Cowles, Elton, Clements, entre outros
Dinâmica Trófica Bioenergética e Ciclos Biogeoquímicos - Forbes, Hutchinson
Porém, a ecologia de ecossitemas tem suas raízes em estudos:
Aristoteles: primeiro a registrar observações a respeito da
história natural de plantas e animais da terra. Não identifica
claramente as relações dinâmicas e recíprocas entre o meio
biótico e abiótico.
“The History of Animals”, escrito em 350 A.C
Por ~ 2000 anos: não existia a noção de adpatção ou de leis
Primeiro cientista a enfatizar que animais e plantas não estavam
perfeitamente adaptados ao seu ambiente natural, como se
acreditava até então,
Representam somente as formas melhor adaptadas produzidas em
um local particular, em um dado momento, por forças seletivas
que, por sua vez, selecionam aquelas adaptações que são ótimas
para aquelas condições,
Quando as condições (bióticas ou abióticas) mudam, as adaptações
necessitam mudar,
Descreve um ecossitema
1859- Charles Darwin publica
“The origin of species”:
Alguns eventos importantes da teoría ecológica
1866- Ernst Haekel propoe o termo “oecologie” e publica o livro
Generelle Morphologie, trabalho fortemente influenciado pela teoria
de Darwin
1876- Edição inglesa das idéias de Haekel, History of creation,
resalta que na doutrina de Darwin, que a adaptação provia a
natureza com um tipo de lei para explicar as relações ecológicas
1927 – Elton - os conceitos de nicho e cadeia alimentar
1935- Tansley propos o termo ecossistema, para enfatizar a
importância dos intercâmbios dos materiais entre componentes
inorgânicos e orgânicos, bem como entre organismos
• plantas ou produtores primários
capturam a energia e a
transferem aos animais ou
consumidores e aos
decompositores
1942 – Lindeman: sugeriu que a
energia que flui através de um
ecossistema poderia ser usada
como uma forma de quantificar
os papéis dos organismos na
dinâmica trófica.
• A produtividade das plantas limita a quantidade de
consumidores que um ecossistema pode sustentar.
• A energia flui através de um ecossistema associada ao fluxo
de carbono nos processos da fotossíntese, transferências
tróficas e liberação pela respiração.
Portanto,
Howard e Eugene Odum: aprofundaram a abordagem de sistemas para estudar
ecossistemas, enfatizando as propriedades gerais dos ecossistemas, sem
documentar todos os mecanismos e interações subjacentes.
às interações tróficas, ou seja as relações de alimentação
e fluxo de energia e matéria entre organismos
biogeoquímica, ou a influências biológicas nos processos
químicos nos ecossistemas e a ciclagem de elementos.
Muitas linhas do pensamento ecológico contribuíram para o
desenvolvimento da ecologia do ecossistema, incluindo as idéias que se
relacionam:
Considerar o conceito de níveis de organização
Arranjo hirárquico: a interação em cada nível
com o ambiente físico (energia e matéria)
produz sistemas funcionais característicos
Desenvolvimento formal da Teoria Ecológica
Ecologia no século XXI
Universo
Galaxias
Sistema Solar
Planetas
Terra
Biosfera
Ecossitemas
Comunidades
Populações
Organismos
Sistemas de órgãos
Órgãos
Tecidos
Células
Protoplasma
Moléculas
Átomos
Partículas sub-atômicas
Modelo conceitual
hierárquico dos níveis
de organização da
matéria na natureza
(Modif. Miller, 1998)
Sem vida
Limite
Vida
?
Níveis de organização
Arranjo hierárquico: a interação em cada nível com o
ambiente físico (energia e matéria) produz sistemas funcionais
característicos
O Princípio das Propriedades Emergentes
Nível superior constituída dos níveis inferiores
A complexidade é maior nos níveis superiores
Níveis superiores limitam os inferiores
Níveis superiores têm maior influência que os inferiores
Odum, Eugene P. 1964 : analisar a estrutura e função dos níveis
de organização, além daqueles relativos aos indivíduos e
espécies
Ecologia de ecossistemas
Van Dyne, 1966: estudo do desenvolvimento e dinâmica dos
ecossistemas, incluindo as inter-relações entre as estruturas e funções
bióticas e abióticas no nível de ecossistemas e o desenvolvimento de
estratégias de manejo holístico.
Desenvolvimento formal da Teoria Ecológica
Estrutura: componentes do meio físico e biótico do ecossitema
Função: processos resultantes da interação entre os meios físico e biótico
Estrutura abiótica
Estrutura biótica
Funções Propriedades
Luz solar
Temperatura
Precipitação
Água/umidade
Nutrientes
Produtor Primário
Consumidor
Decompositor
Autótrofo
Heterótrofo
Fluxo de Energia
Ciclagem de
nutrientes
Retro-alimentação
Cibernética
Estabilidade
Elasticidade
Complexidade dos sistemas ecológios
Necessidade de uma simplificação ou um modelo conceitual de funcinamento
Herbívoros CarnívorosE Produtores
Decompo-sitores
Respiração
RespiraçãoRespiração
Respiração
Calor
Calor
Calor
Calor Calor
Reserv. deNutrientes
Fluxo de energiaCiclagem de nutrientes
Diagrama funcional de um sistema ecológico (Odum, 1983)
Autótrofos
Fluxo de ESentido único
Fonte de E(funções motrizes)
Entrada de materiais (nutrientes) e organismos
Ciclo e depósito de materiais
Circuito de contrôle por
retroalimentação de E e depósito de
E
Exportação de E armazenada (m.
o. e organismos)
Sumidouro de calor
Exportação de
mateiriais
Heterótrofos
Depósito
Características da teoría ecológica
Sub-sistema empírico central: baseado em pesquisas interdisciplinares
dos ecossitemas, caracterizadas por atividades de medidas
compreensivas, gerando grande quantidade de dados nas últimas
décadas.
Estes dados são usados para integrar, organizar e melhorar o
entendimento das características gerais, dos padrões e das casualidades
das interações dentro e entre ecossistemas.
Assim, a Teoría ecológica é construída por um conjunto hierárquico de
hipóteses ecológicas compreensivas, as quais têm que ser integradas em
um sistema de contextos e princípios coerentes
Hipóteses sobre as interrelações
bióticas, abióticas e
antropogênicas são
frequentemente formuladas como
MODELOS ECOLÓGICOS, os quais
podem ser calibrados e validados
através do uso de medidas
empíricas.
Portanto, modelos são uma
ferramenta importante para o
entendimento dos fenômenos
ecológicosCaráter integrador: para explicar as interações entre os diferentes
atores agindo no ecossitemas, é necessário incorporar e integrar
conhecimentos de outras áreas
Química Física
Ciências do solo GeociênciasCiências aquáticas
ECOLOGIA DE ECOSSITEMAS
Ciências Biológicas
Ciê
ncia
s s
istê
mic
as C
iên
cia
s h
um
an
as
Ecologia Vegetal Ecologia Animal
Biogeoquímica
Ecologia de microrganismos MetereologiaBioquímica
Ecotoxicologia
Matemática aplicada
Computação
Modelagem ecológica
Química do solo
Física do solo
Biologia do solo
GeologiaGeomorfologia
Ecologia de paisagens
Ecologia marinha
Ecologia de água doce
Hidrologia
Termodinâmica
Biofísica
Economia de recursos
Economia ecológica
Sociologia ecológica
Raízes disciplinárias da ecologia de ecossitemas como uma função da interdisciplinaridade, integração e caráter holísticoMulle, 1997
ABORDAGENS EM ESTUDOS ECOLÓGICOS
Dois grandes grupos:
1- Ecologia teórica: baseada na biologia das espécies
2- Teoría Geral dos sistemas: baseada na análise de sistemas, busca o
entendimento dos processos
Divisões convencionais da ecologia:
Autoecologia: indivíduos e espécies
Demecologia: populações
Sinecologia: comunidades
Ecologia de ecossitemas: mais novo ramo da ecologia
Como estas abordagens se relacionam?
Indivíduos
Ambiente
Espécies distintas
Mesmas espécies
Ambiente fisiológico
Tempo
Espaço
Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna
Análise de ecossitemas lacustres: informações básicas,
desenvolvimento metodológico e teórico, novos dados.
Forbes (1887), Elton (1927), Thienemann (1939) e Juday
(1940).
Fundamento da ecologia energética:
Conceito de dinâmica trófica como função
da transferência de energia entre os
componentes de um ecossitema, Lindeman
(1942)
Herbívoros CarnívorosE Produtores
Decompo-sitores
Respiração
Respiração Respiração
Respiração
Calor
Calor
Calor
Calor Calor
Reserv. deNutrientes
Princípios da ecologia de paisagens (Troll, 1939)
Publicação do livro sobre fundamentos em ecologia por Eugene
Odum em 1958. Abordagem funcional
Ecoenergética como um conceito fundamental da análise do
ecossistema (Odum, 1971, 1983)
Uso de modelos como ferramenta de análise dos
ecossitemas (Pattenm 1971, 72, 75; Jorgensen, 1988, entre
outros)
area
hare births hare deaths
hare
density
hare birth
fraction
lynx
births
lynx
deaths
lynx birth
fraction
Hares
Lynx
~
hares killed
per lynx
~lynx death
fraction
one time lynx harvestsize of 1 time
lynx harvest
Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna
(continuação)
Desenvolvimento das técnicas de sensoriamento
remoto e Sistemas de Informações Geográficas
(1970)
Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna (continuação)
Desenvolvimento dos conceitos de estabilidade e equilíbrio:
MacArtur, 1955; Margalef, 1963 e May, 1973
Primeiros projetos de pesquisa utilizando o conceito de ecossitema:
Silver Springs (Odum, 1957) e Hubard Brook (Likens e Bormann,
1973)
Estudos do integrados de ecossistemas de importância global: Antartica, Amazônia,
Tundra
Pesquisas hoje: análise de sistemas
Entender a estrutura e a dinâmica das interelações em redes de interações
entre os componentes bióticos e abióticos em ecossitemas representativos
do globo. Ex.: Boreas, LBA, seca floresta, sava-flux
Analisar as relações entre as propriedades emergentes e coletivas do
ecossistema, tal como diversidade, estabilidade, produtividade e
capacidade de auto-organização
Integrar o conhecimento científico e o monitoramento ambiental em um
sistema de informação ambiental que permita o desenvolvimento de
estratégias de manejo sustentável associadas a uma avaliação holística do
ecossitema
Todos estes estudos utilizam como arcabouço conceitual
a Teoria Geral dos Sistemas
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