A economia da natureza - Ricklefs (5ª Edição)

A economia da natureza - Ricklefs (5ª Edição)

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Em geral, quanto mais extrema a condição, menos freqüente ela é. Contudo, tanto a severidade quanto a freqüência dos eventos são medidas relativas, dependendo do organismo que as experimenta. O fogo pode atingir uma árvore muitas vezes, mas saltar dúzias de gerações de uma população de insetos. Como os organismos e as populações respondem à variação em seu ambiente depende da freqüência com que ela ocorre.

As escalas de variação temporal podem ser determinadas por propriedades intrínsecas dos sistemas, assim como pela variação de fatores externos. Por exemplo, em bosques de pinheiros, a probabilidade de um fog? destrutivo cresce ao I.ong.odo tempo desde o último evento. A medida que a serapilheira e outros combustíveis se acumulam, eles produzem um ciclo de incêndios característico para um habitar particular. Da mesma forma, a rápida dispersão de uma doença contagiosa através de uma po- pulação freqüentemente depende da acumulação de ~~ldivíduos jovens não imunizados após a última epidemia (IFig, 1.15).

I Fig. 1.15 Condições mais extremas geralmente ocorrem menos freqüentemente que condições menos extremas. Isto é verdadeiro até para surtos de doenças contagiosas. O número de casos de coqueluche na população das Ilhas Faroe de 1881 até 1969 indica que o tamanho de um surto epidêmico é tão maior quanto mais longo o intervalo desde o último surto. Este padrão ocorre porque o número de crianças anteriormente não expostas, e por isso susceptíveis, cresce com o tempo numa população. Segundo c. J. Rhodeset al., Proceedings ofthe Royal Society of London B264:1639·1646 (1997).

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1 INTRODUÇÃO12

Variação espacial

O ambiente também difere de um lugar para outro. As variações do clima, da topografia e do tipo de solo causam heterogeneidade de grande escala (desde metros até centenas de quilômetros; veja a variação na temperatura da água no Oceano Atlântico ocidental ilustrado na Fig. 1.4). Em escalas menores, a heterogeneidade é gerada pelas estruturas das plantas, pelas atividades dos animais e pelo conteúdo dos solos. Uma determinada escala de variação espacial pode ser importante para um animal e não para outros. A diferença entre a parte de cima e a parte de baixo de uma folha é importante para um pulgão, mas não para um alce, que rapidamente come a folha inteira, com pulgão e tudo -.

À medida que um indivíduo se move através de um ambiente que varia no espaço, ele encontra variações ambientais como uma seqüência no tempo. Em outra palavras, um indivíduo que se move percebe a variação espacial como variação temporal. Quanto mais rápido ele se move, e menor a escala da variação espacial, mais rapidamente ele encontra novas condições ambientais e menor é a escala temporal da variação. Isso se aplica a plantas assim como aos animais. As raízes que crescem através do solo podem encontrar novas condições se a escala de variação espacial nas características do saIo é pequena o bastante. O vento e os animais dispersam as se-

mentes, que podem aterrissar em diversos habitats dependendo da distância que elas viajam em relação à escala da variação espacial no habitat.

Fenômenos atmosféricos também variam amplamente na área, mas geralmente têm vida mais curta, desde minutos até dias.

Fenômenos marinhos variam desde muito localizados até milhares de quilômetros, e duram desde menos de um mês até muitos séculos.

As dimensões espaciais e temporais na Ecologia estão correlacionadas

Em relação aos fenômenos ecologicamente importantes, duração no tempo normalmente aumenta com o tamanho área afetada (I Fig. 1.16). Por exemplo, os tornados dura somente uns poucos minutos e afetam pequenas áreas co parado com a devastação infligida por furacões durante pe odos de dias ou semanas. Nos oceanos, num extremo, pequ nos vórtices podem durar somente uns poucos dias; no ou extremo, rotações oceânicas (correntes circulatórias que abr gem bacias oceânicas inteiras) são estáveis durante milêni

Comparado com os fenômenos marinhos e especialmen com os atmosféricos, as variações nas formas terrestres tê escalas temporais muito longas numa determinada escala pacial. A razão é simples: as formas terrestres são determin das pela geologia e topografia subjacente, que são transfo madas num passo de caracol por processos como a cons ção de montanhas, erupções vulcânicas, erosão e mesmo deriva continental. Por outro lado, a heterogeneidade espaà no oceano aberto resulta de processos físicos na água, que - obviamente mais mutáveis do que aqueles na terra. Como ar é ainda mais fluido do que a água, os processos atmosfé cos têm períodos muito curtos numa dada escala espacial, co mostrado na Fíg. 1.16.

Um princípio relacionado com a correlação espaço-tem estabelece que a freqüência de um fenômeno é geralmen inversamente relacionada com a sua dimensão espacial severidade local. Assim, os tornados e os furacões ocorrem

Processo físico Processos biológicos Populações locais de fitoplâncton podem mudar rapidamente desde menos de um dia até umas poucas semanas.

I Fig. 1.16 Eventos ecológicos freqüentemente apresentam correlação espaço-temporal. Mudanças nos sistemas marinho e atmosférico mostram q _ a duração de um evento no tempo usualmente aumenta com o tamanho da área afetada. Segundo J. H. Steele. t. Tbeor. Biol. 153:425-436 (1991).

Milênio Século

Hora

Circulação profunda

Vagas

Sistemas ciclônicos

Sucessão vegetal (após perturbação)

Ciclosde população de mamíferos

Surto de pragas na agricultur Eventos como El Nino e secas cobrem grandes áreas e períodos de tempo por causa de suas conexões com a circulação oceânica .

w.biocistron.blogspot.com ntervalos de tempo mais longos, em média, do que as temstades de inverno. A freqüência de incêndios florestais ou cêndios em arbustos está inversamente relacionada com a rea que eles queimam. Além disso, tais perturbações criam osaicos de habitat em vários estágios de desenvolvimento ológico, ou sucessão, dessa forma contribuindo para a hetegeneidade espacial do ambiente em muitas escalas de teme espaço.

Os sistemas ecológicos são governados por princípios gerais físicos e biológicos demos lidar mais facilmente com a complexidade dos sisteas ecológicos quando compreendemos que eles são todos vernados por um número pequeno de princípios básicos. ma breve consideração de quatro destes princípios ilustrará unidade subjacente da Ecologia.

. temas ecológicos são entidades físicas vida se constrói sobre as propriedades físicas e as reações ímicas da matéria. A difusão de oxigênio através da super-

'e corporal, as taxas de reações químicas, a resistência dos os ao fluxo de fluidos e a transmissão de impulsos nervo- .todas obedecem às leis físicas da termodinâmica. Os sistebiológicos são impotentes para alterar estas qualidades icas fundamentais da matéria e da energia, porém, dentro amplos limites impostos pelas restrições físicas. a vida pode ,.., 'r muitas opções, e ela tem feito isso com uma impressiote criatividade.

sistemas ecológicos existem em estados tacionários dinâmicos despeito de nos focalizarmos sobre um organismo, uma pulação, um ecossistema ou a biosfera inteira, cada uma tas entidades ecológicas continuamente troca matéria e rgia com os seus arredores (I Fig. 1.17). Que os sistemas ógicos permaneçam mais ou menos imutáveis implica em os ganhos e as perdas são mais ou menos equilibrados. é a essência de um estado estacionário dinâmico: um sisa troca energia ou matéria com as suas redondezas mas, r disso, mantém suas características constantes. Um anide sangue quente continuamente perde calor para o amte frio. Esta perda é equilibrada, contudo, pelo calor obtio metabolismo dos alimentos, e assim a temperatura coral permanece constante. Quando os ganhos não se somam rdas por alguma razão, o corpo esfria. Analogamente, as eínas dos nossos corpos são continuamente decompostas bstituídas por proteínas recentemente sintetizadas. Muito material nos corpos que todos carregávamos há mais ou os um ano atrás já foi substituído, embora ainda tenhaa mesma aparência. ta idéia de manter um estado estacionário em face de contínuo fluxo de matéria e energia entre um sistema .oico e suas redondezas se aplica a todos os níveis de _ nização ecológica. Para o indivíduo, o alimento e a enersimilados devem equilibrar sua decomposição meta-

I TRaDuçÃO 13 Sistema ecológico

Sistema remanescente inalterado ao longo do tempo

...são equilibradas por saídas.

I Fig. 1.17 Um sistema em regime estacionário dinâmico tem entradas e saídas contínuas, mas permanece inalterado ao longo do tempo.

bólica. Para a população, os ganhos e as perdas são nasci- mentos e mortes. A diversidade de uma comunidade biológica diminui quando uma espécie se torna extinta, e aumenta quando novas espécies invadem o habitar da comunidade. Os ecossistemas e a biosfera propriamente dita não podem existir sem a energia recebida do Sol, embora este ganho seja equilibrado por energia térmica irradiada em ondas infravermelhas de volta para o espaço. Como os estados estacionários dos sistemas ecológicos são mantidos e regulados é uma das mais importantes questões colocadas pelos ecólogos, à qual retomaremos freqüentemente ao longo deste livro.

A manutenção de sistemas vivos demanda gasto de energia

Como a vida é tão especial, sendo composta de moléculas que são raras ou inexistentes no mundo inanimado, os organismos vivos existem fora de equilíbrio com o ambiente físico. O que o organismo perde para o seu entorno, contudo, não é retomado para o ambiente de graça. Se fosse, a vida seria o equivalente de uma máquina de moto-perpétuo. O organismo deve procurar energia ou matéria para substituir suas perdas. Para fazer isto, ele deve gastar energia. Assim, a energia perdida como calor e movimento deve ser substituída pelo alimento metabolizado, que o organismo captura e assimila a um certo custo. O preço de manter um sistema vivo como um estado estacionário dinâmico é energia.

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14 INTRODUÇÃO

Os sistemas ecológicos sofrem mudanças evolutivas através do tempo

A história da vida na Terra tem mostrado que os atributos dos organismos mudam ao longo do tempo. Tais mudanças são denominadas de evolução. Embora as propriedades físicas e químicas da matéria e da energia sejam imutáveis, o que os sistemas vivos fazem com matéria e energia é tão variável quanto todas as formas de organismos que existiram no passado, existem hoje ou poderão evoluir no futuro. As estruturas e funções dos organismos são produtos da mudança evolutiva numa população em resposta às características do ambiente com as quais cada organismo deve se confrontar. Tais características incluem tanto as condições físicas que prevalecem quanto os vários outros tipos de organismos com os quais cada população interage. Por exemplo, os animais que têm predadores caçadores visuais são freqüentemente coloridos de uma forma tal que se confundem com o seu fundo e escapam de serem notados (IFig. 1.18). Muitas plantas que crescem em climas quentes e secos têm cutículas espessas e serosas que reduzem a perda de água por evaporação através da superfície das folhas. Estes atributos de estrutura e função que ajustam o organismo às condições de seu ambiente são chamados de adaptações.

Esta correspondência íntima entre organismo e ambiente não é acidentaL Ela vem de um princípio único e fundamental dos sistemas biológicos: a seleção natural. Somente aque-

les indivíduos que estão bem adaptados aos seus ambientes sobrevivem e produzem descendentes. Os atributos herdados que passam para sua prole são preservados. Indivíduos malsucedidos não sobrevivem, ou produzem poucos filhotes, e assim seus atributos menos adequados desaparecem da população como um todo. Charles Darwin foi o primeiro a reco- nhecer que este processo permitiu às populações responder ao longo de muitas gerações, às mudanças em seus ambientes. Uma coisa maravilhosa sobre a seleção natural e a evolução é que, à medida que cada espécie muda, novas possibilidades para mudanças adicionais se abrem para si próprias e para outras espécies com as quais elas interagem. Desta forma, a complexidade das comunidades e ecossistemas ecológicos vai se construindo sobre, e é promovida por, a compl .- dade existente. Uma meta importante da Ecologia como ciência é compreender como os sistemas ecológicos vieram a existir e como funcionam nas suas configurações ambientais.

Os ecólogos estudam o mundo natural através da observação e da experimentação

Como outros cientistas, os ecólogos aplicam muitos métod para aprender sobre a Natureza. A maioria destes métod reflete três facetas da investigação científica: (1) a observaçã e a descrição, (2) o desenvolvimento de hipóteses ou explicações, e (3) o teste destas hipóteses, freqüentem ente com expe- rimentos. A maioria dos programas de pesquisa começa com um con- junto de fatos sobre a natureza que convidam a uma explicação. Usualmente estes fatos descrevem um padrão consistente. Por exemplo, as medidas de precipitação e cresciment vegetal ao longo de vários anos poderiam revelar uma correlação entre a precipitação e a produção vegetal. Para citar outro exemplo, a exploração durante o século dezenove estabeleceu que o número de espécies animais e vegetais nas regiões tropicais excedia grandemente o das regiões temperadas. O reconhecimento desta relação entre biodiversidade

I Fig. 1.18 Adaptações nas condições ambientais ajudam os organismos a sobreviverem. As colorações crípticas de (a) um mantídeo da Costa Rica e (b) um sapo arborícola da América do Norte se combinam com os ambientes destes animais e reduzem o risco de serem vistos por seus predadores.

Foto (a) de Michael Fogden/DRK PHOTO; foto (b) de David NorthcottlDRK PHOTO.

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••••lro;ul'gj·ude comparações de observações acumuladas de ntistas até que se confirmassem como um padrão o a relação entre a precipitação e o crescimento te padrão convida a uma explicação. Como muitas são plausíveis, é necessário conduzir experimenros tipos de investigações para determinar quais que melhor se ajustam aos fatos. - 'teses são idéias sobre como um sistema funciona são explicações. Se correta, uma hipótes pode nos compreender a causa de um padrão observado. Sue observemos os sapos machos cantarem em noites após períodos de chuva. Se uma quantidade razoável 'ações produzir poucas exceções a este padrão, ele compreendido como uma generalização que nos caprever o comportamento dos sapos a partir do temo estabelecido a existência de tal padrão, podemos eompreendê-Io melhor. Por exemplo, podemos dese- ar como um sapo responde à temperatura e à chuva; também desejar explicar por que um sapo responde que ele responde. A parte do "como" desle fenômeno r envolve detalhes de percepção sensorial, a reciproentre os estímulos ambientais e o status hormonal e os neuromotores - em outras palavras, envolve procesógicos. A questão do "por que" lida com os custos e o do comportamento do indivíduo; é mais ecológico rvo na Natureza. Se suspeitarmos que os machos canmaneira a atrair as fêmeas, podemos nos entreter com de que os machos cantam após as chuvas porque é as fêmeas procuram por acasalamentos. Se os machos m em outros períodos, eles poderiam atrair poucos ~iilliunentos (baixo benefício) mas ainda se exporem à pre-

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