FUNDAMENTOS DA ECOLOGIA

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CEN0109 ECOLOGIA GERAL Universidade de São Paulo Campus “Luiz de Queiroz” Centro de Energia Nuclear na Agricultura Evolução conceitual e definições de ECOLOGIA e ECOLOGIA DE SISTEMAS

O que é Ecologia? : 

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).

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Em outras palavras ecologia é a ciência que busca entender as interações entre

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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

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Porém, a ecologia de ecossitemas tem suas raízes em estudos:

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Por ~2000 anos: não existia a noção de adpatção ou de leis

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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 àquelas adaptações que são ótimas para àquelas condições Quando as condições (bióticas ou abióticas) mudam, as adaptações necessitam mudar Descreve um ecossitema

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Alguns eventos importantes da teoría ecológica 1866- Ernst Haekel alcunha 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, denota que a doutrina de Darwin que a adapatação provia a natureza com um tipo de lei para explicar as relações ecológicas 1927 - Elton, alcunha os conceitos de nicho e cadeia alimentar 1935- Tansley alcunhou o termo ecossistema para emfatizar a importância dos intercâmbios dos materiais entre componentes inorgânicos e orgânicos, bem como entre organismos

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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.

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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,

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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.

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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:

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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

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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

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Arranjo hirárquico: 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

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Cada nível hierárquico é um sistema em si

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Para compreender melhor a hierarquia de interesse, devem-se compreender os níveis acima e abaixo.

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Odum, Eugene P. 1964 : analisar a estrutura e função dos níves de organização além daqueles relativos aos indivíduos e espécies Ecologia de ecossistemas Van Dyne, 1966: estudo do desenvolvimento, dinâmica e disrupção dos ecossistemas, incluindo as interrelações entre as estruturas e funções bióticas e abióticas no nível de ecossitemas e o desencolvimento de estratégias de manejo holístico Desenvolvimento formal da Teoria Ecológica

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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

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Complexidade dos sistemas ecológios Necessidade de uma simplificação ou um modelo conceitual de funcinamento Herbívoros Carnívoros E Produtores Decompo- sitores Respiração Respiração Respiração Respiração Calor Calor Calor Calor Calor Reserv. de Nutrientes Fluxo de energia Ciclagem de nutrientes

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Diagrama funcional de um sistema ecológico (Odum, 1983) Autótrofos Fluxo de E Sentido 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 Exportção de E armazenada (m. o. e organismos) Sumidouro de calor Exportação de mateiriais Heterótrofos Depósito

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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 sistemas abstrato de contextos e princípios coerentes

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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 ecológicos Caráter integrador: para explicar as interações entre os diferentes atores agindo no ecossitemas, é necessário incorporar e integrar conhecimentos de outras áreas

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Raízes disciplinárias da ecologia de ecossitemas como uma função da interdisciplinaridade, integração e caráter holístico Mulle, 1997

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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

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Como estas abordagens se relacionam?

Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna : 

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)

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Princípios holísticos da ecologia de paisagens (Troll, 1939) Publicação do livro sobre fundamentos em ecologia por Eugene Odum em 1958. Abordagem funcinal 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) Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna (continuação)

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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 : 

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