1.1 – Relação da Ecologia com Outras Ciências
A Ecologia é uma ciência que aproveita conhecimentos de muitas outras. Não pode dispensar os ensinamentos de Botânica, de Zoologia e de Microbiologia. Sustenta-se também em assuntos de Fitogeografia e Zoogeografia. Necessita de conhecimentos de Fisiologia, de Genética, de Física ou de Química, entre tantas ciências. Por ser uma ciência de síntese e também de análise deve servir-se de Estatística. Climas, objeto de estudos da Climatologia e solos, dos quais cuida a Pedologia são, outrossim, fundamentais. Relaciona-se com Política Econômica, uma vez que é ela quem condiciona o tipo de tecnologia a ser implantada em uma determinada região.
1.2 - Vocabulário Ecológico
Ecologia: é a ciência que estuda a relação dos seres vivos entre si e deles com o ambiente.
Componentes Bióticos e Abióticos: seres vivos e não vivos de um ecossistema.
Meio Ambiente: conjunto de fatores bióticos e abióticos que cercam e possibilitam a sobrevivência de um determinado ser vivo.
Habitat: é o lugar onde vive um organismo, ou o lugar onde devemos dirigir-nos para encontrar (endereço).
Nicho Ecológico: é a posição ou papel de um organismo dentro de sua comunidade e ecossistema, como resultante das respectivas adaptações estruturais, reações fisiológicas e comportamento específico (profissão).
Ecossistema: é um conjunto de componentes bióticos e abióticos que, num determinado meio, trocam matéria e energia.
Espécie: é o conjunto de organismo semelhantes entre si, que se reproduzem em condições naturais, sendo seus descendentes, via de regra, férteis.
População: é o conjunto de organismos de uma mesma espécie que habitam determinado espaço em determinado tempo.
Comunidade: é a associação entre seres os vivos de diversas populações de uma determinada área.
1.3 – Fatores bióticos e abióticos
O meio ambiente é constituído por um conjunto de fatores abióticos e de fatores bióticos. Os fatores abióticos, também chamados não vivos, são: a atmosfera, a água, o solo, a temperatura e a luminosidade. Os fatores bióticos são todos os seres vivos da biosfera. Vamos analisar como estão inter-relacionados os fatores bióticos e abióticos.
Você conhece certamente os resultados de uma inundação ou de uma seca prolongada, esses acontecimentos podem alterar profundamente o meio ambiente e determinar o desaparecimento de inúmeros seres vivos.
Os seres vivos são também capazes de agir sobre o meio retirando ou introduzindo novas substancias no solo no ar ou na água, modificando a temperatura local, ou a luminosidade, etc. você faz idéia do efeito causado por centenas de minhocas que vivem num pequeno trecho de solo? Embora pequenas e aparentemente insignificantes, as minhocas são elementos importantes para a fertilidade do solo. Ao abrirem galerias para se deslocares elas revolvem e arejam o solo. Além disso, alimentam-se de pequenas partículas de matéria orgânica, que se acha misturada com a terra, e lançam resíduos que colaboram para a fertilização do solo. O homem, por sua vez, é agente vivo que mais influi na biosfera, pois é capaz de provocar alterações mais rápidas, em maior escala e mais profundidade que qualquer ser vivo. O meio ambiente físico age sobre os seres vivos e estes, sobre o meio físico, numa influência recíproca.
Essa interação e interdependência constituem o sistema ecológico. Qualquer unidade natural, como um lago, uma floresta, uma horta ou um simples aquário constitui um ecossistema. A biosfera é o maior ecossistema que o homem conhece.
1.3.1 – A Influencia Dos Fatores Abióticos nos Seres Vivos
Os seres vivos, de um modo geral, toleram grandes variações dos fatores abióticos, sendo chamados euribiontes (euri = largo; bionte = que vive), possuieno grande capacidade de adaptação e dispersão, ocupando ambientes variados em nosso planeta, como é o caso da raça humana. Já outros seres não toleram grandes variações do meio, sendo chamados de estenobiontes (esteno = estreiro; bionte = que vive) e, por isso, são encontrados em apenas certas regiões planeta, como acontece com os pingüins.
Entre os fatores abióticos que influenciam os seres vivos, destacamos:
A radiação solar pode ser considerada o mais importante dos fatores abióticos, pois é a fonte de energia para a vida, sob a forma de luz e calor. O calor é importante para a manutenção da biosfera e que os seres vivos não suportam temperaturas muito elevadas ou muito ou muito baixas.
Um aspecto muito importante da radiação solar é a luz, sendo o seu principal papel no mundo vivo permitir a realização da fotossíntese pelas plantas verdes. Além disso, praticamente todos os animais desenvolveram fotorreceptores, isto é, regiões ou órgãos sensíveis á luz, como os olhos, por exemplo.
A Água é outro componente físico do meio ambiente dela. Sua importância é tamanha que todos os seres vivos terrestres possuem sistemas de proteção contra a sua perda excessiva. Os seres aquáticos não apresentam, obviamente, tais sistemas.
A temperatura é provavelmente o fator que mais restringe a possibilidade de vida no planeta, uma vez que a organização que caracteriza um sistema vivo é destruída em temperaturas muito altas ou muito baixas.
A atmosfera é o outro componente físico do meio ambiente. Você sabe que o oxigênio, o gás carbônico e o nitrogênio que a compõe, são vitais para os seres vivos. A maioria dos organismos entra na composição de toda matéria orgânica, e o nitrogênio é importante na formação dos compostos, como as proteína e os ácidos nucléicos.
As substâncias químicas que fazem parte do solo ou que se acham dissolvidas na água são outros fatores que devem ser lembrados. Essas substâncias, que se encontram na forma de fosfato, sulfato e sais nitrogenados, etc., vão ser utilizadas pelos seres vivos na formação de outras substâncias mais complexas e indispensáveis aos processos vitais.
1.4 - Cadeias Alimentares
Na natureza, nenhum ser vivo vive isolado. Todos, direta ou indiretamente, são interdependentes. Assim, podemos considerar uma cadeia alimentar como uma sucessão de organismos, ordenada de tal maneira que mostra a seqüência na obtenção de alimento da natureza. Nela participam:
Cadeia alimentar ou trófica
- Produtores
São os seres vivos que produzem a matéria orgânica para todos os organismos do ecossistema. Compreende os seres fotossintetizantes e quimiossintetizantes, os primeiros utilizam a energia luminosa e o segundo energia química para produzir matéria orgânica que irá constituir seu alimento e substâncias de reserva e metabólicas, a partir do gás carbônico e água. Por isso, são chamados autotróficos. Correspondem a todas as plantas que realizam fotossíntese, ou seja, conseguem fabricar substâncias orgânicas a partir de compostos inorgânicos simples. Por exemplo, uma plantinha de feijão que cresce, está utilizando diretamente a luz do sol, a água, o gás carbônico e os sais minerais do solo para fabricar seu alimento.
- Consumidores
São os seres vivos que se alimentam direta ou indiretamente dos produtores, dada sua incapacidade de produzirem seu próprio alimento. São também chamados heterotróficos. Há consumidores de vários níveis. Os consumidores primários, ou de primeira ordem, são aqueles que alimentam somente de plantas e, por isso, são conhecidos como herbívoros. Por exemplo, são consumidores primários o boi, a capivara e o cavalo. Os consumidores secundários, o de Segunda ordem, são os que alimentam-se dos herbívoros por exemplo, a onça. Há ainda os consumidores de terceira ordem, que caçam os de Segunda ordem. Por exemplo, a seriema.
- Decompositores
São organismo heterotróficos, principalmente as bactérias e fungos. Eles são capazes de decompor a matéria orgânica, isto é, atacam e dirigem os restos dos seres vivos e dissolvem ao meio ambiente os seus componentes abióticos liberando substâncias simples que são novamente utilizadas pelos produtores. Por isso, são chamados de saprófitos. Os decompositores são os "lixeiros" da natureza. Sem eles, tudo que morresse ficaria, eterna e simplesmente, no lugar onde tivesse caído. Materiais como o carbono, fósforo e nitrogênio fiariam presos a restos mortais e não poderiam ser utilizados por outros organismos.
Há também os organismos chamados sapróvoros, que se alimentam de restos orgânicos e detritos, realizando a decomposição parcial da matéria. Por exemplo, os tatuzinhos de jardim, as minhocas, os camarões, os abutres, os urubus, etc. Outro exemplo são os fungos, organismos decompositores, que se alimentam do resto de outros seres vivos, por isso, somente desenvolvesse bem onde existe matéria orgânica disponível; os pitus, camarões de água salobra, que vivem nos rios e córregos das praias organismos sapróvoros, ou seja, alimentam-se de restos de organismos mortos.
1.4.1 – A teia alimentar
Muitos animais têm alimentação variada, enquanto outros servem de alimento para mais de uma espécie. Portanto, encontramos na comunidade um conjunto de cadeias interligadas, formando o que se chama de teia alimentar.
1.4.2 - O fluxo de matéria e energia na cadeia alimentar
A energia necessária para a manutenção dos seres vivos vem, basicamente, de uma única fonte: o sol. A energia luminosa do sol é captada pelas plantas e outros organismos fotossintetizantes e convertida em energia química, sendo armazenada nos compostos orgânicos por eles produzidos.
1.4.2.1 - Fotossíntese
Este processo (fotossíntese = photo, luz e synthesis, produção) consiste em separar a molécula da água (H2O) em componentes, o hidrogênio (H2) e o oxigênio molecular (O2). Isso requer energia e, como já foi dito, ela provém da luz solar captada pela clorofila. A seguir, o hidrogênio se liga ao dióxido de carbono, havendo liberação de O2. Representando este processo em forma química, temos o seguinte:
673 Kcal (luz)
12 H2O -------------> 12 H2 + 6 02
Clorofila
6 CO2 + 12 H2O ------------> C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2
673 Kcal
6 H2O + 6 CO2 -------------> C6H12O6 + 602 (equação reduzida)
clorofila
Formou-se uma grande e complexa molécula de um carboidrato, um açúcar, monossacarídeo conhecido por glicose (C6H12O6) e restou água resultante da recombinação do hidrogênio da primeira etapa e do oxigênio nela liberado. O fracionamento da molécula d’água necessita de energia. Essa é suprida pela luz do sol. Mede-se a energia em calorias. Uma caloria é a quantidade de energia necessária para elevar de 10 C (1 grau centígrado) a temperatura de uma grama de água, que é o peso de um centímetro cúbico de água. A energia consumida neste processo de construção de cada molécula de glicose é de 673 Kcal (673.000 cal). A partir desta molécula constroem-se outras, mais ou menos complexas, de outros carboidratos, de gorduras, proteínas e outros compostos orgânicos.
1.3.3.2 - Respiração
Nos seres aeróbicos é a oxidação de moléculas de matéria orgânica, ao nível celular, resultando disso, moléculas menores de matéria inorgânica (gás carbônico e água). Da conversão de moléculas maiores e complexas e outras menores e simples, há uma sobra de energia.
Neste caso, podemos representar o processo da seguinte maneira:
C6H12O6 + 602 ------------------> 6CO2 + 6 H2O + 673 Kcal
glicose oxigênio gás carb. água energia
Nota-se, neste processo, o oposto da Fotossíntese:
Fotossíntese Respiração Aeróbica
Construção de matéria orgânica Demolição de matéria orgânica
Consumo de CO2 e H2O Liberação de CO2 e HaO
Liberação de O2 Consumo de O2
Consumo de energia (673 Kcal) Liberação de energia (673 Kcal)
Os seres anaeróbicos que não utilizam e, às vezes, não toleram oxigênio, como os levedos que fermentam a massa de pão ou dos que produzem álcool fermentando o açúcar existente no caldo de cana ou suco de uva, enzimas específicas, dão origem ao álcool comum (álcool etílico) e ao gás carbônico, o que se pode colocar em expressão química da seguinte maneira:
enzimas
C6H12O6 -------------> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 28 calorias
glicose álcool etílico
Nota-se que a sobra de energia é menor que na respiração aeróbica, pois, lá, a respiração é elevada a um extremo de simplificação, o que não acontece aqui, pois a molécula de álcool é ainda bastante complexa e contém muita energia. A matéria orgânica e a energia que ficaram retidas nos autotróficos, através da fotossíntese, compõem o alimento indispensável para os consumidores. Um parte das substâncias ingeridas por um animal é eliminada pelas fezes e urina. Outra parte é oxidada pela respiração, produzindo energia necessária ao movimento e às outras atividades do organismo. Em média, apenas 10% da energia de um nível trófico para o próximo nível. Os resíduos acabam voltando pra a cadeia pela ação dos decompositores e da fotossíntese. Assim, a matéria orgânica de um ecossistema é reciclada. Por isso, o ecossistema precisa, constantemente, estar recebendo energia do Sol, num fluxo unidirecional que vais dos produtores para os consumidores.
1.4.3 – Pirâmides ecológicas
A representação dos níveis tróficos das cadeias e teias alimentares é obtida através das chamadas pirâmides ecológicas. Há três tipos de pirâmides:
Pirâmide de números – representa o número de indivíduos de cada nível trófico da cadeia alimentar, que em geral, diminui da base para o ápice dessa pirâmide.
Pirâmide de biomassa – a biomassa é a quantidade de matéria orgânica presente no corpo dos seres vivos de um determinado nível trófico, frequentemente expressa em massa(kg, t, etc ) ou massa por espaço (g/m2). Neste tipo de pirâmide é representada a biomassa de cada nível trófico.
Pirâmide de energia – representa em cada nível trófico a quantidade de energia acumulada por unidade de áreas ou volume e por unidade de tempo (kcal/m2/ano).
1.4.4 – Magnificação trófica
Alguns compostos e produtos, como chumbo, mercúrio, plásticos e outros, não podem ser decompostos pelas bactérias e fungos, por não possuírem enzimas capazes de destruí-los ou oxida-los, por isso, esses compostos não são bio degradáveis e, aos poucos vão se acumulando no ambiente. Quando ingeridos pelos seres vivos, os produtos não-biodegrdáveis tendem a se concentrar ao longo da cadeia alimentar, pois não participam do metabolismo e sua eliminação é difícil. A concentração destes produtos vai aumentando nos organismos ao longo da cadeia. Consequentemente, os organismos dos últimos níveis tróficos acabam absorvendo doses altas dessas substâncias, prejudiciais à saúde. Esse fenômeno é conhecido como magnificação trófica.
1.5 - Ciclos Biogeoquímicos
O transporte de matéria nos ecossistemas reside na existência de circuitos nos quais os diversos elementos são constantemente reciclados. Em relação à energia, há uma diferença fundamental, pois esta é degradada sob forma de calor e perdida sem ser jamais reutilizada. Os seres vivos têm necessidade de mais ou menos 40 elementos para fazer a síntese de seu protoplasma. Os mais importantes são o carbono, o nitrogênio, o hidrogênio, o oxigênio, o fósforo e o enxofre. E esses elementos principais acrescentam-se outros, necessários em quantidades menores, como o cálcio, ferro, potássio, magnésio, sódio, etc. Esses elementos passam alternativamente da matéria viva à matéria orgânica, percorrendo ciclos, chamados biogeoquímicos.
1.5.1 - O Ciclo da Água
Um dos fundamentos para a existência de vida em um planeta é a existência de água. Na Terra ela existe sob forma de vapor na atmosfera que, ao se condensar, cai como chuva, neve ou gelo. Quando se precipita pode cair diretamente no mar ou sobre a superfície da terra, chegando aos oceanos através de rios ou lençóis freáticos (rios subterrâneos). Neste percurso, uma parte da égua é devolvida à atmosfera pela evaporação. As plantas a retiram do solo, enquanto que quase todos os animais a ingerem. A água absorvida pelas plantas serve para transportar várias substâncias minerais e participar da fotossíntese. Os organismos contêm água, pois é nesta que se realizam a maioria dos processos vitais. Tanto animais como vegetais perdem água diretamente para a atmosfera. Os vegetais e animais pela transpiração; ao animais pela evaporação pulmonar, pela filtragem renal e pelo aparelho digestivo. Todos, quando morrem, fazem retornar sua parcela de água ao ambiente. Assim, a água que as raízes das plantas tirarem do solo, ou que os animais beberem, volta para a atmosfera.
Ciclo da Água
1.5.2 - O Ciclo do Carbono
Vimos que na fotossíntese os organismos absorvem o carbono, que entra na composição de um número grande de compostos, que por sua vez, se recombinam e formam os mais diversos componentes orgânicos. As plantas, quando servem de alimento para os consumidores, transferem a matéria orgânica, que é metabolizada em cada nível trófico seguinte. Pela respiração de cada organismo, forma-se gás carbônico, que é devolvido ao ambiente. Quando morrem, animais e plantas, são decompostos por fungos e bactérias que liberam CO2 à água ou à atmosfera. Algumas vezes o processo de decomposição é extremamente lento. É o caso dos compostos de carbono que não foram totalmente atacados pelos decompositores e permanecem armazenados no subsolo sob forma de turfa, carvão e petróleo. Também as rochas formadas por conchas e esqueletos contêm compostos carbonados.
Ciclo do Carbono
1.5.3 - O Ciclo do Nitrogênio
O nitrogênio, mesmo ocorrendo em grande quantidade na atmosfera (78%), não pode ser aproveitado diretamente pelos vegetais e animais. Entretanto, algumas bactérias e alguns azuis (cianofíceas) podem fixar e utilizar o nitrogênio atmosférico nos solos e na água. Nas raízes das leguminosas, por exemplo, encontramos nódulos que abrigam um número imenso destas bactérias que vivem em simbiose com a hospedeira. Assim, estas bactérias (Nitrobacter e Nitrosomonas) denominadas "fixadoras de nitrogênio" utilizam o N2 atmosférico e o transformam em nitratos (NO3) que se acumulam no solo ou na água, de onde são absorvidos pelas plantas. Estas os aproveitam na síntese de proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos, bases nitrogenadas, etc., que passam para os consumidores dos níveis tróficos seguintes. Tanto animais e plantas, quando morrem, são decompostos e o nitrogênio é eliminado sob a forma de amônia (NH3). Outras bactérias, "as desnitrificantes" liberam o nitrogênio da amônia para a atmosfera na forma de N2, fechando o ciclo.
NOTA: O nitrogênio atmosférico é oxidado a nitritos e nitratos durante as tempestades com relâmpagos.
Ciclo do Nitrogênio
1.5.4 – O Ciclo do Oxigênio
No ecossistema, o elemento oxigênio captado pelos seres vivos provém de três fontes principais: gás oxigênio (O2), gás carbônico (CO2) e água (H2O).
O O2 é captado por plantas e animais e utilizado na respiração. Nesse processo, átomos de oxigênio se combinam com átomos de hidrogênio, formando moléculas de água. A água formada na respiração é em parte eliminada para o ambiente através da transpiração, da excreção e das fezes, e em parte utilizada em processos metabólicos. Dessa forma os átomos de oxigênio incorporados à matéria orgânica podem voltar à atmosfera pela respiração e pela decomposição do organismo, que produzem água e gás carbônico. A água também é utilizada pelas plantas no processo da fotossíntese. Nesse caso, os átomos de hidrogênio são aproveitados na síntese da glicose, enquanto os de oxigênio são liberados na forma de O2. O oxigênio presente no CO2 poderá voltar a fazer parte de moléculas orgânicas através da fotossíntese.O principal mecanismo de produção deste é a fotossíntese, na qual ele é liberado a partir da fotólise da água.”
O O2 é captado por plantas e animais e utilizado na respiração. Nesse processo, átomos de oxigênio se combinam com átomos de hidrogênio, formando moléculas de água. A água formada na respiração é em parte eliminada para o ambiente através da transpiração, da excreção e das fezes, e em parte utilizada em processos metabólicos. Dessa forma os átomos de oxigênio incorporados à matéria orgânica podem voltar à atmosfera pela respiração e pela decomposição do organismo, que produzem água e gás carbônico. A água também é utilizada pelas plantas no processo da fotossíntese. Nesse caso, os átomos de hidrogênio são aproveitados na síntese da glicose, enquanto os de oxigênio são liberados na forma de O2. O oxigênio presente no CO2 poderá voltar a fazer parte de moléculas orgânicas através da fotossíntese.O principal mecanismo de produção deste é a fotossíntese, na qual ele é liberado a partir da fotólise da água.”
Ciclo do oxigênio
1.5.6 - O Ciclo do Fósforo
O fósforo é um elemento essencial por participar das moléculas de DNA e RNA responsáveis pela transmissão das características genéticas, além de serem os compostos de fósforo os principais manipuladores de energia nas células vivas. Os principais reservatórios são as rochas de fosfato, depósitos de guano (excremento de aves marinhas) e depósitos de animais fossilizados. O fósforo é liberado destes reservatórios por erosão natural e filtração, e através da mineração e do uso como adubo pelo homem. Parte do fósforo é aproveitado pelas plantas na forma de fosfatos no solo, entrando, assim, na parte viva do ecossistema. Pode passar através de vários níveis tróficos antes de retornar ao solo por decomposição. Grande parte do fosfato carregado pela água ou escavado dos depósitos na rocha é eventualmente levado pelo mar - o homem e suas atividades mineradoras e distributivas aceleram este processo. Uma vez no mar, pode ser utilizado em ecossistemas marinhos ou depositado em sedimentos marinhos rasos ou profundos. Embora parte deste possa ser devolvida por corrente de ressurgência, grande parte se perde quase que permanentemente. Pode ser devolvido por processos geológicos de elevação de sedimentos, e, segundo Ehrlich, parece improvável que no futuro estes serão suficientes para contrabalançar a perda.
Ciclo do Fósforo
