Ciclos biogeoquímicos - Ciclo do Carbono (C)

 

INTRODUÇÃO:

Como visto no post “Fluxo de Energia e Matéria no Ecossistema”, existe um fluxo de matéria nos ecossistemas, resultado das relações alimentares entre os organismos. Os elementos químicos que são utilizados pelos organismos são transferidos nessas relações e se movimentam no meio biótico do ecossistema. No entanto, estes elementos não permanecem somente como parte dos seres vivos, mas integram também o meio abiótico.

A composição química da terra permanece praticamente constante com o passar do tempo, no entanto, os elementos e substâncias químicas do planeta se movimentam e sofrem transformações. Os seres vivos necessitam de diversas substâncias para sua sobrevivência, as quais são obtidas do meio abiótico ou do consumo de outros seres vivos. Quando um organismo absorve um nutriente do meio abiótico, ele está promovendo a entrada deste no meio biótico. No entanto, em determinado momento, este mesmo elemento pode ser devolvido ao meio abiótico, fechando assim um ciclo.

Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado por um elemento químico essencial a vida no meio ambiente, incluindo tanto sua passagem pela matéria orgânica quanto pela matéria inorgânica. Neste post explicarei os principais processos envolvendo o ciclo dos principais elementos essenciais a vida.

Lembre-se que a matéria nunca é perdida e que a composição química do planeta é constante. Os elementos são reciclados pelos organismos, transitando entre o meio biótico e abiótico, e entre um organismo e outro. A mesma molécula de água que um dia esteve no sangue de um dinossauro, pode estar congelada numa geleira, pode estar numa gota de chuva, pode estar no citoplasma de uma bactéria ou mesmo, pode estar em você agora.

EQUILÍBRIO:

Os elementos químicos estão em constante intercâmbio entre o meio biótico e abiótico. Geralmente, existe um equilíbrio nessa transferência, de maneira que a composição de ambos os meios permanecem constantes. O entendimento dos ciclos biogeoquímicos é essencial na compreensão dos atuais problemas ambientais, já que vários destes são causa ou conseqüência de um desequilíbrio nestes ciclos.


CICLO DO CARBONO (C):

O carbono (C) é o principal constituinte da matéria orgânica. É comum dizer que a vida, da maneira como conhecemos, é baseada no carbono. Os seres vivos, em sua grande maioria são constituídos primeiramente por água e em segundo lugar por carbono. Dessa forma, os organismos são um grande reservatório de carbono no planeta. Outro reservatório de carbono orgânico são os combustíveis fósseis. O fluxo de C dentro do meio biótico é também denominado Ciclo Biológico do Carbono.

No entanto, o carbono não se encontra somente na matéria orgânica. A maior parte do carbono do planeta se encontra em formas não orgânicas. Esse elemento pode ser encontrado em rochas, tais como os calcários; ou em forma de gases, tais como o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4), na atmosfera ou dissolvido nos rios e oceanos. Existe um intenso intercâmbio de carbono entre a litosfera (rochas), hidrosfera (oceanos) e a atmosfera. O fluxo de C dentro do meio abiótico é também denominado Ciclo Geológico do Carbono.

Circulação do Carbono.

 

Abaixo deixo um esquema resumido e uma explicação dos principais processos naturais envolvidos no ciclo do Carbono:

Esquema simplificado do Ciclo Natural do Carbono.

Fotossíntese e quimiossíntese:

São os processos pelos quais o carbono entra no ciclo biológico. Ambos são maneiras de produção de moléculas energéticas para o uso de seres vivos. Essas moléculas são formadas pela redução do gás CO2. Assim, o carbono encontrado na atmosfera na forma de CO2 é convertido em substâncias orgânicas, tais como a glicose e os carboidratos, que podem ser utilizadas na respiração ou incorporadas nas estruturas corporais dos seres vivos. Grande parte dos autores cita somente a fotossíntese para essa função esquecendo-se que a quimiossíntese também resulta em fixação do carbono.

Estes processos fazem com que o carbono de substâncias inorgânicas da atmosfera seja incorporado em substâncias orgânicas dos seres vivos.

Respiração:

Promove a passagem de carbono do meio biótico para o abiótico. A respiração é a quebra de moléculas orgânicas energéticas com liberação de CO2 e menos frequentemente, CH4. Estas moléculas energéticas foram inicialmente sintetizadas no processo de fotossíntese ou quimiossíntese. A respiração é um processo realizado por todos os seres vivos para obtenção de energia.

Decomposição:

Promove a passagem de carbono do meio biótico para o abiótico. A decomposição é a transformação de rejeitos orgânicos com liberação de substâncias inorgânicas. Assim substâncias orgânicas como carboidratos e lipídeos são decompostas liberando CH4 e CO2 na atmosfera. A matéria orgânica sujeita a esse processo pode ser proveniente de organismos mortos ou de excreções de organismos vivos.

Fossilização:

Os combustíveis fósseis são formados por um processo de fossilização da matéria orgânica. Por motivos específicos, restos de seres vivos resistiram ao processo de decomposição, e se acumularam em camadas de sedimento. Esse material, submetido à altíssima pressão e temperatura, sofreu modificações físicas e químicas, resultando nos reservatórios de combustíveis fósseis atuais.

Esse processo é extremamente lento, porém constante. Em um curto período de tempo possui pouco impacto, porém sua ocorrência nas centenas de milhões de anos anteriores fez dos combustíveis fósseis um enorme reservatório de carbono. Os principais combustíveis fósseis são o Petróleo, o Carvão Mineral e o Gás Mineral.

Consumo:

Promove o fluxo de carbono dentro do meio biótico. Todo o carbono que entra no ciclo biológico é proveniente dos processos de síntese, assim a sua obtenção pelos demais seres vivos ocorre através do consumo. Durante o ciclo biológico o carbono pode ser transformado em uma enorme diversidade de substâncias orgânicas, nos diversos organismos pelo qual cada molécula pode passar até voltar ao ciclo geológico pela respiração, decomposição ou queima.

Queima:

Promove a passagem de carbono do meio biótico para o abiótico. Esse processo é frequentemente esquecido ou dado como exclusivamente artificial no estudo do ciclo do carbono, porém isto não é verdade. Embora este processo hoje ocorra majoritariamente em decorrência de atividades do homem, também ocorre naturalmente, causado principalmente por raios. Quando a matéria orgânica é queimada há a liberação de CO2 na atmosfera. 


Influências Antrópicas no Ciclo do Carbono:
 

Influências do Homem no Ciclo do Carbono.

Queimadas:

Como dito anteriormente, as queimadas são um processo que ocorre naturalmente, porém as atividades antrópicas (humanas) acentuaram esse processo. As queimadas são tradicionalmente utilizadas nas atividades de agricultura e pecuária, para fins diversos, desde limpeza do pasto à abertura de clareiras para plantação. Atualmente a enorme maioria das queimadas é causada pelo homem. Além das conseqüências diretas em perdas da biodiversidade, as queimadas provocam a liberação de uma enorme quantidade de gases, principalmente o CO2 na atmosfera. As queimadas são fatores de desequilíbrio do ciclo, pois fazem o fluxo de carbono do meio biótico para o abiótico ser mais intenso do que o oposto.

Queima de combustíveis fósseis:

Os combustíveis fósseis formam imensos reservatórios de carbono que se encontram abaixo da superfície terrestre. Os combustíveis fósseis e seus derivados são a principal fonte energética utilizada pelos homens. O gás e o carvão mineral são utilizados em larga escala nas termoelétricas, e os derivados do petróleo, tais como a gasolina, o óleo diesel e o querosene, são usados como combustíveis para a grande maioria dos meios de transporte e máquinas mecanizadas.

A queima de combustíveis fosseis e seus derivados é altamente energética e resulta em liberação de CO2 na atmosfera. Como a fossilização é um processo extremamente lento, a queima desses combustíveis provoca grande desequilíbrio no ciclo, pois libera na atmosfera carbono que estava armazenado abaixo da superfície numa velocidade muito maior do que ele retorna a este estado. Consequentemente há um aumento da concentração de carbono na atmosfera, provocando uma acentuação do efeito estufa (será tratado posteriormente).

Queima de combustíveis vegetais:

Este tópico é importante para compreendermos porque a queima de combustíveis fósseis é mais prejudicial ao ambiente do que a queima de combustíveis vegetais.

A queima de substâncias vegetais resulta em liberação de CO2 na atmosfera, no entanto, devemos nos lembrar que o carbono presente nessas substâncias é originário do processo de fotossíntese realizado pelas plantas. Assim, na queima de combustíveis vegetais o carbono absorvido na fotossíntese é liberado durante a queima, resultando em um saldo nulo, enquanto na queima de combustíveis fosseis o carbono liberado é proveniente de uma reserva que levará milhões de anos para se recompor.

Liberação de metano e outros gases na criação de animais:

Como dito anteriormente a decomposição e a respiração promove a passagem do carbono do meio biótico para o abiótico. Os animais domesticados pelo homem, principalmente os grande herbívoros tais como bois, búfalos e cavalos, podem causar aumento da concentração de carbono na atmosfera pela liberação de gases gerados pela digestão dos alimentos, decomposição de excreções, respiração e outros. O processo de digestão da celulose em herbívoros gera grande quantidade de gás metano (CH4) e é apontado como um importante fator de aumento da concentração de carbono atmosférico.

Morte maciça de organismos vivos:

Todas as atividades humanas que provocam morte de grande quantidade de organismos causam impacto no ciclo do carbono, pois resultam na passagem do carbono presente nestes organismos para a atmosfera, através do processo de decomposição.

Um exemplo disso é a construção de barragens para hidroelétricas: o alagamento de grandes áreas causa uma emissão maciça de metano proveniente da decomposição dos organismos mortos neste alagamento.

Outro exemplo é o derramamento de produtos tóxicos em rios e oceanos causando morte em massa de seres vivos. 

Tópicos importantes relacionados ao Ciclo de Carbono:

Balanço de Carbono:

Chama-se balanço de carbono a razão entre a quantidade de carbono que é expelida na atmosfera e a quantidade que é retirada. Devido ao agravamento do efeito estufa, esse cálculo tem se tornado cada vez mais importante.

Anteriormente nós estudamos os processos que resultam na emissão de gases carbônicos, assim como os que provocam a absorção destes. Quando o carbono é absorvido pelo meio biótico ele gera a produção de biomassa, porém quando essa biomassa é decomposta / queimada, este carbono é novamente emitido na atmosfera. Geralmente os ecossistemas maduros apresentam um equilíbrio entre absorção e emissão de carbono, resultando num balanço de carbono nulo. Ou seja, todo o C absorvido na fotossíntese é emitido na respiração dos seres vivos ou na decomposição da matéria orgânica.

Caso haja maior absorção de carbono do que emissão, podemos esperar um aumento da biomassa no ambiente. Este processo é conhecido como Seqüestro de Carbono. Isto ocorre em florestas recentes ou ambientes em expansão, cuja biomassa total esteja em crescimento. A fossilização também é um processo de seqüestro do carbono, no entanto, ocorre em ritmo muito lento.

Efeito Estufa:

A Terra recebe grande quantidade de energia na forma de luz solar o tempo todo. Uma parte dessa energia é absorvida pelo ambiente ou pelos seres vivos, causando o aquecimento do planeta e permitindo a ocorrência da fotossíntese. Outra parte da energia é refletida pela superfície terrestre na direção do espaço.

Como dito nos tópicos anteriores, uma boa parte do carbono do planeta se encontra na forma de gases da atmosfera, principalmente de CO2. Estes gases possuem a capacidade de refletir a luz solar. O efeito estufa é o fenômeno que ocorre quando os gases atmosféricos refletem novamente a energia na direção da terra. Isto faz com que, parte do calor que seria irradiado para o espaço, fique retida no planeta.

Resumidamente: a luz solar vem do espaço em direção a terra, é refletida pela superfície em direção ao espaço, mas e novamente refletida para o planeta pelos gases do efeito estufa. O fenômeno se parece com o funcionamento de uma estufa, por isso o nome. Nessa estrutura, a luz solar entra através do vidro transparente, mas o calor é retido por esse mesmo vidro.

Esquema explicativo do Efeito Estufa.

O efeito estuda é um fenômeno natural e essencial para o equilíbrio dos ecossistemas. Se não fosse por ele o planeta seria muito mais frio e sofreria grandes variações diárias de temperatura. Mesmo em dias quentes, as noites seriam geladas, pois o calor não ficaria retido na atmosfera. O principal gás causador do efeito estufa é o CO₂, por estar presente em maior quantidade na atmosfera, no entanto, o CH₄ é capaz de refletir muito mais energia do que aquele.

Posteriormente falaremos do problema ambiental que é o agravamento do efeito estufa. É importante entender que o efeito estufa é um fenômeno natural, mas a emissão descontrolada de gases (principalmente CO₂ e CH₄) faz com que ele seja acentuado, provocando aumento da temperatura global.

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)

Ecologia - Fluxo de Energia e Matéria no Ecossistema

INTRODUÇÃO: 

As relações alimentares entre os seres vivos criam um fluxo de energia e matéria pelo ecossistema. Os organismos autótrofos são responsáveis pela produção da matéria orgânica e os seres heterótrofos incorporam essa matéria através do consumo, resultando em um fluxo através dos níveis tróficos.

Para a produção da matéria orgânica os organismos produtores necessitam absorver alguma forma de energia. Os fotossintetizantes utilizam a energia solar, enquanto os quimiossintetizantes utilizam a energia química de substâncias inorgânicas. Esta energia é transformada em energia química nos nutrientes orgânicos produzidos. Assim, a energia luminosa incorporada por uma planta vai virar energia química numa molécula de glicose. Essa mesma energia pode depois ser usada pela planta na respiração ou ser incorporada na estrutura desse organismo, posteriormente esta pode ser ingerida por algum herbívoro, passando assim para o próximo nível trófico na cadeia alimentar.

Os seres vivos necessitam de energia para realizar suas funções vitais. Dessa forma, a transferência da energia de um nível trófico para outro nunca é completa. Um herbívoro jamais poderá absorver toda a energia produzida pelos produtores, já que estes próprios já utilizaram parte dela em suas funções vitais. Além disso, boa parte da matéria ingerida pelos consumidores não é digerida e é eliminada sem absorção completa dos nutrientes, resultando em diminuição da energia entre um nível trófico e outro.

É importante lembrar que a energia jamais é perdida, somente transformada. Assim a energia luminosa vira energia química na fotossíntese, depois esta pode virar energia térmica ou cinética na realização das funções vitais de um ser vivo.

  

PRODUTIVIDADE:

Refere-se à quantidade de biomassa produzida por determinada entidade (espécie, nível trófico, população, etc...) em determinado período de tempo. O estudo da produtividade dos níveis tróficos é importante para compreender o fluxo de energia e matéria no ecossistema, pois permite determinar quanto da energia de um nível inferior é incorporada no nível superior. Exemplificando: sabendo quanto de biomassa de grama e quanto de biomassa de vaca foi produzida num pasto, é possível calcular a eficiência na transferência de matéria entre estes organismos.

Dois tipos de produtividade são essenciais no estudo de ecologia:

Produtividade Primária: Representa a razão da energia luminosa (ou química) recebida que foi transformada em energia química pelos produtores. Em alguns casos não é apresentada como uma razão, mas sim como a quantidade total de biomassa / energia produzida no ecossistema.

Produtividade Secundária: Representa a razão da energia produzida no ecossistema que é incorporada pelos herbívoros. Em alguns casos é apresentada como a quantidade total de energia / biomassa incorporada pelos consumidores primários (herbívoros).

Outra importante maneira de classifica a produtividade é em Bruta ou Líquida. A produtividade bruta representa o total de biomassa / energia produzido, enquanto a líquida representa só aquilo que foi incorporado na estrutura corporal do organismo, descontando assim o total que foi utilizado na respiração e na manutenção das funções vitais.

Fluxo de energia nos primeiros níveis tróficos.

Na figura acima:

A produtividade primária bruta é toda a energia solar que é convertida em energia química pelo capim de um pasto.

A produtividade primária líquida é o total desta que não foi utilizado nas funções vitais do capim, ou seja, aquilo que foi incorporado na estrutura corporal destes produtores e que está disponível para o consumo das vacas.

A produtividade secundária é: quanto desta energia disponível as vacas conseguiram absorver através do consumo.  

INTRODUÇÃO ÀS PIRÂMIDES ECOLÓGICAS:

As pirâmides ecológicas são uma maneira gráfica muito utilizada de representar e analisar a estrutura dos ecossistemas. Assim como as cadeias e teias alimentares, elas ilustram as relações alimentares entre os organismos, mas diferente daquelas, as pirâmides permitem uma análise quantitativa e não qualitativa deste consumo.

Enquanto as cadeias e teias alimentares nos informam quais organismos consomem quais, as pirâmides nos falam sobre quanto de matéria e energia é transferido entre estes níveis tróficos.

Numa pirâmide ecológica, os níveis tróficos são representados em ordem de baixo para cima.

PIRÂMIDES DE NÚMERO:

As pirâmides de número são extremamente simples e nos mostram a quantidade de consumidores em uma cadeia alimentar proporcionalmente à quantidade de organismos consumidos para sua sobrevivência. 

Pirâmide de Número

 
A pirâmide de número da figura acima informa que são necessários 10000 indivíduos de capim para alimentar 1000 indivíduos de gafanhoto, que por sua vez podem alimentar 100 pássaros pequenos e estes servem de alimento para 1 coruja.

É possível que, em uma pirâmide de número, um nível trófico superior seja mais largo do que o inferior, resultando numa pirâmide de formato invertido. Isso ocorre, por exemplo, quando o produtor é uma planta grande e o consumidor primário é um animal pequeno. Nesse caso, uma só planta pode servir de alimento para vários indivíduos herbívoros. Esse tipo de pirâmide também é comum quando representa a relação de parasitismo, pois em geral, vários parasitas podem se alimentar de um mesmo hospedeiro. 

Pirâmide de Número com Forma Invertida.

 
PIRÂMIDES DE BIOMASSA:

As pirâmides de biomassa ilustram a quantidade de biomassa encontrada em cada nível trófico de uma comunidade. Na maioria das vezes possuem a conformação normal de uma pirâmide, na qual os níveis inferiores são mais largos do que os superiores. Assim, os produtores apresentam maios biomassa do que os herbívoros, estes mais do que os consumidores secundários e daí por diante. 

Pirâmide de Biomassa.

Assim como as de número, as pirâmides de biomassa podem apresentar conformações atípicas em determinadas situações. Em comunidades aquáticas, por exemplo, os consumidores primários geralmente possuem maior biomassa total do que os produtores. Isto ocorre porque os produtores apresentam alta taxa de reprodução e baixa expectativa de vida. Assim, embora instantaneamente a biomassa total destes seja menor do que a dos consumidores, a sua velocidade de produção de biomassa é muito maior.

PIRÂMIDES DE ENERGIA:

As pirâmides de energia representam a quantidade de energia que é incorporada nos níveis tróficos de uma comunidade em determinado período de tempo. Como explicado anteriormente, a eficiência na transferência de energia entre os níveis nunca é completa, por isso os níveis inferiores na pirâmide são sempre mais largos do que os superiores.

Como são baseadas na quantidade de energia incorporada pelos organismo num local em um período de tempo, a unidade utilizada é: unidade de energia / área x tempo; ex: kcal / m² . ano.

Pirâmide de Energia.

 A análise das pirâmides de energia fornece explicação de porque é rara a existência de muitos níveis tróficos em uma cadeia alimentar. À medida que “subimos” na pirâmide percebemos que os níveis são cada vez mais finos em relação à base, ou seja, possuem menos energia. A existência de consumidores em níveis tróficos elevados é dificultada pela baixa quantidade de energia disponível a estes organismos.

  

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)

 

Ecologia - Cadeias e Teias Alimentares

 INTRODUÇÃO:

              

Os ecossistemas são constituídos pela comunidade de seres vivos presentes no ambiente (fatores bióticos) e pelos fatores abióticos, tais como a estrutura física e geológica do ambiente, as condições ambientais e os recursos inorgânicos disponíveis.

 Os organismos pertencentes à uma comunidade interagem uns com os outros através de Relações Ecológicas (explicadas em outro post). A maior parte destas interações envolve a obtenção de recursos alimentares, sendo que em algumas delas há a utilização de outro organismo como alimento. Esse processo de consumo de um organismo por outro cria um fluxo de nutrientes, energia e biomassa dentro do ecossistema.
 

Os seres vivos componentes de uma comunidade podem ser classificados, de acordo com o modo de obtenção de alimentos, em 3 grupos:

Produtores:

São organismos capazes de produzir o próprio alimento a partir de substâncias inorgânicas presentes no ambiente. Estes organismos são também chamados de autótrofos, e para realizarem esta síntese necessitam de algum tipo de energia externa. Os produtores, como já diz o nome, são responsáveis pela produção de toda a biomassa e matéria orgânica de um ecossistema.

A maior parte deste grupo é composta por seres fotossintetizantes que utilizam a energia proveniente da luz solar para sintetizar os compostos nutritivos, tais como os vegetais e as algas verdes. Também faz parte deste grupo os organismos quimiossintetizantes que sintetizam os compostos orgânicos através da energia química da oxidação de substâncias minerais, por exemplo, as ferrobactérias, sulfobactérias e nitrobactérias que usam a energia de oxidação do ferro, enxofre e nitrogênio, respectivamente.

Consumidores:

São organismos incapazes de produzir o próprio alimento (heterótrofos) e se alimentam de outros seres vivos. Os consumidores podem obter alimento através do consumo de seres produtores (herbívoros) ou de outros consumidores (parasitas e predadores). Estes organismos são os principais promotores do fluxo de matéria e energia no ecossistema. Faz parte deste grupo a maioria dos animais, e grande parte das bactérias e protozoários.

Decompositores: 

São organismos heterótrofos assim como os consumidores, porém não se alimentam de outros seres vivos, e sim da matéria orgânica liberada no meio através da excreção ou morte destes organismos. O processo de decomposição da matéria orgânica provoca a liberação de nutrientes inorgânicos no meio, disponibilizando estes para serem usados novamente pelos produtores. Assim sendo, os decompositores são essenciais na reciclagem de nutrientes inorgânicos no ecossistema. Os principais componentes deste grupo são os fungos e as bactérias decompositoras.

CADEIAS ALIMENTARES:

Como dito anteriormente, os ecossistemas apresentam um fluxo de energia e nutrientes entre os diferentes grupos de organismos. A produção, consumo e decomposição da matéria orgânica resultam na formação de uma cadeia alimentar, na qual os organismos funcionam como etapas no ciclo destes nutrientes. Estas etapas são denominadas Níveis tróficos. As cadeias alimentares podem apresentar diferentes quantidades de níveis tróficos, pois o número de níveis de consumidores é variável entre os ecossistemas.

	Nível Trófico	Ação na cadeia alimentar
1º	Produtores	Sintetizam a matéria orgânica.
2º	Consumidores Primários	Se alimentam dos produtores.
3º	Consumidores Secundários	Se alimentam dos consumidores primários.
4°	Consumidores Terciários	Se alimentam dos consumidores secundários.
5º	Decompositores	Decompõem a matéria orgânica proveniente dos demais níveis tróficos.

O esquema acima é apenas uma generalização das cadeias alimentares. Vários ecossistemas possuem apenas 2 níveis de consumidores. Já a presença de muitos níveis de consumidores não é comum, pois existe uma perda de energia à medida que esta flui entre os níveis tróficos. É importante perceber que os decompositores não utilizam apenas a matéria orgânica proveniente dos consumidores terciários, mas sim de toda a cadeia alimentar. 

Quando uma espécie apresenta variações na sua alimentação ela pode atuar em diferentes níveis tróficos. Os seres humanos, por exemplo, são consumidores primários quando se alimentam de vegetais, consumidores secundários quando se alimentam de bois e consumidores terciários quando se alimentam de porcos e galinhas (em alguns casos, pois estes animais são onívoros).

Cadeia alimentar na qual o homem é consumidor primário.

Cadeia alimentar na qual o homem é consumidor secundário.

Cadeia alimentar na qual o homem é consumidor terciário.

TEIAS ALIMENTARES:

Como demonstrado nas figuras anteriores, um organismo pode apresentar alimentação variada e, consequentemente, ocupar diferentes posições em diferentes cadeias alimentares. O simples estudo destas cadeias não nos permite compreender a complexidade das relações de consumo dentro de um ecossistema, sendo necessário para isso analisar a maneira como estas cadeias se cruzam.

Como a mesma espécie pode se alimentar de maneira diversa ou servir de alimento para mais de um tipo de organismo, o fluxo da biomassa no ecossistema apresenta diversos caminhos alternativos. Para uma melhor visualização desse fenômeno, os ecólogos cunharam o conceito de teia alimentar. Ao contrário da cadeia, a teia alimentar não se apresenta como um fluxo retilíneo e único, mas se parece mais com um emaranhado de cadeias alimentares que se cruzam em vários pontos e nas quais os organismos podem estar em diferentes níveis tróficos.

Dado a complexidade das relações em um ecossistema, as teias alimentares são essenciais no estudo do fluxo de energia e biomassa dentro destes. Dificilmente um ecossistema apresentará uma cadeia alimentar simples que não se cruze em ponto algum com outra.

Possível teia alimentar em ecossistema brasileiro.

Na teia alimentar acima, percebam que várias espécies atuam em diferentes níveis tróficos ao mesmo tempo, por exemplo, a Coruja pode ser consumidor secundário ao predar a Cotia ou consumidor terciário ao predar o Sapo.

É importante destacar também o papel da Onça Pintada que é um predador de topo. Não há predadores naturais da Onça Pintada, e ela pode estar em diferentes níveis tróficos de consumidora, no entanto, está sempre no topo da cadeia alimentar. A biomassa desses animais não é transferida para outros através do consumo, mas pode ser reciclada pela ação de animais carniceiros ou decomposta, disponibilizando nutrientes inorgânicos aos produtores destes ecossistema. 

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)

Ecologia - Relações Ecológicas

DEFINIÇÃO:

Todos os seres vivos que conhecemos habitam a camada de algumas dezenas de quilômetros, que circunda a terra, denominada biosfera. Como conseqüência disto, nenhum organismo vivo permanece completamente isolado, mas interage com outros, pertencentes ou não a mesma espécie. As diversas formas como os seres interagem entre si são denominadas Relações Ecológicas ou Interações Biológicas.

INTRODUÇÃO:

Os organismos dependem de diversos recursos para seu desenvolvimento, sobrevivência e reprodução. As maneiras como os seres vivos se relacionam uns com os outros está altamente ligada a este fato, pois todos habitam o mesmo planeta, com recursos finitos, e interagem entre si nas diferentes maneiras de obter estes recursos. Assim, alguns organismos se relacionam por buscarem os mesmos recursos e competir por estes enquanto outros se ajudam mutuamente obtendo maior quantidade de recursos para ambos; alguns se aproveitam dos recursos captados por outros seres vivos, economizando sua própria energia, enquanto outros fazem dos demais organismos os recursos necessários. Enfim, diversas são as formas de relacionamento entre os seres vivos, mas a maior parte delas está relacionada à maneira destes seres obterem os recursos que necessitam para sobreviver. 

As relações ecológicas são classificadas como harmônicas ou desarmônicas. As relações harmônicas são aquelas em que não há prejuízo para nenhum dos organismos envolvidos. Já as desarmônicas são àquelas em que uma ou ambas as partes envolvidas sofrem prejuízos na interação. É importante salientar que quando falamos em prejuízo nas relações desarmônicas nos referimos a prejuízos individuais. Muitas vezes a população e, principalmente, a comunidade como um todo é beneficiada. Estas relações são essenciais na manutenção do equilíbrio de um ecossistema.

Outra importante característica para a classificação das relações ecológicas é a intra/inter-especificidade. Interações intra-específicas são aquelas que envolvem organismos da mesma espécie, enquanto as inter-específicas são aquelas que ocorrem entre indivíduos de espécies diferentes.

Neste post usarei os dois modos de classificação, apresentando os grupos de interações na seguinte ordem: harmônicas intra-específicas, harmônicas inter-específicas, desarmônicas intra-específicas e desarmônicas inter-específicas. Obviamente, existe um número enorme de relações ecológicas e cada uma delas pode ser dividas em subtipos. Adiante explicarei aquelas que são mais importantes e fazem parte do conteúdo de Ecologia do Ensino Médio. Para facilitar a compreensão utilizarei os seguintes símbolos:

(+/+) - Relações ecológicas nas quais ambas as partes são beneficiadas.

(+/-) - Relações ecológicas nas quais uma parte é beneficiada enquanto outra sofre prejuízo.

(+/0) - Relações ecológicas nas quais uma parte é beneficiada enquanto outra não é, nem beneficiada, nem prejudicada.

(-/-) - Relações ecológicas nas quais ambas as partes são prejudicadas. 

RELAÇÕES HARMÔNICAS INTRA-ESPECÍFICAS:

Sociedade (+/+):

A sociedade é um tipo de relação intra-específica na qual os indivíduos se agrupam obtendo vantagens para o grupo como um todo. É comum, dentro de sociedade, que haja divisão do trabalho e especialização de indivíduos em funções determinadas. Num formigueiro de formigas sociais, por exemplo, alguns indivíduos são especializados em cortar folhas, outros em proteger o formigueiro, outros em alimentar as larvas e outros em se reproduzir (rainhas). Nas sociedades, os indivíduos não estão conectados anatomicamente ou fisiologicamente, podendo ser isolados sem danos físicos. Porém, a dependência destes para o seu grupo pode ser tão grande, que o isolamento leva a morte por incapacidade dos indivíduos de se alimentarem ou se protegerem quando sós. 

Sociedades em que os indivíduos apresentam diferenças genéticas e morfológicas adaptadas às suas funções são denominadas heteromorfas, já as sociedades em que isso não ocorre são chamadas isomorfas.

Exemplos: 

Sociedade Heteromorfa: Diversos insetos apresentam hábitos sociais com forte divisão de funções e na maioria das vezes, acompanhada de diferenças morfológicas entre os indivíduos. Geralmente, os formigueiros apresentam formigas operárias, soldados e rainhas; cada uma delas com morfologia especializada à sua função: as operárias possuem mandíbulas apropriadas ao corte de folhas, os soldados são maiores e com mandíbulas prontas a defender o formigueiro e as rainhas são ainda maiores e as únicas formigas capazes de se reproduzir na sociedade. Semelhantemente ocorre em sociedades de cupins, abelhas, marimbondos, etc...

Formigas de uma sociedade heteromorfa.

Sociedade Isomorfa: Varias espécies de peixes, aves e mamíferos também formam sociedades. Nestes casos, geralmente não há diferenças genéticas e morfológicas entre os indivíduos de diferentes funções. Os primatas, geralmente, formam sociedades, mas a definição das funções ocorre através de outros meios, tais como disputas físicas, e não por mecanismos puramente genéticos. O próprio homem é um exemplo de animal que forma sociedades isomorfas.

Colônia (+/+):

Assim como as sociedades, são relações intra-específicas em que há o benefício de todas as partes envolvidas. A grande diferença desta relação para a sociedade é que nas colônias os indivíduos apresentam conexão anatômica e fisiológica, ou seja, estão estruturalmente ligados e são extremamente dependentes, uns dos outros.

Dentro das colônias pode ou não haver separação de funções entre os indivíduos, e assim como as sociedades, as colônias podem ser isomorfas ou heteromorfas. Isomorfas quando todos os indivíduos são morfologicamente semelhantes e heteromorfas quando estes apresentam adaptações anatômicas que definem sua função no grupo.

Exemplos: colônias de cnidários que formam os corais; colônias de esponjas; a surpreendente caravela que, a primeira vista parece um indivíduo somente, porém é uma colônia heteromorfa formada por celenterados; colônias isomorfas de protozoários ou de bactérias; etc...

RELAÇÕES HARMÔNICAS INTER-ESPECÍFICAS:

Mutualismo (+/+):

O mutualismo é uma relação inter-específica em que indivíduos de espécies diferentes apresentam forte dependência entre si. Estes organismos se encontram associados anatomicamente e/ou fisiologicamente, de maneira que não podem sobreviver quando separados. As vantagens que os indivíduos obtém com o mutualismo podem ser, desde alimentação (mais comum) à defesa contra predadores. Alguns exemplos de mutualismo são extremamente importantes para o estudo da ecologia dos ecossistemas, tais como os liquens, as micorrizas, e os microorganismos presentes em animais ruminantes.

O termo simbiose é tratado como sinônimo de mutualismo na maioria dos materiais didáticos voltados a estudantes do Ensino Médio.

 Exemplos importantes:

·   1) Algas e Fungos: Formam as estruturas denominadas liquens, e o grau de união entre os indivíduos é tão grande, que muitas vezes o produto desta interação é tratado como um só organismo. As algas são seres autótrofos, enquanto os fungos são heterótrofos. Nesta interação os fungos são beneficiados pela produção de matéria orgânica realizada pelas algas através da fotossíntese, estas, por sua vez, são beneficiadas pela manutenção de um ambiente úmido, protegido e rico em sais minerais, ideal para a sua sobrevivência e reprodução. As vantagens obtidas são tão grandes que permitem a sobrevivência de liquens em locais que dificilmente seriam colonizados por algas e fungos não mutualistas.

·    2) Fungos e Vegetais: Algumas espécies de plantas realizam uma associação com fungos nas regiões de suas raízes, denominada micorriza. As plantas envolvidas nesta interação são beneficiadas por um aumento na absorção de água e nutrientes provocado pela ação dos fungos; já os fungos recebem nutrientes produzidos pelas plantas através da fotossíntese.

·   3) Plantas leguminosas e bactérias: As plantas são incapazes de fixar o nitrogênio da atmosfera sozinhas. Este elemento é extremamente importante e sua escassez pode provocar a morte destas plantas. As plantas leguminosas realizam uma relação de mutualismo com bactérias capazes de realizarem a fixação do nitrogênio. Com essa associação, as leguminosas passam a dispor do nitrogênio necessário às suas funções, e as bactérias se beneficiam de uma proteção contra o oxigênio atmosférico, já que este pode ser extremamente tóxico à estes microorganismos.

·   4) Mamíferos herbívoros e microorganismos capazes de digerir celulose: Embora os mamíferos herbívoros se alimentem de vegetais, eles são totalmente incapazes de digerir celulose sozinhos. Para realizar a digestão, eles “cultivam” grande quantidade de microorganismos dentro de seu trato digestivo. São estes microorganismos que possibilitam aos herbívoros retirarem a energia necessária à sua sobrevivência dos vegetais ingeridos. Em “troca”, os microorganismos recebem nutrientes, proteção e ambiente propício à sua sobrevivência.

Mutualismo entre herbívoro e bactérias que digerem celulose.

Protocooperação (+/+):

Nesta relação, indivíduos de espécies diferentes interagem de maneira que ambos são beneficiados. A diferença entre esta interação e o mutualismo é que na protocooperação os indivíduos não estão ligados anatomicamente ou fisiologicamente, sendo menos dependentes e podendo sobreviver separados uns dos outros.

Exemplos: Um caso bem conhecido de protocooperação é a relação entre um tipo de crustáceo chamado paguro e a anêmona-do-mar. As anêmonas são animais urticantes, e podem causar graves queimaduras caso tocadas. Os paguros frequentemente carregam anêmonas sobre conchas de moluscos que eles utilizam como abrigos, o que lhes dá maior proteção contra predadores, pois estes evitam se aproximar das anêmonas. Já as anêmonas se beneficiam do deslocamento garantido pelo paguro, já que são animais fixos, incapazes de deslocarem sozinhas.

 

Comensalismo (+/0):

A palavra comensal significa literalmente companheiro de alimentação. Assim, o termo comensalismo surgiu representando a interação de seres vivos que se beneficiam dos restos alimentares de outros, sem causar prejuízo ou benefício a estes. Atualmente, no entanto, boa parte dos autores considera que todas as relações ecológicas que resultam no benefício de apenas uma parte sem prejuízo para outra deve ser considerada comensalismo, mesmo que o benefício não seja consumir os restos alimentares e outro organismo. Neste material farei separação destes últimos casos em Inquilinismo, Epibiotismo e Forésia, deixo, porém o alerta de que em outros materiais didáticos estes podem estar incluídos dentro do conceito de comensalismo.

Exemplos: As hienas são classicamente citadas como comensais, pois se alimentam dos restos de presas abatidas por leões, no entanto, em determinadas situações elas podem atacar os leões, causando prejuízos a estes e não agindo como comensais nestes casos; urubus e animais carniceiros em geral; Entamoeba coli: um protozoário que se alimenta no intestino humano de restos alimentares digeridos.

Inquilinismo (+/0):

A relação ecológica realizada por seres que vivem dentro de outros sem, no entanto, trazer qualquer prejuízo ou benefício para o hospedeiro. O inquilino em geral se beneficia da proteção conferida pelo corpo do hospedeiro. 

Exemplo: O peixe agulha possui o hábito de se abrigar dentro do tubo digestivo de pepinos-do-mar quando percebe que está em perigo, sem provocar danos aos hospedeiros.

 

Epibiotismo (+/0):

Nesta interação seres vivos utilizam outros como suporte e habitat. Este modo de vida é muito comum entre plantas de florestas que crescem sobre o tronco de árvores maiores, se beneficiando da maior disponibilidade de luz. Quando ocorre em plantas é chamado de epifitismo.

Exemplos: Orquídeas e bromélias epífitas que crescem sobre o tronco de árvores.

Forésia (+/0):

É a interação em que um organismo utiliza outro como meio de locomoção, sem trazer prejuízo ou benefício a este.

Exemplos: O mosquito da dengue (Aedes aegypti) carrega o vírus da Dengue sem sofrer nenhum malefício nesta relação; a rêmora que se prende a tubarões.

 

RELAÇÕES DESARMÔNICAS INTRA-ESPECÍFICAS:

Competição Intra-específica (-/-):

A competição é o tipo de interação que ocorre quando dois ou mais organismos necessitam de um mesmo recurso cuja quantidade é limitada. Quando estes organismos pertencem à mesma espécie esta é denominada intra-específica. Esta interação resulta em prejuízo para ambas as partes porque dificulta a obtenção dos recursos, já que estes precisam ser “disputados” pelos competidores.

Tudo àquilo que é utilizado pelos seres vivos e possui quantidade limitada pode ser alvo de competição, por exemplo: o território e a água para a maioria dos organismos, os sais minerais do solo para as plantas, as presas para os predadores, as plantas para os herbívoros, as nossas células para os vírus que nos infectam, etc... Essa relação ecológica é muito importante no estudo das populações, pois influencia fortemente a ecologia destas.

Um tipo muito interessante de competição intra-específica é a competição sexual. Nos mamíferos essa interação é muito comum e, geralmente, os machos disputam as fêmeas, através de rituais de acasalamento ou de enfrentamentos violentos. Nestes casos as fêmeas são o recurso alvo da competição intra-específica.

É importante destacar que só ocorre essa interação em recursos de quantidade limitada. Dessa forma, não existe competição por água salgada no oceano, pois a quantidade desta é mais do que o suficiente para as necessidades de todos os seres marinhos; no entanto, pode existir competição por luz em uma floresta, já que as árvores mais altas tampam a passagem da luz impedindo seu acesso por outras plantas menores.

Canibalismo (+/-): 

O canibalismo é uma relação de predação intra-específica. Ocorre quando um organismo mata e se alimenta de outro da mesma espécie. Esta interação é extremamente comum em algumas espécies, enquanto, em outras pode ocorrer somente em situações especiais, tais como escassez de alimento ou superpopulação. Em algumas espécies ocorre o canibalismo dos indivíduos menores ou doentes pelos maiores ou sadios. 

Um exemplo famoso dessa interação é o que ocorre na espécie de aranha popularmente chamada de Viúva Negra. Nesta espécie, após o acasalamento, é comum a aranha fêmea (que possui um tamanho muito maior do que o macho) se alimentar do macho, sendo este o motivo do nome popular desta aranha. Ao se alimentar do macho a aranha obtém nutrientes que serão importantes no desenvolvimento dos filhotes que serão gerados. 

Se o macho da Viúva Negra não ficar esperto ele pode virar o almoço.

RELAÇÕES DESARMÔNICAS INTER-ESPECÍFICAS:

Competição Inter-específica (-/-):

 

Como explicado no tópico “Competição Intra-específica”, a competição é o tipo de interação que ocorre quando dois ou mais organismos necessitam de um mesmo recurso cuja quantidade é limitada. A única diferença neste caso é que os organismos competidores pertencem a espécies diferentes. A competição, provavelmente é a interação mais comum e que mais influencia na ecologia e evolução dos seres vivos, seja ela intra ou inter-específica.

Em uma floresta tropical, por exemplo, os indivíduos das várias espécies de árvores da comunidade competem pela água e os sais minerais do solo, pelo solo aonde vão se desenvolver, pelo gás carbônico necessário para realizarem fotossíntese, pela luz solar, pelo espaço que suas copas ocuparão e, em alguns casos, até mesmo pelos animais que polinizarão e dispersarão suas sementes.

Plantas de uma comunidade competindo por Luz Solar e, Água e Sais Minerais do solo.

Amensalismo ou Antibiose (+/-):

O amensalismo é uma relação desarmônica em que organismos de uma espécie secretam ou expelem substâncias que impedem o desenvolvimento e a sobrevivência de outros seres vivos. Os seres vivos que utilizam esta estratégia se beneficiam por impedirem que outros organismos realizem competição com eles pelos recursos disponíveis no local.

Um importante exemplo desta relação é a produção e liberação de antibióticos por fungos. Estes antibióticos impedem a proliferação de bactérias que poderiam ser prejudiciais a estes indivíduos. Estas substâncias são altamente utilizadas pelos seres humanos como remédios ou esterilizantes por provocar a morte de várias espécies de bactérias causadoras de doenças. Outro caso famoso de amensalismo é a liberação de substâncias tóxicas no solo pelos Eucaliptos, inibindo o desenvolvimento de outras plantas ao redor destes indivíduos.

Predação (+/-):

A predação é a relação ecológica em que um ser vivo mata e consome outro, obtendo assim os nutrientes necessários para sua sobrevivência e reprodução. Quando ocorre entre organismos da mesma espécie é denominado Canibalismo, porém é mais comum entre organismos de espécies diferentes. No predatismo um organismo faz do outro o recurso alimentar necessário.

Quando falamos em predadores, na maioria das vezes pensamos em grandes carnívoros como as onças, tigres, lobos e ursos, porém o predatismo é comum até mesmo entre seres microscópicos. O Brasil possui uma enorme variedade de peixes predadores (tucunaré, piranha, tubarão), aves predadoras (corujas, gaviões, dezenas de espécies de aves que se alimentam de insetos), répteis predadores (lagartixas, jacarés, calangos), insetos predadores (libélulas, louva-deus) e até mesmo plantas predadoras (as famosas plantas carnívoras que geralmente predam insetos).

Aranha predadora de insetos e outros pequenos animais.

Herbivoria (+/-):

Muitos autores tratam a herbivoria como um tipo de predatismo, no entanto, dado sua importância e suas características específicas preferi explicá-la como relação ecológica separada 

É a interação em que um ser vivo consumidor se alimenta de uma planta (produtor). Geralmente, o herbívoro não consome completamente o produtor, somente partes de seu organismo, no entanto o excesso de herbivoria frequentemente provoca a morte de plantas.Os herbívoros estão presentes virtualmente em todos os ambientes sendo fundamentais para os ecossistemas. Esta interação influencia fortemente a evolução das plantas já que estas, muitas vezes, desenvolveram defesas para evitar a herbivoria.  Alguns exemplos de seres herbívoros são os bois, veados e a anta (maior herbívoro brasileiro); gafanhotos, lagartas (larvas de borboletas) e muitos outros insetos; várias espécies de aves; e a preguiça. 

Gafanhoto: um inseto herbívoro.

Parasitismo (+/-):

  

Nesta relação ecológica um organismo (parasita) se instala no organismo de outro (hospedeiro), e deste retira os nutrientes necessários à sua sobrevivência e reprodução. Os parasitas, geralmente, não causam a morte imediata de seus hospedeiros, mas a longo prazo podem provocar grandes alterações morfológicas e fisiológicas, podendo assim levá-los a morte. 

Os parasitas são altamente dependentes dos hospedeiros e a morte deste geralmente resulta na morte daquele, por isso não é vantajoso para o parasita que o hospedeiro morra rapidamente, mas sim que viva e realize a dispersão do parasita. No entanto, alguns parasitas provocam altos índices de mortalidade, geralmente em situações específicas, tais como a superpopulação destes indivíduos dentro um mesmo hospedeiro. O parasitismo é um dos fatores mais fortes que influenciam a ecoligia e evolução dos seres vivos.

Os parasitas são classificados como: Ectoparasitas, Endoparasitas e Parasitas Intracelulares de acordo com sua localização no corpo do hospedeiro. 

Vírus: parasita intracelular.

Ectoparasitas: parasitas que vivem e se alimentam no exterior do organismo hospedeiro, tais como carrapatos, sanguessugas, piolhos, ervas-de-passarinho (planta parasita).

Endoparasitas: parasitas que vivem e se alimentam no interior do organismo hospedeiro, tais como a maioria dos vermes parasitas, bactérias patogênicas (causadoras de doenças), protozoários e bichos-de-pé.

Parasitas Intracelulares: parasitas que reproduzem dentro das células de outro organismo, tais como os vírus e alguns protozoários.

Erva-de-passarinho: uma planta ectoparasita.

Esclavagismo (+/-):

É um tipo de interação em que um ser vivo se aproveita da atividade e de produtos produzidos por outro ser vivo, e geralmente se estabelece de maneira forçada por um organismo mais forte sobre outros mais vulneráveis. Em alguns casos pode trazer benefícios a ambos os lados, pois o organismo mais “forte” pode oferecer proteção ao mais fraco, porém, mesmo nestes casos é considerada desarmônica pela maioria dos autores por ser imposta forçadamente.

O exemplo mais famoso é o de formigas que se alimentam de uma substância produzida por pulgões. Os pulgões se alimentam da seiva de plantas e liberam uma substância rica em açucares, extremamente atraentes as formigas. Nesta interação as formigas oferecem proteção contra predadores aos pulgões, porém limitam sua movimentação, impedindo-os de deixarem a área “controlada” pelas formigas.

A interação que os seres humanos realizam com animais domesticados para a alimentação é considerada por muitos autores um exemplo de esclavagismo, já que nós garantimos a alimentação e reprodução destes organismos e nos beneficiamos da carne e outros produtos produzidos pelos mesmos.

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)