FATORES ECOAMBIENTAIS LIMITANTES E REGULATRIOS Fundamentos de Ecologia

FATORES ECOAMBIENTAIS LIMITANTES E REGULATÓRIOS Fundamentos de Ecologia A Prof. Dr. Dakir Larara

Todos os serem vivos sofrem ação de vários fatores do ambiente em que vivem e o seu desenvolvimento depende desses vários fatores. Alguns fatores que influenciam os organismos (bióticos e abióticos): -Agentes climáticos = altitude, precipitação, temperatura -Agentes edáficos = relacionados ao solo -Agentes químicos = nutrientes -Agentes bióticos = parasitas, predadores

Esses fatores do ambiente são chamados de FATORES ECOLÓGICOS = Qualquer elemento ou condição do ambiente capaz de interferir na forma ou função de seus componentes. Dentre esses fatores ecológicos, em algumas ocasiões, alguns podem ser limitantes ou podem ser regulatórios. Limitantes Regulatórios

FATORES LIMITANTES Qualquer condição que se aproxime ou exceda os limites de tolerância de um organismo é chamada de condição limitante ou fator limitante. Um fator ecológico desempenha papel de fator limitante quando está ausente ou reduzido, abaixo de um mínimo crítico ou se excede o nível máximo tolerável. Exemplos: Lagos = Ca++ é um fator limitante Mar = PO 4 = fator limitante que regula a abundância do plâncton, e assim a produtividade do meio

Em 1840 o Barão alemão Justus von Liebig, foi o pioneiro no estudo dos efeitos de vários fatores sobre o crescimento das plantas. Ele propôs que, sob condições constantes “o crescimento de um organismo é limitado pelo elemento essencial que está presente na concentração inferior ao requerido por este organismo”, que ficou conhecido como “Lei do mínimo de Liebig”

LIMITE DE TOLER NCIA Não somente algo de MENOS pode ser um fator limitante, como proposto por Liebig, mas também algo DEMAIS (como por exemplo o nitrogênio, calor, luz e água). Os organismos têm um mínimo e um máximo ecológico, e a amplitude entre esses intervalos apresenta os limites de tolerância daquele organismo. O conceito de efeito limitante máximo e mínimo é chamado de lei de tolerância de Shelford. Entre os limites de tolerância se encontra o ótimo ecológico = ponto no qual o desenvolvimento e a reprodução atingem intensidade máxima.

Princípios auxiliares à lei de tolerância - Os organismos podem ter uma grande amplitude de tolerância para um fator e uma estreita amplitude para outro; - Os organismos com grandes amplitudes de tolerância a fatores limitantes provavelmente terão distribuição mais ampla; - Quando as condições não são ótimas para uma espécie em relação a um fator ecológico, os limites de tolerância podem ser reduzidos para outros fatores ecológicos. Ex. Nitrogênio no solo é limitante; a resistência da planta à seca pode diminuir (mais água para evitar que a planta murche);

- Os limites de tolerância e zona ótima para um fator físico variam frequentemente em pontos geográficos distintos; - Na natureza, nem sempre os seres vivos estão vivendo em condições ótimas em relação a um fator ecológico; - A época de reprodução é um período crítico fatores ambientais parecem ser mais limitantes. Os limites de tolerância de indivíduos reprodutivos, sementes, ovos, embriões, plântulas e larvas são geralmente mais estreitos que o das plantas e animais adultos não reprodutivos. Exemplo: siris azuis adultos podem tolerar água salobra com alto conteúdo de Na. Cl. Contudo, as larvas não toleram viver nessas águas e assim a espécie não pode se reproduzir nesse ambiente aquático com certa quantidade de salinidade.

Valência Ecológica É a capacidade que cada espécie tem de povoar/ocupar ambientes diferentes caracterizados por variações mais ou menos amplas dos fatores ecológicos. Regula diretamente as possibilidades de expansão dos organismos. Essas características são determinadas geneticamente e, assim, são específicas para cada espécie.

Para graus relativos de tolerância (valência ecológica), existem uma série de termos em ecologia que usam os prefixos esteno (estreito), e euri (amplo): Esteno (estreito) Euri (amplo) Estenotérmico Esteno- hídrico Estenoalino Estenofágico Estenoécio Euritérmico Euri-hídrico Eurialino Eurifágico Euriécio Esteno = fraca valência ecológica Euri = forte valência ecológica Fator Ecológico (tolerância) Temperatura Água Salinidade Alimentação Seleção de habitat

Espécies estenotópicas apresenta distribuição geográfica restrita, enquanto uma espécies euritópica apresenta ampla distribuição geográfica. Exemplo de uma espécie estenotópica (endêmica) Espécie de salamandra que só ocorre em algumas regiões da Califórnia Ambystoma californiense

Exemplo de uma espécie euritópica Espécie de mosquito do gênero Anopheles que ocorre em regiões tropicais e subtropicais – Brasil, Portugal e África.

Esses conceitos não se aplicam somente a indivíduos, mas também à comunidades e ecossistemas. EXEMPLO – os recifes de coral são muito estenotérmicos, ou seja, prosperam somente em uma estreita margem de temperatura. Uma queda de 2 o. C prolongada é estressante, causa “branqueamento” ou perda de algas simbióticas que possibilita a sobrevivência dos corais em águas com níveis baixos de nutrientes.

A evolução de limites estreitos de tolerância pode ser considerada uma forma de especialização que contribui para o aumento de diversidade na comunidade ou no ecossistema, ao passo que a evolução de limites amplos de tolerância pode ser considerada como promotora de espécies generalistas (menos suscetíveis às perturbações humanas).

Compensação de Fator e Ecótipos Os organismos podem se adaptar e modificar o ambiente físico para reduzir os efeitos limitantes de alguns fatores, como água, luz, temperatura e outras condições físicas de existência = COMPENSAÇÃO DE FATOR. Essa compensação é mais eficiente ao nível de comunidade, mas também ocorrem em espécies. As espécies com ampla distribuição geográfica quase sempre desenvolvem populações adaptadas localmente = chamadas de ECÓTIPOS. Ecótipos são subespécies geneticamente diferenciadas e que estão bem adaptadas a um conjunto de condições ambientais particular.

Apesar das características de tolerância de uma espécie serem geneticamente determinadas, no ecótipo pode ocorrer um fenômeno chamado de adaptação fisiológica. Esses ajustes fisiológicos para a compensação de um fator pode ocorrer sem fixação genética.

Relógio Biológico e Ritmo Circadiano Os organismos não só se adaptam ao ambiente, para tolerar as suas variações, mas também usam as periodicidades naturais do ambiente físico para marcar o tempo de suas atividades e “programar” seus ciclos de vida para que possam se beneficiar de condições favoráveis. Como os organismos fazem essa programação? Através de relógios biológicos = mecanismos fisiológicos de medida do tempo. A manifestação mais comum do relógio biológico é o RITMO CIRCADIANO = capacidade de cronometrar e repetir funções em função de um intervalo de 24 hrs.

Dia Estado químico de alerta Noite Estado químico de sono Estado químico de alerta Luz Ritmos: Fisiológico Comportamento Núcleo supra quiasmático A luz é absorvida pelos pigmentos do olho e é então transmitida à uma região específica do cérebro. A variação da intensidade luminosa controla a secreção de hormônios e assim, o organismo regula todo o metabolismo para funcionar de acordo com o horário do dia.

Produção de cortisol segundo a fase do dia em animais de hábitos diurnos. A linha vermelha representa a liberação de cortisol ou hormônios do estresse, e a azul a liberação de melatonina ou hormônios reparadores e de crescimento.

Uma comunidade inteira se torna programada para responder à essas variações do ambiente e aos seus ritmos (sazonalidade). Esses ritmos permitem que os organismos “programem” o melhor momento para se alimentar, florescer, reproduzir, migrar, hibernar, etc.

Exemplos: Caranguejos-chama-marés têm seus relógios acertados com as marés. Na maré baixa eles saem de suas tocas para se alimentar. Quando mantidos em condições de laboratório (no escuro e sem marés) eles se tornam ativos no horário de maré baixa. É como se o organismo se tornasse condicionado àquela condição.

Os organismos se condicionam ao tempo segundo as variações no comprimento do dia = FOTOPERÍODO = comprimento de um dia – no de horas de luz e de escuro. O fotoperíodo varia de acordo com a latitude = primavera e verão = dias mais longos e noites mais curtas e outono e inverno = dias mais curtos e noites mais longas. Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun

O fotoperíodo controla o relógio biológico dos organismos e dispara as sequências fisiológicas necessárias para alguns processos do desenvolvimento, como: -Crescimento e floração das plantas -Troca de pelos -Acúmulo de gordura -Migração e reprodução de aves e mamíferos -Início da hibernação -Dormência dos insetos Nos animais o sensor do foto período está nos olhos e as plantas possuem um receptor chamado de fitocromo.

Aves = migração e reprodução Acúmulo de gordura (hibernação) e reprodução Diapausa dos insetos

Florescimento de plantas Plantas de dias curtos e de dias longos

O controle da germinação de sementes e a metamorfose de insetos proporciona um controle da natalidade desses organismos e o nascimento em épocas mais propícias.

O fotoperíodo pode ser alterado por manipulação e humana, em casos de produção de plantas e animais. Produção de flores para comercialização Alteração do regime de luz em pesqueiros comerciais de truta pode antecipar o período reprodutivo em até 4 meses.

FATORES LIMITANTES FÍSICOS Além de fatores limitantes físicos, as inter-relações biológicas são também muito importantes. Mas, dentre os fatores que mais limitam o desenvolvimento dos organismos, destacam-se: -Temperatura -Luz -Água -Gases atmosféricos

Temperatura A vida pode existir em uma faixa ampla de temperatura!! Bactérias sobrevivem em locais tanto com temperaturas negativas e positivas; Peixes e insetos, por exemplo, sobrevivem em locais com 50 o. C. A amplitude da variação térmica é mais ampla em ambientes terrestres do que em ambientes aquáticos e, assim, os organismos aquáticos geralmente têm amplitudes de tolerância mais estreitas do que os animais terrestres.

Luz A luz tem um papel fundamental na produtividade de um ecossistema, pelo fato da fotossíntese só ocorrer em presença de luz - o que controla todo um ecossistema. Do ponto de vista ecológico, a qualidade da luz (comprimento de onda ou cor), a intensidade (energia real) e a duração (comprimento do dia) são importantes.

A visão de cores nos animais ocorre esporadicamente em diferentes grupos taxonômicos: - visão bem desenvolvida = algumas espécies de artrópodes (insetos, crustáceos), peixes, aves e mamíferos (somente mamíferos) As plantas e as comunidades conseguem se adaptar a diferentes intensidades luminosas, ao se tornarem plantas de sol ou plantas de sombra.

Água A água é um fator limitante em ambientes terrestres e aquáticos (caso a salinidade aumente muito). A distribuição de chuvas ao longo do ano é um dos fatores limitantes mais importantes para o ecossistema. A chuva tende a ser distribuída de forma desigual entre as estações do ano – estação seca e chuvosa. Os organismos devem ser capazes de suportar tais condições.

A umidade é um fator diretamente relacionado à água e que tem grande influência nos ecossistemas. A umidade tende a ser alta durante a noite e baixa durante o dia. A umidade, a luz e a temperatura ajudam a regular as atividades dos organismos e a limitar sua distribuição. Os animais podem regular suas atividades para evitar a desidratação mudando-se para lugares protegidos ou tornando-se ativos durante a noite.

Como as plantas não podem se mover para ambientes protegidos do sol, a principal forma de perda de calor é através da transpiração.

O solo é um fator que influencia diretamente na disponibilidade de água para o ecossistema. Solos mais arenosos retém menos água e solos com mais matéria orgânica e argila retém grande quantidade de água.

Água subterrânea A Terra contém 74% de toda a água existente no planeta. A segunda maior reserva de água são as águas continentais = águas subterrâneas. Apenas 1% está próximo à superfície (ao alcance das raízes), mas a maioria está a mais de 100 m de profundidade. Grande risco de contaminação.

Gases atmosféricos - A atmosfera, na maior parte da biosfera, é bem equilibrada; - Atualmente a atmosfera é composta por: 0, 03% de CO 2, 21% de oxigênio e 78% de nitrogênio. O CO 2 e o oxigênio são limitantes para muitas plantas superiores; - O aquecimento global (↑ CO 2) pode promover aumento da fotossíntese, mas ainda não se sabe muito bem os efeitos na comunidade; - O oxigênio é especialmente limitante em ambientes aquáticos com grande quantidade de matéria orgânica. Na água a concentração de oxigênio é cerca de 10% e sua solubilidade aumenta sob baixas temperaturas e diminui em alta salinidade.

Macro e micronutrientes Elementos essenciais para plantas e animais. Exemplos: -Moluscos e vertebrados = Cálcio para o esqueleto -Exigidos para fotossíntese = Mn, Fe, Cl, Zn, V (vanádio) -Exigidos para o metabolismo N = Mo, B, Co, Fe -Exigidos para funções metabólicas = Mn, B, Co, Cu, Si

Estresse antropogênico como fator limitante para as sociedades pós-modernas -Poluição do ar, da água e poluição térmica -Chuva ácida -Pesticidas