ECOLOGIA I

Uma definição contemporânea de “Ecologia” pode ser entendida como “o estudo científico das interações que determinam a distribuição e abundância dos organismos através do tempo”. Segundo o livro “Ecologia de Populações e comunidades” a palavra foi usada inicialmente por Ernest Haeckel, em 1869. O naturalista e biólogo definiu Ecologia como “o estudo científico das interações entre organismos e seu ambiente.” Conceito que sofreu alterações com C. J. Krebs, em 1872, o qual a definiu como “O estudo científico das interações que determinam a distribuição e abundância dos organismos.”, portanto, estritamente ligada ao processo evolutivo. Ao referirem-se a interações estão considerando as influências externas exercidas sobre o organismo, as quais são nomeadas como fatores bióticos e abióticos.

A existência de processos como os diversos nichos ecológicos, regulam o fluxo de energia e matéria, os quais são sustentados por indivíduos diversos, resultando na biodiversidade que garante a estruturação do sistema. O conceito biológico de Ecologia não está relacionado a ambientalismo ou sustentabilidade, para os ecologistas é importante compreender como a biodiversidade afeta o sistema.

Os níveis de organização ambiental obedecem a seguinte ordem:

Indivíduo ou organismo: Nível mais simples. Uma espécie de abelha, por exemplo.

Uma abelha é um exemplo de indivíduo/organismo
presente no ambiente. 

População: Pode ser definida como um grupo de indivíduos da mesma espécie que ocupam uma determinada área em determinado tempo e que apresentam alta probabilidade de cruzamentos entre si em comparação a outras populações. As populações podem ainda ser subdivididas em grupos denominado demes ou população genética (indivíduos em uma população que possuem alta probabilidade de cruzamento entre si). O conceito de população possui várias abordagens, a descritiva (baseada na descrição do mundo natural), abordagem funcional (relaciona-se à dinâmica energética e numérica dos sistemas ecológicos) e a evolutiva (relacionam-se a mecanismos remotos que explicam comportamentos das populações atuais).

Uma população de abelhas: indivíduos da
mesma espécie ocupando o mesmo espaço. 

Comunidade ou biocenose: As comunidades possuem propriedades coletivas, ou seja, são populações de indivíduos de espécies diferentes na mesma área interagindo entre si. Os organismos interagem em processos de mutualismo, parasitismo, predação e competição, o que significa que estas interações nem sempre são harmônicas para as espécies. Comunidade pode ser ainda definida como uma hierarquia de hábitats diversos.

Um dos maiores exemplos de comunidade é a
marinha, a qual abriga diferentes populações
de espécies interagindo de maneiras diversas.

Ecossistema ou sistema ecológico: Um ecossistema pode ser consderado como uma comunidade biológica (Fatores bióticos) junto a fatores abióticos, ou seja, o ambiente físico ao redor. A Ecologia de ecossistemas estuda a trajetória da energia ( proveniente do sol ou de outras fontes como o vento, chuva, marés e combustíveis) e da matéria em meio aos elementos vivos e não vivos.

A mata de araucárias é um ecossistema
do bioma que ocorre na região sul do Brasil. 

Biosfera: É o nível mais complexo, que inclui todos ecosssistemas existentes na terra. Na biosfera estão inseridos todos os organismos vivos que vivem no planeta e seus habitats. Inclui a superfície da terra, rios, lagos, mares, oceanos e parte da atmosfera. É somente neste espaço que a vida pode surgir e desenvolver-se, já que é o local onde se encontram gases necessários para as espécies como o oxigênio e nitrogênio.

A biosfera é a junção dos componentes terrestres
que permite o surgimento e desenvolvimento da vida. 

Componentes e Funcionamento dos Ecossistemas

Os principais constituintes de um ecossistema terrestre ou aquático são:

Fatores abióticos (a = não; bio = vida): Fatores físicos e químicos. Todas as influências que os elementos vivos ou organismos recebem dos constituintes do ambiente em que se inserem. Como, por exemplo, luz, temperatura, atmosfera, nutrientes minerais, etc.

Nutrientes como as vitaminas são fatores
abióticos encontrados no ambiente. 

A luz solar ou radiação também constitui o
ambiente como fator abiótico. 

Fatores bióticos (bio = vida): Elementos ou organismos vivos constituintes de um ambiente que limitam as populações em que se inserem. Por exemplo, animais, bactérias etc.

Bactéria é um fator biótico do ambiente que pode afetar
positivamente ou negativamente outros organismos
do ambiente. 

Fatores abióticos limitante da distribuição e abundância dos organismos vivos

São os fatores responsáveis pela diversidade das espécies em regiões diferentes, o que explica a existência de certas características em locais específicos, as quais estão ausentes em outros. As variações genéticas permitem que as espécies possam se adaptar aos ambientes (como foi tratado no último post sobre evolução II), essas mudanças, entretanto, estão condicionadas a fatores limitantes como: Temperatura, Umidade, pH, salinidade e recursos, sendo estes fatores abióticos.

Temperatura:

Este pode ser um fator limitante direto ou indireto no ambiente em diversos sentidos, como por exemplo, no controle da reprodução da espécie, no ciclo de vida, seu desenvolvimento etc. Um exemplo de como este fator é importante quando nos referimos a distribuição e abundância, é um artigo publicado pela UFRRJ, intitulado “Condições de ambiente favoráveis à germinação e à infecção de Puccina substriata var. Penicillariae em diferentes cultivares de milheto pérola”. Em um resumo bastante simplista, o que os cientistas perceberam foi que os urediniósporos (esporos da bactéria Puccina substriata var. Penicillariae responsável pela infecção) no milheto pérola (o qual é utilizado como palha, forragem, silagem e para a alimentação humana) desenvolvem-se com maior facilidade na faixa de temperatura de 19 e 22°C, ou seja, um dos fatores a que o crescimento dos urediniósporos está condicionado é a temperatura. Portanto, a gravidade e desenvolvimento da infecção nesta espécie de planta dependerá também desse fator. Em um exemplo mais simples, podemos citar o urso polar, o qual está adaptado a uma temperatura específica, o que significa que, caso o mesmo seja retirado deste ambiente, provavelmente pode vir a sucumbir em temperaturas mais altas. A temperatura é um fator abiótico limitante para esta espécie.

Imagem retirada do artigo Ocorrência da ferrugem (Puccinia substriata var. penicillariae)
 do milheto na região Oeste do Estado do Paraná.

Obs: É possível que as mudanças climáticas ocorrentes no planeta atualmente possam influenciar a distribuição e abundância de certas espécies.

Umidade:

A disponibilidade de água é um fator importante, já que muitas espécies dependem da umidade para reprodução e desenvolvimento (o caso das briófitas). A seca pode levar as espécies a morte ou a adaptação continua de sua estrutura (como os cactos encontrados em diversos locais carentes de umidade). Um local seco não necessariamente significa ser um local com ausência de água. Um solo pode estar saturado de água congelada a qual não será absorvida pelas plantas que sofrerão efeitos negativos. As características físicas e químicas dos líquidos ao qual espécies encontram-se também podem influenciar sua distribuição. Indivíduos de água doce possuem estruturas diferentes dos indivíduos de água salgada, isso significa que a umidade é um fator limitante do ambiente para estas espécies.

As espécies de briófitas dependem extremamente da
presença de umidade no ambiente., pois seus gametas
necessitam da presença de água suficiente para seu transporte.
Por conta disso, vemos briófitas (musgos) próximos a locais
com alta umidade. 

pH

pH significa potencial hidrogenionico, pois varia conforme a concentração de íon [H+] e indica se a solução é ácida (abaixo de 7), neutra (7) ou básica (acima de 7), sendo que a escala varia de 0 a 14 na temperatura de 25°C. A influência deste fator como limitante está diretamente ligada a sobrevivência das espécies, por exemplo, a grande maioria dos organismos não tolera pH abaixo de 3 ou acima de 9. Algumas espécies de bactérias como as espécies Spirulina platensis é adaptada a ambientes alcalinos com pH chegando a 11 e a Thiobacillus ferrooxidans que tolera pH entre 0 e 1, podem ser consideradas exceções. O pH pode influenciar até mesmo na disponibilidade de alimento para uma espécie, como por exemplo em lagos onde a alimentação depende da disponibilidade de espécies de fungos que crescem em pH específico ou na distribuição de plantas em um solo.

Spirulina platensis 

Thiobacillus ferooxidans

Salinidade

As espécies de vegetais e plantas adaptadas a viver em ambientes salinos (halófitas) apresentam dificuldade de absorção de água e resistência osmótica. A distribuição de plantas em dunas é um fator determinado pelo modo como o vento direciona o sal. Algumas espécies preferem ficar expostas enquanto outras preferem abrigarem-se. As concentrações salinas ocorrem com mais recorrência em zonas áridas onde há a maior concentração de sal na superfície, fazendo com que algumas plantas possuam dificuldade na absorção de líquidos.

Algumas plantas ficam expostas ao sal que é levado pelo vento
que circula entre as dunas. 

Recursos

Os recursos podem ser escassos e indisponíveis para certos indivíduos o que faz com que o crescimento das populações de indivíduos seja limitado e não permanente. Para adquirir os recursos em falta no ambiente é necessário que haja competição entre espécies diferentes (interespecífica) ou até mesmo entre indivíduos da mesma espécie (intraespecífica). A estratégia utilizada por cada espécie para superar os limites do ambiente é que determinarão o conceito de evolução tal qual Darwin elucidou em sua teoria (ultimo post).

Ninhos são exemplos de recursos escassos
do ambiente, pois os mesmos podem ser ocupados
por uma espécie somente, sem compartilhamentos. 

Nicho ecológico

Pode-se conceituar nicho ecológico basicamente como um conjunto de condições em que um indivíduo se reproduz, vive e a função que exerce em um ambiente. Segundo a definição dada por Elton em 1933, a palavra “nicho” descreve de que maneira um animal vive. Este conceito foi aprimorado em 1957 por Hutchinson, o qual determinou que o nicho ecológico seria as maneiras pelas quais a tolerância e a necessidade interagem na definição de condições e recursos necessários a um indivíduo ou a uma espécie, com o objetivo de cumprir seu modo de vida. Portanto, não se pode pensar erroneamente que um Nicho ecológico significa propriamente o local em que se encontra uma espécie, mas sim, a função que esta ali exerce.
A exemplo podemos citar o nicho ecológico da zebra que envolve sua fonte de alimento (o que come), seu predador (o que dela se alimenta), a relação que exerce com outras ou com sua espécie, o modo como explora os recursos ambientais (uma zebra alimenta-se de ervas, arbustos e bulbos enquanto que a girafa alimenta-se das folhas de acácias, mesmo que as duas pertençam ao mesmo ambiente) etc. O modo como a espécie tende a interagir com o meio determina seu nicho.

Girafas e zebras, além de pertencerem a espécies diferentes,
seus nichos ecológicos são distintos. 

Querem aprofundar-se nos assuntos aqui abordados? Confiram as referências que utilizamos!


Referências

Revista

Guia do estudante: Biologia. Local de publicação: São Paulo-SP. Abril, 2016. 145pg.

Livro

PERONI, N. & HERNÁNDEZ, M. Ecologia de Populações e Comunidades. Florianópolis-SC, 2011. 125pg. Disponível na web em: https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=1551362

Artigos

PIMENTEL; C. et al. Condições de ambiente favoráveis à germinação e à infecção de Puccina substriata var. Penicillariae em diferentes cultivares de milheto pérola. Rio de Janeiro-RJ, 2005. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-41582007000500005


COSTA, A., STANGARLINI, J.,  FRANZENER, G., Ocorrência da ferrugem (Puccinia substriata var. penicillariae) do milheto na região Oeste do Estado do Paraná. no.3. Paraná - PR. Summa phytopathol, 2009. vol.35. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-54052009000300017

AS NUANCES DA EVOLUÇÃO - Parte Il

Neste atigo falaremos sobre o assunto já tratado anteriormente no site, a evolução das espécies, mais especificamente, a teoria ministrada por charles Darwin.

No séc. XVII, o qual antecede o nascimento de Darwin, as revoluções mudam a maneira com que o ser humano percebe os fenômenos naturais, propondo explicações racionais aos mesmos.

A partir dos resultados obtidos no trabalho de Lineu, botânico que desenvolveu o sistema de classificação dos seres vivos em espécies e classes, cientistas e teólogos passaram a dedicar pesquisas ao entendimento da dinâmica ambiental. Surgiram então jardins botânicos grandiosos como o "Kew gardens" em Londres o qual é considerado detentor da maior e mais diversa coleção botânica do mundo.

Carlos Lineu foi o primeiro a organizar
a natureza através de um sistema de
 classificação utilizado até hoje

Kew gardens na Inglaterra serviu para pesquisas relevantes
em botânica.

Geólogos e naturalistas - inclusive o próprio avô de Darwin, Erasmus Darwin -, argumentavam que a terra seria consideravelmente antiga e que espécies não são fixas, mas sim, modificam-se conforme o tempo.
Os novos ideais disseminados entre a sociedade científica, logo causaram impacto já que a visão ortodoxa da época era a criacionista.

Erasmus Darwin morreu em 1802 e acreditava na
modificação temporal das espécies. 

Início controverso.

Darwin nasceu em 12 de fevereiro de 1809, em Shrewsbury, filho de um próspero médico do interior em uma família com um histórico vasto de sucesso. Durante a infância, o futuro cientista mostrava grande curiosidade e entusiasmo pelas questões naturais, coletando espécimes e conduzindo experimentos de química, contudo o desempenho escolar do garoto mostrava-se insuficiente. O próprio Darwin declarou sobre as instituições de ensino: "enquanto meio de aprendizado para mim era totalmente nula".
Chegou a cursar medicina aos 16 anos, entretanto os procedimentos viscerais da época o afastaram das aulas e Darwin aproximou-se do zoólogo Robert Grant, adepto ao lamarckismo. Darwin desistiu da carreira médica e seu pai o enviou para o estudo de teologia no Christ's college, em Cambridge. Lá, o jovem fez uma nova amizade com outro naturalista, John Henslow e acabou embarcando no lugar do amigo como botânico do navio HMS Beagle, o qual deveria partir para a América do Sul em uma viagem de exploração para o Almirantado. A viagem que superou as expectativas e durou cinco anos, concedeu a Darwin material e inspiração suficiente para o inicio de sua teoria.
O momento crucial para a estruturação de sua pesquisa veio com a leitura do livro "Ensaio sobre o princípio da população" de Thomas Malthus.

O zoólogo Robert Grant era um ávido
colecionador de espécimes 

John Henslow abdicou de sua posição no
Beagle e deu à Darwin a oportunidade
de formular sua teoria

"Ensaio sobre o princípio da população" de
Thomas Malthus levou Darwin a criar a base para
sua teoria evolutiva.

Logo, uma peculiar coincidência ocorreu entre as teorias de Darwin e outro cientista chamado Alfred Wallace. Charles, impelido a agir, escreveu sua grande obra "A origem das espécies", a qual esgotou-se no dia de publicação, em 24 de novembro de 1859. Os darwinistas, apesar de recebidos inicialmente com ironia e ceticismo, ganharam mais adeptos conforme o tempo.

A sociedade recebeu ironicamente a teoria darwiniana
que especulava que a espécie humana teria um parentesco
inicial com os primatas, como nesta charge intitulada
"venerável orangotango".
 (Anônimo, revista "The Hornet",1871)

Teoria da descendência com modificações/evolução.

Explicamos em um post anterior o porquê de muitas vezes distorcermos o significado de evolução, comumente considerando-a como algo benéfico. (Link: https://biocompanheiros.blogspot.com.br/2017/02/normal-0-21-false-false-false-pt-br-x.html?m=1) Para não causar confusões deste tipo, a teoria fora nomeada como "Teoria da descendência com modificações".

Thomas Malthus afirmava em seu livro "Ensaio sobre o princípio da população" que o crescimento das populações humanas e animais estaria condicionado a disponibilidade de alimento.

Darwin declarou: "Arrebatou-me a ideia de que, sob essas condições, variedades favorecidas tenderiam a ser preservadas, enquanto as desfavorecidas seriam destruídas. O resultado seria a formação de novas espécies(...)."

Após pesquisas e experimentos pessoais, Darwin chegou a conclusão de que cada indivíduo, mesmo este  pertencendo a mesma população (espécie e ambiente), possuiam peculiaridades que os diferenciavam. Estas características poderiam ser classificadas como benéficas (as quais contribuem para a sobrevivência) ou maléficas (que atrapalham a sobrevivência). O que ocorre é a passagem das características benéficas aos descendentes, resultando em melhoramentos sucessivos.

A evolução do crânio humano elucida como o os melhoramentos
ocorrem conforme o tempo e o ambiente. 

Conforme estas modificações ocorrem, novas espécies surgem, sendo constantemente moldadas pelo ambiente, fenômeno que os cientistas nomeiam como especiação. A especiação pode ser considerada como a acumulação das modificações proporcionada pelo isolamento das espécies.

Apesar de possuir sua teoria fundamentada, Darwin não sabia qual fator proporcionava a passagem destas características entre gerações, já que viveu na mesma época que o fundador da genética, Gregor Mendel, cujos estudos serviram como base para a ciência muito posteriormente a sua morte. A junção dos dois conceitos deu início ao que hoje é denominado "neodarwinismo" ou "Teoria Sintética da Evolução".

Mendel revolucionou o modo como os naturalistas
e evolucionistas em especial, estudavam as modificações
ambientais. 

Teoria Sintética da Evolução (neodarwinismo)

As adaptações na teoria de Darwin, como citado acima,  iniciaram com a análise dos estudos de Gregor Mendel em 1865 (os quais eram desconhecidos dos naturalistas até o séc. XIX), sendo reforçadas pela genética populacional de Wright, Fisher e Haldane, de 1918-1932, a bioquímica do DNA de Watson, Crick e Wilkins, em 1953, até à genética molecular dos nossos dias e sendo influenciados pela descodificação do genoma de numerosas espécies na atualidade.
Na década de 40, George John Romanes nomeou como "neodarwinismo" a refundação do Darwinismo com a introdução da genética elaborada por Mayr Simpson e Dobzhansky.

Para os neodarwinistas, há várias etapas para o surgimento de novas espécies, sendo estas divididas em:

Mutações

Ocorrem de geração para geração, com o surgimento de características novas repassadas por meio do DNA.

Há razões mais específicas para a ocorrência das mutações tais como:

A duplicação incorreta do DNA durante a duplicação celular

 Há pequenas modificações na estrutura da molécula. Esta forma de mutação natural é a mais comum para o processo evolutivo, como exemplificado na imagem abaixo:

Fatores externos como exposição a produtos químicos específicos ou a radiação causam pequenas quebras no DNA que podem não ser bem reparadas e causar modificações (mutações).

Seleção Natural

O ambiente irá selecionar as características propícias para a sobrevivência da espécie em determinada região.

Um exemplo clássico de seleção natural são os tentilhões das ilhas de galápagos, um grupo de espécies de  pássaros. Darwin percebeu que haviam tentilhões de aparência muito similar diferenciando-se somente pelo formato de seus bicos, que por sua vez, eram modificados pelas funções que exerciam no ambiente. Haviam tentilhões do solo com bicos profundos e largos; tentilhões do cacto com bicos longos e pontudos; tentilhões-rouxinóis com bicos afilados e pontudos. Estes formatos modificavam suas dietas e portanto, eram fatores limitantes para os indivíduos que não possuiam tais características. Este é um dos mais famosos exemplos da interferência do ambiente na permanência de uma característica.

Um exemplo da evolução que permanece ocorrendo até os dias atuais é
a mudança na coloração das mariposas Bistum betularia após a Revolução
Industrial. Conforme a poluição aumentava, os liquens nas árvores
diminuiam ou eram cobertos por fuligem, dando aos troncos das árvores
uma coloração escura. Desta forma, as mariposas claras eram devoradas com
mais facilidade,o que aumentou a população das mariposas escuras que podiam
camuflar-se nos troncos. 

Mas o que exatamente causa estas modificações tão profundas?

Um estudo publicado em 2004 na revista Science elaborado pela equipe de Cliff Tabin e Arhat Abzhanov ambos da Escola de Medicina da Universidade Harvard,
entitulado "Bmp4 e variação morfológica de bicos em passarinhos de Darwin" (tradução ao pé da letra de Bmp4 and morphological variation of beaks on Darwin birds) demonstrou que todas essas modificações complexas nas estruturas dos bicos dos tentilhões deriva de uma pequena modificação genética causada pelo aparecimento precoce de um gene denominado Bmp4, o qual torna os bicos mais grossos e robustos. Para chegarem a tal conclusão, a equipe o ativou artificialmente no DNA de um embrião de galinha em fase inicial, o que resultou em bicos semelhantes aos encontrados na anatomia dos tentilhões. A equipe desconhece o motivo pelo qual o gene se manifesta, entretanto sabe-se que o mesmo pode tornar genes reguladores (aqueles que determinam pequenas características) mais ou menos ativos, resultando modificações que culminam na evolução.

Algo similar pode ser percebido também na pesquisa elaborada pela equipe de Gregory A. Wray, professor de biologia da Universidade Duke  que concentrou-se no estudo de uma proteína existente tanto no cérebro humano quanto no de chipamzés.

É provável que pequenas mudanças genéticas como esta tenham possibilitado uma melhor organização do cerébro humano, atribuindo-lhe capacidades mais complexas e, portanto, resultando em uma evolução.

Adaptação

É a fixação das características selecionadas pelos fatores externos na espécie, como no exemplo dos tentilhões citados acima. Conforme estas modificações ocorrem, as mesmas vão favorecendo a sobrevivência de indivíduos que possuem certa característica, de modo que estes conseguem reproduzir-se e tornarem-se maioria (padrão) em determinado ambiente.

Este é um assunto extenso de se abordar e requer aprofundamento. Tentamos aqui abordar parte deste universo. Para saber mais, aprofunde-se nas referências e não se esqueça de opinar nos comentários.

Referências

Livros

A história da ciência: por seus grandes nomes. Rio de Janeiro: ediouro, 2015. 130p.

Tradução da sexta edição original e última revista por Darwin: The origin of Species by Means of Natural Selection, or the preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. 6th Edition, with additions and corrections to 1872. John Murray, Albermale Street, London, 1876. Primeira edição original: 24 de novembro de 1859. Disponível em: https://www.passeidireto.com/arquivo/2150828/malthus---ensaio-sobre-a-populacao

Sites

As causas das Mutações. Disponível em: http://www.ib.usp.br/evosite/evo101/lllC3Causes.shtml

15 jóias da evolução. Disponível em: http://evolucionismo.org/m/blogspot?id=2393347%3ABlogPost%3A962

Estudos sobre os genes lançam luz sobre a evolução. Disponível em: http://noticias.uol.com.br/midiaglobal/boston/2006/03/14/estudos-sobre-os-genes-lancam-luz-sobre-a-evolucao.htm

Artigo

Bmp4 and Morphological Variation of Beaks in Darwin's Finches. Disponível em: http://science.sciencemag.org/content/305/5689/1462.