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Ecologia 01 - Fluxo de matéria e energia nos ecossistemas

Fluxo de matéria e energia nos ecossistemas (Ecologia 01)

Maximiliano Mendes - 2014

Ecologia, no âmbito da biologia, é o estudo (logos) da casa (oikos). Essa casa, basicamente, é o planeta terra. Já a economia, campo de estudos que tem sido bastante considerado no âmbito da biologia, é o manejo (nomos) da casa.

A ecologia consiste no estudo científico das interações entre os seres vivos e o ambiente físico. Esse estudo normalmente se dá em nível de populações, comunidades e ecossistemas, ou seja, níveis hierárquicos de organização biológica superiores ao organismo. Como pesquisam os ecossistemas, os estudos ecológicos podem incluir também o ambiente físico. Os elementos físicos e químicos do meio são chamados fatores abióticos, ao passo que aqueles referentes aos organismos são os chamados fatores bióticos. Como exemplo, se considerarmos um lago como o nosso ecossistema, os peixes e os outros organismos, mais as interações entre eles, são os fatores bióticos, ao passo que a temperatura da água, concentração de certas substâncias na água, grau de turbidez e outros, são fatores abióticos. Os fatores bióticos e abióticos interagem e são influenciados uns pelos outros.

Na imagem temos um exemplo de ecossistema aquático: um aquário! Apesar de ser um ecossistema artificial, projetado pelo homem, possui componentes bióticos, como os peixes, as plantas e os micro-organismos, e também os constituintes abióticos, como a intensidade da luz, a presença de substâncias químicas dissolvidas na água, a presença de terra como substrato e outros. Esses componentes bióticos e abióticos interagem entre si. Por exemplo, as plantas e algas precisam de energia luminosa para realizar a fotossíntese e esse processo permite que haja a liberação de O₂para a água, o que permite a respiração dos outros organismos. Imagem: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fish_tank_%282%29.jpg

Habitat e nicho ecológico:

Habitat é o local onde uma espécie se encontra normalmente na natureza (onde ela habita), já o nicho ecológico é o conjunto de interações que essa espécie tem com as outras e com o ambiente físico, pode ser o seu papel ecológico em um ambiente. De forma simples, o nicho é o trabalho da espécie e o habitat é onde ele mora. Exemplo: um Leão tem como habitat a savana africana e o seu nicho é de predador (consumidor).

O urso polar e a foca vivem em no habitat ártico. Quanto ao nicho, o urso é, entre outras coisas, predador da foca. Já a foca, não sinta tanta pena, também é predadora e mata peixes inocentes para poder viver.

Falando em consumidores, predação e tal...

Fluxo de matéria e energia em um ecossistema:

Um tipo de interação comum entre os seres vivos de um ecossistema é aquela na qual um organismo usa outro como alimento. Pra que essa crueldade? Os organismos são constituídos de matéria, então precisam de diversas substâncias para construir os seus corpos e também de energia para manter o seu metabolismo. Os herbívoros são animais que se alimentam de vegetais. Os vegetais dos quais os herbívoros se alimentam, por serem autótrofos, são chamados de produtores: produtores de substâncias orgânicas que servem de alimento para eles e para quem se alimenta deles. O herbívoro é um consumidor, pois se alimenta de outro organismo.

Os produtores correspondem ao que chamamos de primeiro nível trófico, pois, normalmente, são comidos por outros organismos (normalmente, pois uma planta carnívora, por exemplo, consegue utilizar outros organismos como alimento...). Os consumidores correspondem aos níveis tróficos seguintes, o segundo, o terceiro e aí por diante. Os herbívoros, por exemplo, correspondem ao segundo nível trófico e também são chamados consumidores primários (os onívoros também podem ser consumidores primários).

Então, a massa e a energia de um ecossistema são transferidas de um organismo para o outro por meio da alimentação, assim, dizemos que as sequências de organismos que se alimentam uns dos outros são chamadas cadeias alimentares. As cadeias incluem vários níveis tróficos e nelas há um fluxo de energia decrescente, mas que mantém a vida em um ecossistema.

Os organismos de um ecossistema, ao morrerem, sofrem a ação de outros, chamados decompositores, que são fungos e bactérias capazes de utilizar a matéria orgânica de um organismo morto e retornar substâncias inorgânicas mais simples para o ambiente. Os organismos chamados detritívoros, como as minhocas e alguns besouros que se alimentam de fezes não são decompositores, mas, como eles, alimentam-se de restos de outros organismos, como as fezes, diminuem ainda mais o tamanho das partículas e, assim, ajudam a acelerar o processo de decomposição. Tanto os decompositores quanto os detritívoros são saprotrofos, organismos que se alimentam de matéria orgânica morta, como os corpos, as folhas que caem das árvores, as fezes que até podem cair das árvores, mas vem de outro lugar e etc.

Como vários dos organismos podem participar de mais de uma cadeia alimentar, inclusive como consumidores de níveis tróficos distintos, um diagrama que mostre mais de uma cadeia alimentar interligada é chamado de teia alimentar.

Nessa teia alimentar simplificada, perceba que a serpente pode ser um consumidor secundário e também um consumidor terciário. O homem, o predador mais brutal de todos, pode ocupar qualquer nível trófico, menos o de produtor, claro.

O principal fornecedor de energia para a manutenção das cadeias alimentares na terra é o sol, que fornece energia luminosa para os organismos autótrofos fotossintetizantes. Mas há também outros fornecedores, como por exemplo, as fontes hidrotermais, que provêm CO₂ e sulfeto de hidrogênio (H₂S) para que algumas bactérias quimiossintetizantes utilizem essas substâncias em reações de oxidação e possam produzir as substâncias orgânicas que lhes servem de alimento. Os quimiossintetizantes, ao invés de se valerem da energia luminosa, utilizam a energia liberada em reações de oxidação-redução nas suas reações de síntese de substâncias orgânicas (quimiossíntese). A figura abaixo mostra uma dessas fontes hidrotermais.

Tanto a matéria quanto a energia de um sistema fechado não podem ser nem criadas e nem destruídas. Os ecossistemas terrestres são sistemas abertos e a energia para mantê-los vem de uma fonte externa ao sistema, como o sol (a fonte mais comumente mencionada), e sai do sistema na forma de calor liberado pelas reações metabólicas dos organismos. Essa energia pode ser transferida e transformada, porém, sempre diminui de um nível trófico para o outro. A massa presente em um ecossistema, ao contrário da energia, pode ser reciclada, como por exemplo, um átomo de carbono que faz parte de uma molécula de CO₂, depois de uma molécula de glicose e depois novamente do CO₂.

Nessa figura se mostra de maneira simplificada por onde podem passar os elementos químicos que constituem os organismos.

Assim, a transferência de energia, seja qual for a fonte, é unidirecional e parte é perdida de várias formas: o organismo não consegue absorver todos os nutrientes do alimento que ingere, ele usa parte da energia adquirida na manutenção do seu próprio metabolismo e também parte da energia é perdida na forma de calor. Estima-se que, em média (e para facilitar a sua vida no nível médio), apenas aproximadamente 10 % da energia de um nível trófico passa para o nível seguinte. Por exemplo: quando um gato come um rato, ele aproveita 10 % do total que, em teoria, o rato poderia ter lhe fornecido, pois o resto é perdido.

A figura mostra como a matéria (massa + energia) é perdida e decresce ao longo dos níveis tróficos.

Existem diagramas ilustrativos sobre as quantidades de biomassa, energia e números de indivíduos em uma cadeia alimentar, são as chamadas pirâmides. Biomassa é a quantidade de massa em um nível trófico, por unidade de área ou volume (nesse caso, para os ecossistemas aquáticos).

Quando se quer mostrar os números de indivíduos em cada nível trófico se utilizam as pirâmides de números, nas quais a base representa o primeiro nível trófico. Se o interesse for mostrar a quantidade de biomassa em cada nível trófico do ecossistema são utilizadas as pirâmides de biomassa.

Exemplos hipotéticos de pirâmides de números. Note que, nesses casos, nem sempre o número de indivíduos da base ou de um determinado bloco é maior. No exemplo da direita, uma árvore pode alimentar muitas cigarras.

Exemplos hipotéticos de pirâmides de biomassa. Dê atenção especial para essa do fitoplâncton, pois é um clássico.

Como é normal a base da figura ser o bloco mais largo e os blocos seguintes até o ápice irem ficando cada vez mais curtos, às vezes refletindo as perdas de energia ao longo da cadeia alimentar, adotou-se o nome de pirâmide para esse tipo de representação. Porém, é bom destacar que, como visto nas figuras, em certos casos os diagramas não apresentam um formato exatamente piramidal, pois a base pode ser mais estreita que o segundo bloco, como nos casos em que um produtor é capaz de sustentar muitos consumidores primários ou quando os produtores conseguem se multiplicar muito rápido e os consumidores primários se alimentam de um grande número deles (exemplo: fitoplâncton e zooplâncton nos ecossistemas aquáticos). Outro exemplo, similar, poderia ser o de um búfalo cheio de carrapatos malditos, que são predados por aves.

Uma garça procurando carrapatos crocantes nas costas de um búfalo.

As pirâmides de energia mostram a quantidade de energia potencial química disponível em cada nível trófico, sendo que a base também representa os produtores e os blocos seguintes os vários consumidores. Como o fluxo de energia é unidirecional, esse tipo de pirâmide sempre tem a base mais larga e o ápice mais curto, ou seja, sempre são pirâmides mesmo.

Pirâmides hipotéticas de energia. Note que, mesmo para o caso anteriormente citado das cadeias alimentares de ambientes aquáticos nos quais os números de organismos do fitoplâncton são menores que os do zooplâncton, ainda assim, a energia disponível no nível do fitoplâncton é maior que a energia disponível no zooplâncton.

Por fim, a quantidade de biomassa produzida pelos autótrofos, considerando certo período, área ou volume, é o que se chama de produtividade primária bruta (PPB). Produtividade primária líquida, PPL, é a PPB - R, onde R corresponde ao que os autótrofos consomem na respiração. Assim, a PPL corresponde ao que está disponível para os heterótrofos. O termo produtividade secundária se refere à produção de biomassa pelas reações anabólicas dos heterótrofos. A produtividade pode ser expressa em unidade de massa/unidade de área ou volume/unidade de tempo.

É também interessante notar que os ecossistemas com as maiores taxas de PPL são os aquáticos, em resumo, porque no caso dos ecossistemas terrestres, as plantas, que são os produtores apresentam grandes quantidades de tecidos ou mortos ou não fotossintetizantes, ao contrário dos principais produtores dos ecossistemas aquáticos, o fitoplâncton.

REFERÊNCIAS:

Amabis & Martho. Fundamentos da Biologia Moderna: Volume Único. Moderna. 2006.

Begon, Townsend & Harper. Ecology: from individuals to ecosystems. 4^th ed. Blackwell Publishing. 2006.

Campbell, Reece et al. Biologia. 8ª ed. Artmed. 2010.

Linhares & Gewandsznajder. Biologia Hoje. 2ª ed. Ática. 2013. Vol. 3.
http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_ocr_gateway/green_world/decayrev1.shtml

http://oceanexplorer.noaa.gov/edu/learning/5_chemosynthesis/activities/chemovsphoto.html

http://scienceaid.co.uk/biology/ecology/food.html

http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/secondary-production-13234142

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