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Ecologia de ecossistemas: aula de revisão Profa. Mariana Bender Departamento de Ecologia e Evolução Laboratório de Macroecologia e Conservação Marinha
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Ecologia de* ecossistemas:aula* de*revisão · • Energiaradiante!Fotossíntese ! Herbívoros !Carnívoros!Decompositores • Ecossistemas terrestres:biomassa de*plantas • Ecossistemas

Dec 06, 2018

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Ecologia de  ecossistemas:  aula  de  revisãoProfa.  Mariana  BenderDepartamento de  Ecologia e  EvoluçãoLaboratóriode  Macroecologia e  ConservaçãoMarinha

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O  QUE  SÃO  ECOSSISTEMAS?

energia

matéria

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O  QUE  SÃO  ECOSSISTEMAS?

“uma comunidade biológicade  organismosque interageme  seu ambiente físico”

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Lindeman,  1942.  Ecology.

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Lindeman,  1942.  Ecology.

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• Energia radianteà FotossínteseàHerbívorosà Carnívorosà Decompositores• Ecossistemas terrestres:  biomassa de  plantas• Ecossistemas aquáticos:  [  ]  de  O2 e  CO2

Produtividade

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• Biomassa/  unidade de  área:• J/m2/dia• Kg/ha/ano

• Produtividade primária bruta (PPB)  =  total  produzidopela fotossíntese• PPB  – Respiração autotrófica=  PPL  (produtividadeprimária líquida)

Produtividade  primária

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Radiação solar  +  água +  nutrientes

Produtividade  primária

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Radiação solar  +  água +  nutrientes

Produtividade  primária

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E  NOS  OCEANOS?

Produtividade  primária

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• Ressurgência de  nutrientes,  águas frias

Produtividade  primária

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• Disponibiliade de  água• Nutrientes• Qualidade e  quantidade de  luz

Fatores  limitantes  da  produtividade

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Pirâmides ecológicas

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Níveis e  grupos tróficosTransferênciade  energiaentre  níveistróficos 10%

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Interações entre  grupos tróficos

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• Redes ecológicas• Uma  tentativa de  resumir a  infinidade de  interaçõespotenciais entre  espécies de  uma comunidade,  representando as  espécies como nós da  rede e  utilizando ligações(links)  entre  estes nós paradenotar a  interação entre  estas espécies.

Redes  de  interação

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Tipos  de  interação• Interações agonísticas:  benefício para uma das  espéciesinteratoras• Predação• Teias alimentares• Hospedeiro-­‐‑parasita

• Interaçõesmutualistas:  benéfica para ambas as  espécies• Polinização• Dispersão de  sementes• Limpeza (marinho)

• Herbivoria• Resulta no  consumoparcialmas  não à morte de  indivíduos,  necessariamente

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• Estudo mais recente deste tipo de  rede• Mais comuns e  importantes redesde  interaçãomutualistas:• Polinização• Dispersão de  sementes

• Estima-­‐‑se  que 90%  das  angiospermas tropicaisdependamde  animais para polinização e  para a  dispersãode  suas sementes (Bawa 1990,  Jordano2000)

Redesmutualistas

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Redesmutualistas

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Redesmutualistas:  topologias

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Redesmutualistas:  redes de  limpeza

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Teias/  redesalimentares (food  webs)

• Introduzidas na ciência ecológica por Elton,  em 1927• Diagramas que representam a  relação de  consumidorescom  seus recursos,  ou presas;• Rede estrutural,  ou de  conectância (Paine  1980):  linkstróficos entre  recursos e  consumidores sãorepresentados por setas

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Teias/  redesalimentares (food  webs)

• Redes de  conectância:  presença/  ausência (0/1)• Redesmuito comuns – fácil coleta• Redes baseadas em indivíduos ou espécies• Propriedade estruturais:  TOPOLOGIA

O  que ainda podemosrepresentar numa rede

de  interação?

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Redes estruturais

• Rede de  interação,  per  se• Identifica a  forçada  interaçãoentre  espécies numacomunidade• Reconhece,  de  maneira implícita,  que nem todas as  espécies tem  a  mesma importância (medir a  força e  frequência de  interações)

POUCOS  LINKS  FORTES  E  MUITOS  LINKS  

FRACOS

FEW  STRONG,  MANY  WEAK  LINKS

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Redes estruturais:  estabilidade

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Diagrama mostrando que a  presençade  interações fracas  em teiasalimentares simplificadaspodetornar as  comunidadesmais estáveis.Top:  Força das  interações entre  predadores,  herbívoros e  plantasantes  (acima)  e  depois (abaixo)  de  um  distúrbio.  Uma  rede é dominada porpoucas interações fortes  e  outra pormuitas interações mais fracas.  Exemplo de  “prey  release”  àesquerda,  e  uma grande mudança naestrutura da  comunidade (efeitos emcascata).

Redes estruturais:  estabilidade

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Redes estruturais e  espécies-­‐‑chave

• Redes que apontam a  força de  interaçãoàpermitem identificar espécies-­‐‑chave• Algumas espécies tem  papel extraordinárionascomunidades em ques estão inseridas

Espécies cujo efeito na comunidade édesproporcionalmente maior em

relação à sua abundância

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• Robert  Paine  (1966)  American  Naturalist• Experimentos com  estrelas-­‐‑do-­‐‑mar  Pisaster eHeliaster emcostões rochosos

Controle top-­‐‑down

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• Robert  Paine  (1966)  American  Naturalist• Experimentos com  estrelas-­‐‑do-­‐‑mar  Pisaster eHeliaster emcostões rochosos

Controle top-­‐‑down

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Controle Top-­‐‑down• CASCATA  TRÓFICA• Efeito indireto• Predador reduz a  abundância de  sua presa,  o  quetem  efeito em cascata no  nível trófico abaixo,  de  modo que os recursos da  presa aumentam emabundância

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COMO  ESTES  DOIS  CONCEITOS  ESTÃO  RELACIONADOS?Grupos  funcionais  fundamentais  para  o  funcionamento  do  ecossistema  – qual  o  grau  de  redundância  dentro  destas  

funções?

Espécies-­‐‑chavee  REDUNDÂNCIA

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Biodiversidade =  espécies

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Componentes da  diversidade

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Componentes da  diversidade

ATRIBUTOS

Dieta?Tamanho?

Área  de  ocupação?Especificidade  de  hábitat?

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Componentes da  diversidade

Aplicação  da  diversidade  funcional  atualmente:Respostas  de  espécies  às  mudanças  e    Perdas  funcionaisEstruturação  de  comunidadesNovas  métricas  de  diversidade  funcional

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Riqueza  de  espécies  dentro  dos  grupos  funcionais.

A  redundância  funcional  é  baseada  na  observação  de  que  algumas  espécies  tem  papéis  semelhantes  em  

comunidades  e  ecossistemas,  e  podem  ser  substituídas  sem  que  os  processos  ecossistêmicos  sejam  afetados  

(Lawton  and  Brown  1993)

Modified fromBellwood et  al.,  2004.degradado

Estrutura  funcionalGrau  de  redundância

Redundância funcional

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Diversidade promove a  estabilidade

1950’s  MacArthur  (1955)  Elton  (1958)  e  Odum (1959):Comunidades contendomais espécies seriamprotegidas

InvasõesExtinções de  espéciesDistúrbios ambientais

Diversidade e  estabilidade

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Componentes da  estabilidade

Resiliência vs.  Resistência

Global  vs.  local

Estabilidade

Comunidadedinamicamente frágilvs.  robusta

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Componentes da  estabilidadeRelação entre  diversidadefuncional (redundância)  e  

estabilidadedo  ecossistema recifal

ABORDAGEM DA ESTABILIDADE TEMPORAL: ESTRUTURA DA

COMUNIDADE

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Cedar  Creek Biodiversity Experiment,  Minessota

Diversidade e  funcionamento de  ecossistemas

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Estabilidade temporal  da  dinâmica da  biomassa de  espécies aumentou com  a  riqueza de  espécies(Tilman et  al  2006)

Plots  com  maiordiversidadeà 70%  maisestáveis na sua produçãode  biomassa

Diversidade e  estabilidade

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Estabilidade de  espécies de  plantas (b)  declinousignificativamente com  o  aumento do  número de  espécies na comunidade.

Efeito negativo naestabilidade temporal  de  abundância de  espécies.

Diversidade e  estabilidade

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Fargione&  Tilman (2005)

Cedar  Creek  Plots

Biomassa (acima)  e  númerode  plantas invasoras (abaixo)  diminuem com  o  aumento da  riqueza em comunidadeslocais (plots  com  2-­‐‑16  espécies).

Diversidade e  invasibilidade

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Tilman &  Downing  1994

Riqueza de  espécies de  plantas tem  um  efeitopositivo no  funcionamentodo  ecossistema.  

Resistência à seca épositivamente relacionadaà riqueza de  espécies.

Diversidade e  funcionamento de  ecossistemas

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Diversidade e  funcionamento de  ecossistemas

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Biomassa sobre o  solo  (Aboveground)  (a,c)  e  sob  o  solo  (b,d)  no  ano de  2006,  13  ano do  experimento de  Cedar  Creek,  emfunção do  número de  plantas e  da  composição funcional.Mueller  et  al.  2013

Diversidade e  funcionamento de  ecossistemas

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Take-­‐‑home  messages 1• Ecossistemas são definidos como conjuntos de  organismos emseu ambiente físico,  reunindo componentes bióticos e  abióticos;

• Água,  nutrientes e  radiação solar  são fatores limitantes da  produtividade de  ecossistemas,  inclusive,  definindo biomasmundiais;

• Lindemann (1942),  ao estudar o  funcionamento de  um  lago,  introduziuo  conceito de  produtividade e  fluxo de  energia para  o  entendimento de  ecossistemas;

• A  produtividade corresponde à eficiência dos  organismos emconverter  energia em biomassa,  dentro de  um  nível trófico (e.g.  produtores primários e  ganho de  biomassa);

• Água,  nutrientes e  radiação solar  são fatores limitantes da  produtividade,  definindo biomasmundiais;

• Nos  oceanos,  os nutrientes são determinantes da  produtividadede  ecossistemas (desertosmarinhos);

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Take-­‐‑home  messages 2• As  pirâmides ecológicas são representações da  estrutura tróficade  um  ecossistema;

• As  redes ecológicas buscam reproduzir as  interações entre  espécies numa comunidade (nós e  links),  como redes mutualistas,  teias alimentares e  demais redes agonísticas;

• As  teias alimentares representamas  interações entre  espéciesnuma comunidade,  e  as  vias de  fluxo de  matéria e  energia numecossistema;

• Através do  estudo da  topologia de  redes é possível identificarpadrões na estrutura de  interações,  como espécies generalistas e  especialistas;

• Entre  as  topologias de  rede temos redes aninhadas,  modulares,  aleatórias e  ono-­‐‑to-­‐‑one;

• Cascata trófica é um  tipo de  controle top-­‐‑down em ecossistemas,  tendo no  experimento de  Pisasterum  exemplo clássico;

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Take-­‐‑home  messages 3• A  estrutura das  interações (força das  interações e  conectância)  dentro de  uma rede influencia a  estabilidade desta rede à perdade  espécies,  levando à alteração de  processos locais (e.g.  prey  release e  herbivoria);

• Através da  força das  interações e  número de  links  é possívelidentificarespécies-­‐‑chave nos ecossistemas;

• A  redundância dentre de  funções comode  espécies-­‐‑chave pode’proteger’  os ecossistemas contra  a  perda da  biodiversidade;

• A  biodiversidade está ligada ao funcionamento e  estabilidade de  ecossistemas através das  funções de  espécies;

• Resistência e  resiliência são componentes da  estabilidade,  as  quais podem variar ’localmente’  e  ’globalmente’;

• Experimentos com  comunidades vegetais tem  revelado a  importância da  diversidade funcionalpara  o  funcionamento de  ecossistemas (produtividade,  estabilidade e  resistência).