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

O QUE SÃO ECOSSISTEMAS?

energia

matéria

O QUE SÃO ECOSSISTEMAS?

“uma comunidade biológicade organismosque interageme seu ambiente físico”

Lindeman, 1942. Ecology.

Lindeman, 1942. Ecology.

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

Produtividade

• 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

Radiação solar + água + nutrientes


Radiação solar + água + nutrientes


E NOS OCEANOS?


• Ressurgência de nutrientes, águas frias


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

Fatores limitantes da produtividade

Pirâmides ecológicas

Níveis e grupos tróficosTransferênciade energiaentre níveistróficos 10%

Interações entre grupos tróficos

• 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

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

• 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

Redesmutualistas

Redesmutualistas: topologias

Redesmutualistas: redes de limpeza

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

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?

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

Redes estruturais: estabilidade

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

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

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

Controle top-‐‑down

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

Controle top-‐‑down

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

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

Biodiversidade = espécies

Componentes da diversidade


ATRIBUTOS

Dieta?Tamanho?

Área de ocupação?Especificidade de hábitat?


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

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

Diversidade promove a estabilidade

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

InvasõesExtinções de espéciesDistúrbios ambientais

Diversidade e estabilidade

Componentes da estabilidade

Resiliência vs. Resistência

Global vs. local

Estabilidade

Comunidadedinamicamente frágilvs. robusta

Componentes da estabilidadeRelação entre diversidadefuncional (redundância) e

estabilidadedo ecossistema recifal

ABORDAGEM DA ESTABILIDADE TEMPORAL: ESTRUTURA DA

COMUNIDADE

Cedar Creek Biodiversity Experiment, Minessota

Diversidade e funcionamento de ecossistemas

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


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

Efeito negativo naestabilidade temporal de abundância de espécies.


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

Tilman & Downing 1994

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

Resistência à seca épositivamente relacionadaà riqueza de espécies.



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


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);

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;

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).

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