Ecologia - 3.ed.

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A ecologia é uma ciência fascinante e desafiadora. Novas descobertas revelam fatores que afetam comunidades locais e conectam ecossistemas ao longo de extensas áreas geográficas. Nesta obra, a ecologia é apresentada aos leitores de maneira didática, por meio de recursos que facilitam o aprendizado, como conceitos-chave e estudos de caso – presentes em todos os capítulos. Destacam-se ainda um novo capítulo sobre ecologia comportamental, uma subárea crescente e empolgante, e os exercícios de análise de dados, a partir dos quais os alunos podem trabalhar com informações reais e aperfeiçoar suas habilidades em pesquisa.

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Capítulo 1. A teia da vida

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1

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 1.1  Os eventos no mundo natural estão interligados.

CONCEITO 1.2  A ecologia

é o estudo científico das interações entre os organismos e seu ambiente.

CONCEITO 1.3  Os ecólogos avaliam hipóteses concorrentes sobre os sistemas naturais com observações, experimentos e modelos.

A teia da vida

Malformações e declínio em populações de anfíbios: Estudo de Caso

Em agosto de 1995, um grupo de estudantes de escolas de ensino fundamental e médio de Henderson, Minnesota, fez uma descoberta terrível ao coletar rãs-leopardo (Rana pipiens) para um trabalho de ciências no verão:

11 das 22 rãs coletadas estavam gravemente malformadas. Algumas delas tinham pernas adicionais ou ausentes, outras tinham pernas muito curtas ou curvadas em direções incomuns, e ainda outras tinham crescimentos

ósseos projetando-se de suas costas (Figura 1.1). Os estudantes relataram seus achados para a agência de controle de poluição do estado de Minnesota, que investigou e constatou que 30 a 40% das rãs na lagoa estudada eram malformadas.

 

Capítulo 2. O ambiente físico

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2

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 2.1  O clima é o componente mais importante do ambiente físico.

CONCEITO 2.2  Os ventos e

as correntes oceânicas resultam de diferenças na radiação solar ao longo da superfície terrestre.

CONCEITO 2.3  Os padrões de circulação atmosférica e oceânica de larga escala estabelecem os padrões globais de temperatura e precipitação.

CONCEITO 2.4  Os climas

regionais refletem a influência de oceanos e continentes, montanhas e vegetação.

CONCEITO 2.5  As variações climáticas sazonais e de longo prazo estão associadas a variações na posição da Terra em relação ao Sol.

CONCEITO 2.6  Salinidade, acidez e concentração de oxigênio são os principais determinantes do ambiente químico.

O ambiente físico

A variação climática e a abundância do salmão: Estudo de Caso

Os ursos-pardos da costa noroeste do Pacífico presenteiam-se sazonalmente com os salmões que chegam em grandes números para se reproduzir nos riachos da região (Figura 2.1). Os salmões são anádromos, isto

 

Capítulo 3. A biosfera

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3

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 3.1  Os biomas terrestres são caracterizados pelas formas de crescimento da vegetação dominante.

CONCEITO 3.2  As zonas biológicas nos ecossistemas de água doce estão associadas à velocidade, profundidade, temperatura, transparência e composição química da água.

CONCEITO 3.3  As zonas biológicas marinhas são determinadas pela profundidade do oceano, disponibilidade de luz e estabilidade do substrato do fundo.

A biosfera

O Serengeti americano – 12 séculos de alterações nas Grandes Planícies: Estudo de Caso

Hoje em dia, a região que abrange a porção central da América do Norte, conhecida como as Grandes Planícies, mantém pouca semelhança com a Planície Serengeti da África. A diversidade biológica é muito baixa em muitas partes da paisagem atual, que contém grandes manchas uniformes de plantas cultivadas (que muitas vezes são até mesmo geneticamente iguais) e poucas espécies de herbívoros domesticados. No Serengeti, por outro lado, algumas das maiores e mais diversas manadas de animais selvagens do mundo vagam em uma pitoresca savana (Figura 3.1). Entretanto, se não fosse por uma série de importantes alterações ambientais, os dois ecossistemas poderiam parecer muito similares.

 

Capítulo 4. Lidando com a variação ambiental: temperatura e água

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4

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 4.1  Cada

espécie tem uma faixa de tolerâncias ambientais que determina sua distribuição geográfica potencial.

CONCEITO 4.2 

A temperatura de um organismo é determinada pelas trocas de energia com o ambiente externo.

CONCEITO 4.3 

O equilíbrio hídrico de um organismo é determinado pelas trocas de água e solutos com o ambiente externo.

Lidando com a variação ambiental: temperatura e água

Rãs congeladas: Estudo de Caso

No filme Austin Powers: um agente nada discreto, um superespião de 1960 concorda voluntariamente em ser congelado criogenicamente, de modo que suas habilidades possam ser recuperadas se o Dr. Evil, seu arqui-inimigo que foi congelado para evitar ser capturado por Austin, ressurgir no futuro. De fato, 30 anos depois, os dois são descongelados e continuam suas aventuras de tentar dominar o mundo e impedir essa dominação.

A ideia de suspensão da animação – a vida suspensa temporariamente

 

Capítulo 5. Lidando com a variação ambiental: energia

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5

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 5.1 

Os organismos obtêm energia a partir da luz solar, de compostos químicos inorgânicos ou por meio do consumo de compostos orgânicos.

CONCEITO 5.2  A energia luminosa e química capturada pelos autótrofos é convertida em energia armazenada nas ligações carbono-carbono.

CONCEITO 5.3  Limitações ambientais resultaram na evolução de rotas bioquímicas que aumentam a eficiência da fotossíntese.

CONCEITO 5.4 

Os heterótrofos têm adaptações para adquirir e assimilar eficientemente a energia de uma diversidade de fontes orgânicas.

Lidando com a variação ambiental: energia

Corvos fabricantes de ferramentas:

Estudo de Caso

Nós seres humanos empregamos inúmeras ferramentas para aumentar nossa capacidade de obter alimentos para satisfazer nossas necessidades energéticas. Usamos sistemas altamente mecanizados de plantio, fertilização e colheita de cultivos agrícolas para alimentar a nós mesmos e aos animais que consumimos. Por milhares de anos, usamos ferramentas especializadas para aumentar nossa eficiência para caçar presas, incluindo lanças, arcos e flechas e rifles. Vemos nossa capacidade de fabricar ferramentas como algo que nos diferencia dos outros animais.

 

Capítulo 6. Evolução e ecologia

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6

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 6.1  A evolução

pode ser vista como variação genética ao longo do tempo ou como um processo de descendência com modificação.

CONCEITO 6.2  A seleção natural, a deriva genética e o fluxo gênico podem causar a variação na frequência de alelos em uma população ao longo do tempo.

CONCEITO 6.3  A seleção natural é o único mecanismo evolutivo que causa evolução adaptativa de modo consistente.

CONCEITO 6.4  Os padrões evolutivos de longo prazo são moldados por processos de larga escala, tais como especiação, extinções em massa e radiação adaptativa.

CONCEITO 6.5 

As interações ecológicas e a evolução exercem profunda influência recíproca.

Evolução e ecologia

Caça de troféus e evolução não intencional: Estudo de Caso

Os carneiros-selvagens (Ovis canadensis) são animais magníficos, maravilhosamente adaptados para a vida nas montanhas escarpadas nas quais eles são encontrados. A despeito de seu tamanho considerável (os machos podem pesar até 127 kg), esses carneiros podem equilibrar-se sobre bordas estreitas e saltar 6 metros de uma borda a outra. Os carneiros-selvagens são notáveis também pelos grandes cornos encurvados dos machos, usados em combates por fêmeas (Figura 6.1). Eles correm em velocidades de até 32 quilômetros por hora e batem suas cabeças uma contra a outra, disputando o direito de acasalar com uma fêmea.

 

Capítulo 7. Histórias de vida

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7

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 7.1  Os padrões

de histórias de vida variam entre espécies e dentro da mesma espécie.

CONCEITO 7.2  Os padrões reprodutivos podem ser classificados ao longo de vários contínuos.

CONCEITO 7.3  Existem compensações (trade-offs) entre as características de histórias de vida.

CONCEITO 7.4  Os organismos enfrentam diferentes pressões seletivas nos diferentes estágios do ciclo de vida.

Histórias de vida

A história do Nemo: Estudo de Caso

As aves, as abelhas e até as pulgas adestradas produzem proles que perpetuam suas espécies. Contudo, além dessa regra básica da vida, a prole produzida pelos diferentes organismos varia enormemente. Uma gramínea produz sementes de poucos milímetros de comprimento, capazes de esperarem enterradas por muitos anos até que as condições para a germinação sejam favoráveis. Uma estrela-do-mar lança centenas de milhares de ovos microscópicos que se desenvolvem ao sabor das correntes oceânicas. Um rinoceronte produz apenas um filhote por gestação, que se desenvolve no útero por 16 a 18 meses e é capaz de caminhar bem vários dias depois do nascimento, mas necessita de mais de um ano de cuidado antes de se tornar totalmente independente (Figura 7.1).

 

Capítulo 8. Ecologia comportamental

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8

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 8.1  Uma

abordagem evolutiva ao estudo sobre o comportamento leva a predições testáveis.

CONCEITO 8.2  Animais fazem escolhas comportamentais que aumentam seu ganho energético e reduzem seu risco de se tornarem presas.

CONCEITO 8.3 

Os comportamentos de acasalamento refletem os custos e os benefícios do cuidado parental e da defesa do parceiro.

CONCEITO 8.4  Existem vantagens e desvantagens na vida em grupos.

Ecologia comportamental

Assassinos de filhotes: Estudo de Caso

Leões são únicos entre os felinos, pois vivem em grupos sociais (prides).

Um grupo típico de leões contém de 2 a 18 fêmeas adultas e seus filhotes, junto com alguns machos adultos. As fêmeas adultas são o núcleo do grupo e têm parentesco próximo: são mães, filhas, tias e primas. Os machos adultos em um grupo também podem ser parentes próximos (p. ex., irmãos ou primos), ou podem formar uma coalizão de indivíduos sem parentesco, que ajudam uns aos outros.

 

Capítulo 9. Distribuição e abundância de populações

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9

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 9.1  Populações são entidades dinâmicas que variam em tamanho no tempo e no espaço.

CONCEITO 9.2 

As distribuições e abundâncias de organismos são limitadas pela adequação do hábitat, fatores históricos e dispersão.

CONCEITO 9.3  Muitas espécies têm distribuição fragmentada de populações dentro de sua amplitude geográfica.

CONCEITO 9.4 

A distribuição de indivíduos dentro de uma população depende da localização dos recursos essenciais, dispersão e interações comportamentais.

CONCEITO 9.5 

As abundâncias e distribuições de populações podem ser estimadas por contagens em

áreas específicas, métodos de distâncias, estudos de marcação e recaptura e modelos de nicho.

Distribuição e abundância de populações

Das florestas de algas-pardas aos vazios de ouriços: Estudo de Caso

Estendendo-se através de 1.600 km no Oceano Pacífico ao oeste do Alasca, as montanhosas Ilhas Aleutas geralmente são castigadas por fortes tempestades e ficam ocultadas pela neblina. As ilhas têm algumas poucas árvores grandes e, exceto pelas ilhas do leste, que já fizeram parte do continente, não são encontrados os mamíferos terrestres presentes no continente, como ursos-pardos, renas e lemingues. Existe, no entanto, abundante vida selvagem marinha nas cercanias, incluindo aves, focas, baleias e grande diversidade de peixes e invertebrados.

 

Capítulo 10. Crescimento e controle populacional

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Crescimento e controle populacional

CONCEITOS-CHAVE

O crescimento da população humana:

Estudo de Caso

CONCEITO 10.1  Tabelas de vida mostram como taxas de sobrevivência e de reprodução variam com idade, tamanho ou estágio do ciclo de vida.

CONCEITO 10.2  Dados das tabelas de vida podem ser usados para projetar o futuro da estrutura etária, do tamanho e da taxa de crescimento de uma população.

CONCEITO 10.3 

Populações podem crescer exponencialmente quando as condições são favoráveis, mas o crescimento exponencial não continua indefinidamente.

CONCEITO 10.4 

O tamanho populacional pode ser determinado por fatores dependentes e independentes da densidade.

CONCEITO 10.5  A equação logística impõe limites ao crescimento e mostra como uma população pode se estabilizar em seu tamanho máximo: a capacidade de suporte.

Vista do espaço, a Terra parece uma linda bola azul e branca imersa em um vasto mar negro. Se usarmos imagens de satélite para explorar em detalhe a superfície dessa linda bola, encontraremos claros sinais de impactos antrópicos ao redor do globo. Esses sinais vão desde a devastação de florestas tropicais, até rios que antes meandravam, mas que agora correm em linha reta nos canais criados, além de padrões surrealistas formados pelas áreas de agricultura (Figura 10.1).

 

Capítulo 11. Dinâmica de populações

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11

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 11.1  Padrões

de crescimento populacional abrangem crescimento exponencial, crescimento logístico, flutuações e ciclos regulares.

CONCEITO 11.2 

Dependência da densidade atrasada pode causar flutuações no tamanho das populações.

CONCEITO 11.3  O risco de extinção aumenta muito em populações pequenas.

CONCEITO 11.4  Nas metapopulações, grupos de populações espacialmente isoladas estão conectados pela dispersão.

Dinâmica de populações

Um mar em perigo: Estudo de Caso

Em 1980, a noz-do-mar (Mnemiopsis leidyi) (Figura 11.1) foi introduzida no Mar Negro, provavelmente pelo despejo de água de lastro de navios cargueiros. O momento dessa invasão dificilmente poderia ter sido pior.

Naquela época, o ecossistema do Mar Negro já estava em declínio devido aos elevados aportes de nutrientes como o nitrogênio de esgotos, fertilizantes e efluentes industriais (e, como veremos nas p. 266-267, a sobrepesca também pode ter contribuído para o declínio do ecossistema). O elevado aporte de nutrientes teve efeitos devastadores no norte do Mar Negro, onde as águas são rasas (menos de 200 m de profundidade) e susceptíveis a problemas causados pela eutrofização (um aumento desregulado na proporção de nutrientes de um ecossistema). À medida que foi aumentando a concentração de nutrientes nessas águas rasas, a abundância de fitoplâncton cresceu, a transparência da água reduziu, a concentração de oxigênio caiu e as populações de peixes sofreram mortalidades em massa.

 

Capítulo 12. Competição

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12

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 12.1 

A competição ocorre entre indivíduos de duas espécies que partilham um recurso que limita seu crescimento, sobrevivência ou reprodução.

CONCEITO 12.2 

A competição, tanto direta quanto indireta, pode limitar a distribuição e a abundância das espécies competidoras.

CONCEITO 12.3 

As espécies competidoras têm mais probabilidade de coexistir quando utilizam os recursos de maneiras diferentes.

CONCEITO 12.4 

O resultado da competição pode ser alterado por condições ambientais, interações de espécies, distúrbios e evolução.

Competição

Competição em plantas carnívoras: Estudo de Caso

Apesar de repetidos relatos de que plantas podiam comer animais, os primeiros cientistas eram céticos quanto a essas afirmativas. Em 1875,

Charles Darwin esclareceu essas dúvidas fornecendo claras evidências experimentais de hábitos carnívoros por plantas. Atualmente, mais de 600 espécies de plantas carnívoras foram identificadas, incluindo utriculárias, droseras, plantas-jarro e a bem conhecida vênus-papa-moscas.

 

Capítulo 13. Predação e herbivoria

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13

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 13.1  A maioria dos predadores tem dietas amplas, ao passo que a maioria dos herbívoros tem dietas relativamente restritas.

CONCEITO 13.2 

Os organismos desenvolveram uma ampla gama de adaptações que os ajudam a obter alimento e a evitar que se tornem presas.

CONCEITO 13.3 

A predação e a herbivoria podem afetar muito as comunidades ecológicas, às vezes transformando um tipo de comunidade em outro.

CONCEITO 13.4  Ciclos populacionais podem ser causados por interações exploratórias.

Predação e herbivoria

Os ciclos da lebre-americana:

Estudo de Caso

Em 1899, um comerciante de peles de Ontário, no Canadá, relatou para a Companhia Hudson’s Bay: “Os índios estão trazendo poucas caças.

Eles passaram fome durante toda primavera. Os coelhos estão escassos”

(Winterhalder, 1980). As “caças” referem-se a peles de castores e outros animais com peles de valor comercial, capturados por membros da tribo

 

Capítulo 14. Parasitismo

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14

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 14.1  Parasitas

normalmente alimentam-se apenas de um ou de alguns indivíduos hospedeiros.

CONCEITO 14.2 

Os hospedeiros têm adaptações para se defender dos parasitas, e os parasitas têm adaptações para superar essas defesas.

CONCEITO 14.3 

As populações de parasitas e hospedeiros podem evoluir juntas, cada uma em resposta

à seleção imposta pela outra.

CONCEITO 14.4 

Os parasitas podem reduzir a população de hospedeiros e alterar o resultado da interação de espécies, causando, assim, mudanças nas comunidades.

CONCEITO 14.5  Modelos simples da dinâmica hospedeiro‑patógeno sugerem formas para controlar o estabelecimento e a propagação de doenças.

Parasitismo

Parasitas escravizadores: Estudo de Caso

Em livros e filmes de ficção científica, os vilões algumas vezes utilizam o controle da mente ou dispositivos físicos para manipular os desejos e controlar as ações de suas vítimas. Nesse universo ficcional, uma pessoa pode ser forçada a agir de forma estranha ou grotesca, ou a machucar a si própria ou a outras pessoas – tudo contra sua vontade.

 

Capítulo 15. Mutualismo e comensalismo

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CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 15.1 

Nas interações positivas, nenhuma espécie é prejudicada e os benefícios são maiores do que os custos para pelo menos uma espécie.

CONCEITO 15.2  Cada parceiro em uma interação mutualista atua de modo que atenda a seus próprios interesses ecológicos e evolutivos.

CONCEITO 15.3 

As interações positivas afetam a abundância e a distribuição das populações, assim como a composição das comunidades ecológicas.

Mutualismo e comensalismo

Os primeiros agricultores: Estudo de Caso

Os seres humanos começaram a cultivar há cerca de 10 mil anos. A agricultura foi um desenvolvimento revolucionário que levou tanto a um grande aumento no tamanho de nossa população quanto a inovações em governo, ciência, artes e muitos outros aspectos da sociedade humana. Contudo, as pessoas estavam longe de ser a primeira espécie a cultivar outros organismos. Essa distinção vai para as formigas da tribo Attini*, um grupo de 210 espécies, a maioria das quais vive nas florestas tropicais da América do Sul.

 

Capítulo 16. A natureza das comunidades

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16

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 16.1 

Comunidades são grupos de espécies que interagem e ocorrem juntas no mesmo lugar e ao mesmo tempo.

CONCEITO 16.2 

Diversidade e composição de espécies são importantes descritores da estrutura das comunidades.

CONCEITO 16.3 

Comunidades podem ser caracterizadas por redes complexas de interações diretas e indiretas que variam em intensidade e direção.

A natureza das comunidades

“Alga assassina!”: Estudo de Caso

Em 1988, um estudante francês de biologia marinha mergulhou na água cristalina do Mar Mediterrâneo e fez uma descoberta inusitada. Sobre o fundo do mar, logo abaixo dos penhascos onde ficava o suntuoso Museu

Oceanográfico de Mônaco, crescia uma alga incomum, Caulerpa taxifolia

(Figura 16.1), nativa das águas tropicais quentes do Caribe. O estudante contou a Alexandre Meinesz, um especialista em algas tropicais e professor da University of Nice, sobre a espécie incomum. Ao longo do ano seguinte, Meinesz confirmou sua presença e descobriu que sua folhagem verde fluorescente, interconectada por caules subterrâneos reptantes chamados de rizomas, formava um carpete debaixo da água na área em frente ao museu.

 

Capítulo 17. Mudanças em comunidades

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17

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 17.1  Agentes de mudança atuam sobre comunidades ao longo de múltiplas escalas temporais e espaciais.

CONCEITO 17.2  Sucessão

é a mudança na composição de espécies ao longo do tempo em resposta a agentes de mudança abióticos e bióticos.

CONCEITO 17.3 

Experimentos mostram que os mecanismos de sucessão são diversos e dependentes do contexto.

CONCEITO 17.4 

Comunidades podem seguir caminhos sucessionais diferentes e apresentar estados alternativos.

Mudanças em comunidades

Um experimento natural de proporções montanhosas: Estudo de Caso

A erupção do Monte Santa Helena foi um momento determinante para ecólogos interessados em catástrofes naturais. O Monte Santa Helena, situado no estado de Washington, é parte da geologicamente ativa Cordilheira Cascade, localizada na região do Noroeste Pacífico, na América do

Norte (Figura 17.1). A montanha de topo coberto por neve tinha uma rica diversidade de comunidades ecológicas. Se você tivesse visitado o Monte

 

Capítulo 18. Biogeografia

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18

CONCEITOS-CHAVE

CONCEITO 18.1  Padrões de diversidade e distribuição de espécies variam em escalas espaciais global, regional e local.

CONCEITO 18.2  Os padrões globais de diversidade e composição de espécies são influenciados por área e isolamento geográfico, história evolutiva e clima global.

CONCEITO 18.3  Diferenças regionais na diversidade de espécies são influenciadas pela

área e pela distância, que por sua vez determinam o balanço entre as taxas de imigração e extinção.

Biogeografia

O maior experimento ecológico na Terra:

Estudo de Caso

É provável que exista apenas um lugar na Terra onde uma pessoa pode ouvir os sons de uma centena de espécies de aves ou sentir as fragrâncias de milhares de espécies de flores ou ver os padrões foliares de 300 espécies de árvores, tudo em 1 hectare de terra. Esse lugar é a Amazônia, onde reside metade das espécies e florestas pluviais tropicais que restam no mundo. Um hectare de floresta pluvial da Amazônia contém mais espécies vegetais que toda a Europa! É claro, nem toda a diversidade de espécies da Amazônia está restrita à floresta tropical em si. O vale da

 

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