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Fatores limitantes

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Ecologia de Populações



Prof. Dr. Harold Gordon Fowler
popecologia@hotmail.com

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AMPLITUDE DE TOLERANCIA, FATORES
LIMITANTES, GRADIENTES AMBIENTAIS
   E A ABUNDANCIA E AUSENCIA DE
             ESPÉCIES

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Fatores Limitantes
Ecologia explora uma variedade de
 perguntas sobre quais fatores controlam
 a distribuição, abundancia ...

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Fatores limitantes

  1. 1. Ecologia de Populações Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com
  2. 2. AMPLITUDE DE TOLERANCIA, FATORES LIMITANTES, GRADIENTES AMBIENTAIS E A ABUNDANCIA E AUSENCIA DE ESPÉCIES
  3. 3. Fatores Limitantes Ecologia explora uma variedade de perguntas sobre quais fatores controlam a distribuição, abundancia e comportamento dos organismos. Por exemplo, os cangurus vermelhos ocorrem principalmente nas regiões semi-áridas do interior de Austrália.
  4. 4. Fatores Limitantes O conceito ecológico dos fatores limitantes é equivalente à noção de dominância pela retro-alimentação dos sistemas gerais.
  5. 5. Fatores Limitantes A lei do mínimo de Liebig Os experimentos de Liebig (1840) para testar os efeitos de fertilizantes sobre a produção agrícola revelou que o nutriente com menos oferta geralmente limitou a produção.
  6. 6. Fatores Limitantes Lei dos fatores limitantes Uma redefinição da lei de Leibig por Blackman (1905).
  7. 7. Fatores Limitantes A amplitude geográfica de uma espécie não é sempre limitada pela presença de barreiras que inibem sua disseminação. Pode ser limitada por um fator particular do ambiente que limita sua capacidade de sobreviver, crescer ou reproduzir – Esses são os Fatores Limitantes Alguns fatores não são limitantes para alguns organismos).
  8. 8. Fatores Limitantes incluem fatores bióticos e fatores abióticos Fatores Abióticos Disponibilidade de luz/ horas de luz por dia / sazonalidade Umidade e disponibilidade de água temperatura, amplitude da temperatura diária Elevação ou profundidade, pressão turbidez Amplitude da mareia Salinidade vento pH, C02, O2, disponibilidade de N, P, K, S, Mg, Ca, etc.
  9. 9. Fatores Limitantes incluem fatores bióticos e fatores abióticos Fatores Bióticos Competição Predação Parasitismo Doença Polinizadores, agentes de dispersão Disponibilidade de alimento apropriado Densidade da espécie e distancia a vizinho mais próximo
  10. 10. Fatores Limitantes Os fatores limitantes não precisam ser letais mas somente afeita o organismo fisicamente ou biologicamente de forma que tem menor capacidade de reproduzir, dispersar e competir com outras espécies para recursos esparsos (espaço, água, alimento .... Freqüentemente os fatores limitantes são complexos e interagem entre eles dificultando a sobrevivência e reprodução da espécie. O ambiente de uma espécie é muito complexo com vários fatores que interagem (salinidade, nutrientes, predadores ,,,.).
  11. 11. Fatores Limitantes Predadores chaves. Paine (1980) demonstrou por meio de experimentos de manipulação de predadores em comunidades litorais que alguns predadores ”chaves" dominou a dinâmica de todas as espécies na comunidade. Será a dinâmica de comunidades sujeita a dominação por poucas interações fortes (Paine 1992)?
  12. 12. Fatores Limitantes Simplificação de redes tróficas. Estudos teóricos de Michalski e Arditi (1995) com redes tróficas complexas usando modelos dependente de razão indicam que muitas (ou a maioria) das interações potenciais nos ecossistemas complexos se perdem quando o sistema evolve ao equilíbrio. Assim, a dinâmica é dominada por poucas interações fortes ou retroalimentação dominante.
  13. 13. Fatores Limitantes O modelo é construído com a estrutura de interações ilustrada ao lado (incluso as flechas quebradas), que após evolve dinamicamente ao equilíbrio.. Ao aproximar equilíbrio do sistema, as flechas quebradas chegam a ser efetivamente zero de modo que o sistema termina com a estrutura efetiva ao lado direito.
  14. 14. Fatores Limitantes Guildas Limitantes. Um fator limitante pode consistir de um grupo, ou “guilda” de espécies similares ou co-atuantes. Por exemplo, os pulgões podem ser limitados por um grupo de insetos predadores (Morris 1992)..
  15. 15. Fatores Limitantes Hierarquias limitantes. Grupos de fatores podem atuar numa maneira hierarquia na regulação da densidade populacional. Por exemplo, várias espécies de peixes são reguladas por predadores generalistas em densidades baixas. As mesmas podem ser reguladas por doenças se escapam dos predadores generalistas, ou pelo fome se nada as controla (Berryman et al. 1987).
  16. 16. AMPLITUDE DE TOLERÂNCIA Todas as espécies têm uma amplitude de tolerância dentro do qual são capazes de lidar com as condições que experimentam. A amplitude de tolerância fica dentro do organismo, e é a capacidade do organismo sobreviver os extremos de fatores limitantes diferentes
  17. 17. Espécies Euritópicas Algumas espécies têm uma amplitude grande de tolerância ampla (espécies euritópicas ou tolerantes ecologicamente) e se distribuem em vários habitats e localidades (ou seja têm amplitudes geográficas mas amplas)
  18. 18. Espécies Stenotópicas Algumas espécies têm amplitudes restritas de tolerância (espécies stenotópicas ou não tolerantes ecologicamente) e não têm distribuições amplas e tendem a ter amplitudes geográficas muito limitadas. Por exemplo, o crustáceo amfipodo (Gammarus spp) e sua tolerância variável a salinidade.
  19. 19. Temperatura da Água: Tolerância das Espécies Tambaqui (Colossoma macropomum) – 23-34°C com 18°C letal Surubim (Pseudoplatystoma sp.) – 21-36°C com 9°C letal As vezes calculada como a temperatura semanal máxima – Que informa da temperatura máxima alcançada durante uma semana. Leitura: Luciano de Oliveira Garcia; Carlos Eduardo Copatti; Flávio Wachholz; Waterloo Pereira Filho; Bernardo Baldisserotto . Freshwater temperature in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil, and its implication for fish culture Neotrop. ichthyol. 6 (2): 275-281, 2008
  20. 20. Níveis de Oxigênio Dissolvido Condições de hipóxia – níveis baixas de oxigênio Peixe de água fria (truta Oncorhynchus mykiss) – 6-9 miligramas por mililitro (mg/ml) Peixe de água quente (Piraputanga Brycon hilarii) – 3-6 miligramas por mililitro (mg/ml) Alguns peixe como tilapia, Oreochromis aureus, podem tolerar condições extremes de hipóxia (<1 mg/ml)
  21. 21. Amplitude de Tolerância Zona Zona Zona Zona Zona De Ótima De De De Número de indivíduos stress intolerância stress intolerância baixo Fator ambiental Alto
  22. 22. Amplitude da Tolerância Limite inferior Limite superior da tolerância da tolerância Nenhum Poucos Poucos Nenhum indivíduo indivíduos Abundancia de indivíduos indivíduos indivíduo Tamanho Populacional Zona da Zona de Amplitude ótima Zona de Zona da intolerância Stress Stress intolerância fisiológico fisiológico Baixa Temperatura Alta
  23. 23. Amplitude de Tolerância A distribuição de cangurus sugerem um fator abiótico (precipitação) tem muito influencia, mas tal vez as populações também experimentam indiretamente os fatores bióticos como competidores, predadores, disponibilidade de alimento e parasitas. Os ecólogos precisam considerar fatores múltiplos para explicar os padrões de abundancia e distribuição.
  24. 24. Distribuições de Cangurus e o Clima Caughley documentou uma relação intima entre o clima e a distribuição dos três maiores cangurus na Austrália. – Macropus giganteus - Ocupa a 1/3 oriental do continente. – Macropus fuliginosus - Regiões sul e oeste. – Macropus rufus – Interior árido e semi-árido.
  25. 25. Distribuições de Cangurus e o Clima
  26. 26. Distribuições de Cangurus e o Clima As distribuições restritas podem não ser determinadas pelo clima. – O clima freqüentemente influencia as distribuições das espécies por meio de: Produção de alimentos Oferta de água Habitat Incidência de parasitas, doenças e competidores.
  27. 27. Besouros de Clima Frio Cicindela longilabris vive em elevações e latitudes superiores a maioria das outras espécies do gênero. – Schultz et. al. encontraram que as taxas metabólicas de C. longilabris são maiores e que as temperaturas preferidas são menores do que encontradas em outras espécies. Apóia hipótese do que o ambiente físico limita a distribuição da espécie.
  28. 28. Besouros de Clima Frio No norte, vive nas Florestas boreais No sul é restrita as florestas de elevações elevadas
  29. 29. Gradientes Ambientais Cada fator pode ser considerado disposto num gradiente ambiental que varia entre extremos (gradientes de temperatura, salinidade, luz, nitrogênio, oxigênio, pressão, profundidade e outros.) Os gradientes existem em todos os ambientes e afeita todos os organismos (geralmente de formas diferentes).
  30. 30. Gradientes Ambientais Cada espécie pode funcionar com mais eficiência dentro de uma parte limitada de cada gradiente, conhecida como a amplitude ótima dentro do gradiente. Dentro da amplitude ótima, a espécie pode funcionar otimamente e manter populações grandes. Próximo aos extremos do gradiente as espécies sofrem de stress fisiológico e, apesar de poder sobreviver, somente pode manter populações pequenas.
  31. 31. Gradientes Ambientais Os gradientes tem limites superiores e inferiores, ou os limites de tolerância de uma espécie ao fator ambiental. Alem desses limites a espécie não sobrevive ou sobrevive somente temporariamente.
  32. 32. Gradientes Ambientais Concentração de sal (%) do corpo Amplitude letal Concentração de sal (%) da água
  33. 33. Gradientes Ambientais Uma espécie pode não atingir seu potencial pleno em termos de amplitude geográfica e abundancia, devido a competição inter-específica, ou quando as condições de stress fisiológico não permite sua ação competitiva resultando em populações baixas ou sua extinção
  34. 34. Gradientes Ambientais 5 espécies de plantas anuais: germinação versus temperatura e os efeitos da competição
  35. 35. Gradientes Ambientais Peter Dye- – pastagens da África. Variação da precipitação resulta na mudança do pasto dominante
  36. 36. Gradientes Ambientais Dados empíricos das distribuições de espécies de árvores num gradiente ambiental: Abundância da espécie (% do total) Sierra Nevada Elevação (m)
  37. 37. Abundância Vegetal ao largo de Gradientes de Umidade Whittaker examinou as distribuições de plantas lenhosas ao largo de gradientes de umidade. – Documentou um gradiente de umidade nas montanhas, sendo mais seco em alturas maiores. As espécies de árvores demonstram distribuições agregadas ao largo de gradientes de umidade e com densidades menores nas bordas da distribuição.
  38. 38. Abundância Vegetal ao largo de Gradientes de Umidade
  39. 39. Distribuições de Plantas ao longo de um Gradiente de Umidade e Temperatura As distribuições das espécies de Encelia correspondem as variações de temperatura e precipitação
  40. 40. Distribuições no espaço e tempo Dados empíricos de Resposta da vegetação a Aquecimento climático pós-glacial um gradiente ambiental temporal: * As espécies respondem individualmente a mudança climática, e não como comunidades = seleção natural 40 Overpeck et al. 1992. Geology 20:1071-1074
  41. 41. Gradientes Ambientais O ambiente de qualquer espécie consiste de interações muito complexas de vários fatores bióticos e abióticos que determinam sua amplitude geográfica e abundancia. As populações somente podem viver nas áreas onde as partes favoráveis dos gradientes ambientais sobrepõem – Pode ser um “hotspot da biodiversidade” se a sobreposição dos gradientes ambientais de várias espécies ocorre.
  42. 42. Gradientes Ambientais Exemplo do aparelho de preferências para controlar gradientes de temperatura, umidade, e luz for porquinhos (Isopoda).
  43. 43. Biogeografia Aplicada O objetivo da ecologia aplicada e da biogeografia aplicada é entender as amplitudes de tolerância das espécies (e as variedades genéticas) e como os fatores limitantes afeita a saúde e a capacidade de sobreviver e reproduzir num ambiente
  44. 44. Explicando uma Ausência Uma espécie não ocorre porque: 1) Não pode chegar ali 2) Não quer (seleção de habitat) 3) As condições físicas ou químicas não são apropriadas 4) Outras espécies na área proíbem seu estabelecimento (competição, predação, parasitismo) ou a ausência de uma espécie chave (alimento, mutualista) 5) Azar 6) Dinâmica de meta-populações
  45. 45. Espécie ausente Devido a Dispersão Área não acessível Ou sem tempo suficiente Sim Seleção de Sim Habitat Não Comportamento Não Fatores bióticos Explicando uma Ausência
  46. 46. Predação, Sim Parasitismo. Fatores Competição, bióticos Doença meta- Não popualão Fatores Fatores químicas abióticos Fatores físicos Explicando uma Ausência
  47. 47. Referencias Berryman, A. A., N. C. Stenseth e A. S. Isaev. 1987. Natural regulation of herbivorous forest insect populations. Oecologia 71: 174- 184. Blackman, F. F. 1905. Optima and limiting factors. Annals of Botany 19: 281-295. Liebig, J. 1840. Chemistry and its application to agriculture and physiology. Taylor and Walton, London
  48. 48. Referencias Michalski, J e R. Arditi. 1994. Food web structure at equilibrium and far from it: is it the same? Proceedings of the Royal Society of London B, 259: 217-222. Paine, R. T. 1980. Food webs: linkage, interaction strength and community infrastructure. Journal of Animal Ecology 49: 667-685. Paine, R. T. 1992. Food-web analysis through field measurement of per-capita interaction strength. Nature 355: 73-75. Morris, W. F. 1992. The effects of natural enemies, competition, and host plant water availability on an aphid population, Oecologia 90: 359-365. 1987).

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