Aula Demoecologia Reduzida Da Sofia 2009

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FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA

Luís Chícharo e Sofia Gamito2009

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DEMOECOLOGIA

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Demoecologia

Demo – povo / população (do grego)

Demoecologia – estudo da ecologia das populações

Estuda as flutuações da abundância das espécies em condições naturais e quando exploradas pelo Homem.

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Demoecologia

Populações - conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que coexistem no tempo e no espaço Demos – Populações locais.

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Características das populações

⇒ a distribuição espacial dos indivíduos

⇒ a densidade

⇒ a taxa de crescimento

⇒ a taxa de mortalidade (curvas de sobrevivência –

pirâmides de idade)

⇒ variação da reprodução com a idade

⇒ proporção dos sexos (sex-ratio)

⇒ o polimorfismo genético

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• Tipos de distribuição espacial dos indivíduos

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• DENSIDADECaracterísticas das populações

A densidade é o número de indivíduos presentes por unidade de superfície ou de volume

⇓

determina a influência de uma espécie no ecossistema

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• Taxa de crescimento

O crescimento das populações depende:

Taxa de Natalidade (N)

Taxa de Mortalidade (M)

Factores ambientais Composição etária

Taxa de aumento ou decréscimo

da população

(in Krebs, 2001)

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O crescimento das populações depende:

⇒ da mortalidade (-) ⇒ da natalidade (+)

E também:

⇒ da emigração (-) ⇒ da imigração (+)

EMINNN tt −−++=+1 EMINN −−+=Δ

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Se a população for fechada, ou seja, se não houver migrações:

EMINNN tt −−++=+1EMINN −−+=Δ

MNN −=Δ ou MNr −=

r – taxa de crescimento da população

Nt – tamanho da população no tempo t.Por convenção, utilizamos t = 0 para indicar o ponto de início.

As unidades de t variam de acordo com o organismo considerado: Bactérias – minutos ou horas; tartarugas ou algumas espécies de árvores – anos ou décadas.

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• Taxa de crescimentoSe a população for fechada, ou seja, se não houver migrações:

MNN −=Δ ou MNr −=

r – taxa de crescimento da população

rN =Δ

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• Modelo exponencial

r - é a taxa de crescimento exponencial ou parâmetro de Malthus

N – Nº de indivíduos da populaçãoN0 – Nº de indivíduos no tempo zero.

rNdtdN

=

rNdtdN

= rteNN .0=O

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• Modelo Exponencial:Se o crescimento da população for contínuo, então:

Em que n e m representam as taxas instantâneas de natalidade e de mortalidade e r a taxa intrínseca de crescimento.

NmndtdN )( −= rNdt

dN =

Crescimento da população para diferentes valores de r

0

200

400

600

800

0 20 40 60 80 100

Tam

anho

da

popu

laçã

o

0.02 0.01 0 -0.01 -0.02

O O

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A população crescerá de forma exponencial se tiver recursos ilimitados. Para o ilustrar vamos seguir o crescimento de uma bactéria comum no intestino, E. coli. Neste exemplo estabelecemos 5 pequenas colónias de igual tamanho numa caixa de petri contendo um meio nutritivo. Nestas condições de amplos recursos, as células dividem-se todos os 12 min, em média. O que significa que, a cada 12 min, as cinco colónias duplicam em área. Quando se tornam visíveis, rapidamente cobrem a caixa de petri (crescimento exponencial)

• Crescimento exponencial

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• Modelos de crescimentoNo modelo exponencial assume-se que os recursos necessários para o crescimento da população são ilimitados, e por consequência as taxas de natalidade e de mortalidade per capita serão constantes.

Mas na realidade, quando a população aumenta de tamanho, os recursos começam a escassear e será de esperar que a taxa de natalidade per capita diminua.

E quanto à mortalidade?Será de esperar que aumente com o aumento da população –menos recursos, maior risco de subnutrição, …

Taxa de natalidade (n)

n0 Taxa de mortalidade (m)

m0

Tamanho da população

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• Modelo LogísticoAs taxas de natalidade e de mortalidade deixam de ser constantes.

Um modelo resultante poderá ser o Modelo Logístico, em que o crescimento da população depende da sua densidade e de K, a capacidade de carga (“carrying capacity”) ou de suporte do ambiente.

K representa o tamanho máximo da população que um

KNKrNdt

dN −=

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• Modelo Logístico

0

40

80

120

160

200

0 20 40 60 80 100

Tempo (t)

Tam

anho

da

popu

laçã

o (N

)

K=100

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Comparação entre as curvas de crescimento exponencial (r) e logística (k). Ex.: Escherichia coli - em 36 horas cobriria a superfície da Terra

• Crescimento logístico e exponencial

Carrying capacity

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• Crescimento logístico

Quando o tamanho da população aumenta, os recursos normalmente, torrnam-se escassos ou limitantes (k – carryingcapacity).

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Time unit Births Deaths Natural

Increase Year 131,571,719 55,001,289 76,570,430

Month 10,964,310 4,583,441 6,380,869 Day 360,470 150,688 209,782

Hour 15,020 6,279 8,741 Minute 250 105 146

Seconds 4.2 1.7 2.4

• Crescimento da população humana

World Population Growth Per Time Unit

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(Adaptado de Botkin e Keller, 2003)

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(in: Botkin e Keller, 2003)

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• Controlo do crescimento das populações⇒ redução progressiva da população

- Variação da mortalidade com a densidade em aves (Apus melba).

⇒ controlo da taxa de mortalidade Ex.: aves

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• Controlo do crescimento das populações

⇒ controlo da taxa de fecundidade Ex.: elefantes

Densidade da população pouco densa muito densa Idade de maturação 11 anos 18 anos

Intervalo entre nascim entos das crias

4 anos 7 anos

⇒ redução progressiva da população

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⇒ redução brusca da população

⇒ Ex.: populações de cervos (Odocoileus hemionus)


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⇒ redução brusca da população

⇒ Ex.: fitoplâncton (Asterionella formosa)


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Taxas de mortalidade variáveis com a idade – diferentes tipos de curvas.

(in: Krebs, 2001)

• Taxa de mortalidade e curvas de sobrevivência

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Comparação entre as curvas de sobrevivência de diferentes tipos. Tipo I - Ex.: população humana; Tipo II - Ex.: populações de aves; Tipo III - Ex.: peixes e invertebrados marinhos.

(in: Krebs, 2001)

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Influência da densidade na sobrevivência


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• PIRÂMIDES DE IDADEPodem considerar-se 3 tipos de pirâmides de idade:

- de base alargada - elevada proporção de jovens

- de tipo intermédio

- de base pequena - populações senis

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• PIRÂMIDES DE IDADEEntre 1960 e 2000 a proporção de jovens (0-14 anos) diminuiu de cerca de 37% para 30%.

As projecções apontam para que a proporção de jovens continuará a diminuir, para atingir os 21% do total da população em 2050.

Ao contrário, a proporção da população com 65 ou mais anos regista uma tendência crescente.

De referir ainda que o ritmo de crescimento da população idosa é quatro vezes superior ao da população jovem.In: http://alea-estp.ine.pt/html/actual/html/act29.htm

Pirâmide de Idades, Portugal 1960-2000

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• PIRÂMIDES DE IDADE

Em muitas espécies as pirâmides de idades teóricas têm sido modificadas pelo Homem. Ex. resultado da malhagem das redes de pesca

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• SEX-RATIOCondiciona a reprodução e consequentemente a natalidade e a taxa de crescimento da população

Nas populações poligâmicas, a proporção entre machos reprodutivos e fêmeas é desigual.

Nestas populações, é mais importante o número de machos do que o de fêmeas para a geração seguinte.

O tamanho global de uma subpopulação tem assim pouco significado, sendo mais importante o tamanho efectivo, Ne.

Ne é igual ao número de adultos que contribuem com gâmetas para a geração seguinte.

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•SEX-RATIO — Tamanho efectivo, NeSe os sexos estiverem em igual proporção e todos os indivíduos adultos tiverem igual probabilidade de produzirem descendentes, Ne é igual ao número de adultos reprodutores.

Se um dos sexos estiver em menor proporção, então Ne é menor.

100 96

84

64

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0

20

40

60

80

100

50:50 40:60 30:70 20:80 10:90

Relação entre machos e fêmeas reprodutoras

Tam

anho

efe

ctiv

o da

pop

ulaç

ão

(Adaptado de Primack, 2002)

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• POLIMORFISMO GENÉTICO

Possibilita a adaptação das populações e a sua capacidade de resposta às alterações ambientais do meio.

A selecção natural actua no sentido da obtenção de valores máximos das taxas de crescimento

forte pressão da selecção ⇒ melhor adaptação ⇒ maior crescimento

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Flutuações das populações⇒ flutuações regulares e periódicas: interanuais, sazonais

O sucesso reprodutor do insecto Pieris brassicae é reduzido em diferentes escalas na mesma e entre várias posturas por:doenças nos adultos; parasitismo sobre adultos; predação; doenças das crisálidas; parasitismo sobre as crisálidas

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Flutuações das populações⇒ flutuações irregulares em torno de valores médios

⇒ boa capacidade de resistir às alterações ambientais negativas⇒ capacidade reduzida de aproveitar situações favoráveis

Mosquito da malária

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Flutuações das populações⇒ flutuações resultantes de explosões demográficas

Crescimento da população de ovelhasintroduzidas na Austrália.

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Factores causadores das flutuações das populações

⇒ Dependentes da densidade:

⇒ Alimento disponível

⇒ Competição

⇒ Predação

⇒ Parasitismo

⇒ Doenças

⇒ Independentes da densidade:

⇒ Factores climáticos

⇒ Factores genéticos:

⇒ Selecção r e k

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• ALIMENTO DISPONÍVELFactores dependentes da densidade

Crescimento da população do coleóptero Tribolium confusumem função da quantidade de alimento disponível.

AMPLITUDEDA

VARIAÇÃO

⇒ A quantidade de recursos alimentares disponíveis limita a densidade das populações.

⇒ A disponibilidade de alimento é sobretudo determinante para as flutuações das populações de carnívoros.

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• COMPETIÇÃO

Curvas de crescimento dos fungos Saccharomyces e Schizosaccharomyces em culturas puras e em culturas mistas.

Factores dependentes da densidade

(in Krebs, 2001)

Saccharomyces Schizosaccharomyces

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• PREDAÇÃO

Crescimento de 2 populações - predador(Didinium nasutum) e presa (P. caudatum).


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• PARASITISMO

Flutuações típicas das populações de parasitas e hospedeiros.


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Quanto maior a densidade -maior a propagação

Cultivo intensivo de enguias

• DOENÇAS


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Factores independentes da densidade⇒ homogeneidade/heterogeneidade do habitat

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Factores independentes da densidade⇒ factores climáticos. Ex.: nevões, incêncios

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Estratégias de reprodução

Adaptado de: Pité e Avelar, 1996

Constante, próximo de K. Ecossistemas saturados.

Variável, muito inferior a K. Ecossistemas não saturados com nichos ecológicos vazios.

Tamanho da população

Sobrevivência até uma idade avançada, ou mortalidade constante (Tipo I ou II)

Mortalidade juvenil elevada, relativamente constante para os indivíduos adultos (Tipo III)

Sobrevivência

Dependente da densidade

Catastrófica, independente da densidade

Mortalidade

Relativamente constante ou previsível

Variável ou imprevisívelClima / AmbienteEstratégia KEstratégia rParâmetro

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Estratégias de reprodução

Adaptado de: Pité e Avelar, 1996

Longa, superior a um ano

Curta, inferior a um anoLongevidade

Vários actos reprodutores

Um único acto reprodutor

Tamanho grandeTamanho pequenoReprodução tardiaReprodução precoceFecundidade baixaFecundidade elevadaDesenvolvimento lentoDesenvolvimento rápidoCaracterísticas

favorecidas

Em geral intensaVariável, em geral fracaCompetição intraespecífica

Estratégia KEstratégia rParâmetro

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Referências:Bolen, E. G. & Robinson, W. L. (1995). Wildlife ecology and management, 3 edition. Prentice Hall, New Jersey.

Botkin, D. & Keller, E. (2003). Environmental Science. Earth as a livingplanet, 4 edition. John Wiley & Sons, New York.

Krebs, C. J. (2001). Ecology. The experimental analysis of distribution andabundance, 5 edition. Benjamin Cummings, San Francisco.

Pité, M. T. & Avelar, T. (1996). Ecologia das populações e das comunidades. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa.

Primack, R. B. (2002). Essentials of conservation biology, 3 edition. SinauerAssociates Inc, Sunderland.

Aula Demoecologia Reduzida Da Sofia 2009

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