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Ecologia de ecossistemas: aula de revisãoProfa. Mariana BenderDepartamento de Ecologia e EvoluçãoLaboratóriode Macroecologia e ConservaçãoMarinha
• 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
• Disponibiliade de água• Nutrientes• Qualidade e quantidade de luz
Fatores limitantes da produtividade
• 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
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
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
Componentes da diversidade
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
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
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
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.
Diversidade e funcionamento de ecossistemas
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
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).