4: Visão geral da ecologia

Níveis de estudo ecológico

Quando uma disciplina como a biologia é estudada, muitas vezes é útil subdividi-la em áreas menores e relacionadas. Por exemplo, biólogos celulares interessados em sinalização celular precisam entender a química das moléculas de sinal (que geralmente são proteínas), bem como o resultado da sinalização celular. Ecologistas interessados nos fatores que influenciam a sobrevivência de uma espécie ameaçada de extinção podem usar modelos matemáticos para prever como os esforços atuais de conservação afetam os organismos ameaçados. Para produzir um conjunto sólido de opções de manejo, um biólogo conservacionista precisa coletar dados precisos, incluindo o tamanho atual da população, fatores que afetam a reprodução (como fisiologia e comportamento), requisitos de habitat (como plantas e solos) e potenciais influências humanas na população ameaçada de extinção e seu habitat (que pode ser derivado por meio de estudos em sociologia e ecologia urbana). Dentro da disciplina de ecologia, os pesquisadores trabalham em quatro níveis específicos, às vezes discretamente e às vezes com sobreposição: organismo, população, comunidade e ecossistema (figura\(\PageIndex{a}\)).

Figura\(\PageIndex{a}\): Os ecologistas estudam em vários níveis biológicos de organização. (crédito “organismos”: modificação do trabalho por “Crystl” /Flickr; crédito “ecossistemas”: modificação do trabalho de Tom Carlisle, sede do Serviço de Pesca e Vida Selvagem dos EUA; crédito “biosfera”: NASA)

Ecologia Organizacional

Pesquisadores que estudam ecologia no nível do organismo estão interessados nas adaptações que permitem que os indivíduos vivam em habitats específicos. Essas adaptações podem ser morfológicas, fisiológicas e comportamentais. Por exemplo, a borboleta azul Karner (Lycaeides melissa samuelis) (figura\(\PageIndex{b}\)) é considerada especialista porque as fêmeas preferencialmente ovipositam (ou seja, põem ovos) no tremoço selvagem. Essa adaptação preferencial significa que a borboleta azul Karner é altamente dependente da presença de plantas de tremoço selvagem para sua sobrevivência contínua.

Figura\(\PageIndex{b}\): A borboleta azul Karner (Lycaeides melissa samuelis) é uma borboleta rara que vive apenas em áreas abertas com poucas árvores ou arbustos, como pinheiros e savanas de carvalhos. Ele só pode botar seus ovos em plantas de tremoço. (crédito: modificação do trabalho de J & K Hollingsworth, USFWS)

Após a eclosão, as lagartas larvais emergem e passam de quatro a seis semanas se alimentando exclusivamente de tremoço selvagem (figura\(\PageIndex{c}\)). As lagartas se reproduzem (sofrem metamorfose) e emergem como borboletas após cerca de quatro semanas. As borboletas adultas se alimentam do néctar das flores do tremoço selvagem e de outras espécies de plantas. Um pesquisador interessado em estudar as borboletas azuis Karner no nível do organismo pode, além de fazer perguntas sobre a postura de ovos, fazer perguntas sobre a temperatura preferida das borboletas (uma questão fisiológica) ou o comportamento das lagartas quando elas estão em diferentes estágios larvais (a pergunta comportamental).

Figura\(\PageIndex{c}\): O tremoço selvagem (Lupinus perennis) é a planta hospedeira da borboleta azul Karner

 

Ecologia Populacional

Uma população é um grupo de organismos cruzados que são membros da mesma espécie que vivem na mesma área ao mesmo tempo. (Organismos que são todos membros da mesma espécie são chamados de coespecíficos.) Uma população é identificada, em parte, por onde vive, e sua área de população pode ter limites naturais ou artificiais: limites naturais podem ser rios, montanhas ou desertos, enquanto exemplos de limites artificiais incluem grama cortada, estruturas artificiais ou estradas. O estudo da ecologia populacional se concentra no número de indivíduos em uma área e como e por que o tamanho da população muda com o tempo. Os ecologistas populacionais estão particularmente interessados em contar a borboleta azul de Karner, por exemplo, porque ela é classificada como ameaçada pelo governo federal. No entanto, a distribuição e densidade dessa espécie são altamente influenciadas pela distribuição e abundância do tremoço selvagem. Os pesquisadores podem fazer perguntas sobre os fatores que levam ao declínio do tremoço selvagem e como eles afetam as borboletas azuis Karner. Por exemplo, os ecologistas sabem que o tremoço selvagem prospera em áreas abertas onde árvores e arbustos estão praticamente ausentes. Em ambientes naturais, incêndios florestais intermitentes removem regularmente árvores e arbustos, ajudando a manter as áreas abertas que o tremoço selvagem requer. Modelos matemáticos podem ser usados para entender como a supressão de incêndios florestais por humanos levou ao declínio dessa importante planta para a borboleta azul Karner.

Ecologia Comunitária

Uma comunidade biológica consiste nas diferentes espécies dentro de uma área, normalmente um espaço tridimensional, e nas interações dentro e entre essas espécies. Os ecologistas comunitários estão interessados nos processos que impulsionam essas interações e em suas consequências. Perguntas sobre interações coespecíficas geralmente se concentram na competição entre membros da mesma espécie por um recurso limitado. Os ecologistas também estudam as interações entre várias espécies; membros de diferentes espécies são chamados de heteroespecíficos. Exemplos de interações heteroespecíficas incluem predação, parasitismo, herbivoria, competição e polinização. Essas interações podem ter efeitos reguladores no tamanho da população e podem impactar os processos ecológicos e evolutivos que afetam a diversidade.

Por exemplo, as larvas da borboleta azul Karner formam relações mutualistas com as formigas. O mutualismo é uma forma de relacionamento de longo prazo que coevoluiu entre duas espécies e da qual cada espécie se beneficia. Para que exista mutualismo entre organismos individuais, cada espécie deve receber algum benefício da outra como consequência do relacionamento. Pesquisadores demonstraram que há um aumento na probabilidade de sobrevivência quando as larvas da borboleta azul Karner (lagartas) são cuidadas por formigas. Isso pode ocorrer porque as larvas passam menos tempo em cada fase da vida quando cuidadas por formigas, o que oferece uma vantagem para as larvas. Enquanto isso, as larvas da borboleta azul Karner secretam uma substância rica em carboidratos que é uma importante fonte de energia para as formigas. Tanto as larvas azuis de Karner quanto as formigas se beneficiam de sua interação.

Ecologia de ecossistemas

A ecologia de ecossistemas é uma extensão da ecologia de organismos, populações e comunidades. O ecossistema é composto por todos os componentes bióticos (seres vivos) em uma área junto com os componentes abióticos (seres não vivos) dessa área. Alguns dos componentes abióticos incluem ar, água e solo. Biólogos de ecossistemas fazem perguntas sobre como os nutrientes e a energia são armazenados e como eles se movem entre os organismos e a atmosfera, o solo e a água circundantes.

As borboletas azuis Karner e o tremoço selvagem vivem em um habitat árido de carvalho-pinheiro. Este habitat é caracterizado por distúrbios naturais e solos pobres em nutrientes e com baixo teor de nitrogênio. A disponibilidade de nutrientes é um fator importante na distribuição das plantas que vivem nesse habitat. Pesquisadores interessados em ecologia de ecossistemas poderiam fazer perguntas sobre a importância de recursos limitados e a movimentação de recursos, como nutrientes, por meio das porções bióticas e abióticas do ecossistema.

Conexão de carreira: Ecologista

Uma carreira em ecologia contribui para muitas facetas da sociedade humana. Compreender as questões ecológicas pode ajudar a sociedade a atender às necessidades humanas básicas de alimentação, abrigo e cuidados de saúde. Os ecologistas podem realizar suas pesquisas em laboratório e ao ar livre em ambientes naturais (Figura\(\PageIndex{d}\)). Esses ambientes naturais podem estar tão perto de casa quanto o riacho que atravessa seu campus ou tão distantes quanto as fontes hidrotermais no fundo do Oceano Pacífico. Os ecologistas gerenciam recursos naturais, como populações de veados de cauda branca (Odocoileus virginianus) para caça ou barracas de madeira de álamo tremedor (Populus spp.) para produção de papel. Os ecologistas também trabalham como educadores que ensinam crianças e adultos em várias instituições, incluindo universidades, escolas secundárias, museus e centros naturais. Os ecologistas também podem trabalhar em cargos consultivos, auxiliando os formuladores de políticas locais, estaduais e federais a desenvolver leis ecologicamente corretas, ou eles mesmos podem desenvolver essas políticas e legislações. Para se tornar um ecologista, é necessário um diploma de graduação, geralmente em ciências naturais. O curso de graduação geralmente é seguido por treinamento especializado ou avançado, dependendo da área de ecologia selecionada. Os ecologistas também devem ter uma ampla formação em ciências físicas, bem como uma base sólida em matemática e estatística.

Figura\(\PageIndex{d}\): Este ecologista paisagista está liberando um furão de pés pretos em seu habitat nativo como parte de um estudo. (crédito: USFWS Mountain Prairie Region, NPS)

Atribuição

Modificado por Melissa Ha e Rachel Schleiger de Ecology and the Biosphere by OpenStax (licenciado sob CC-BY)