A Ecologia e sua importância

A palavra ecologia deriva de duas palavras gregas: oikós (casa) e logos (estudo). Assim, ecologia significa, literalmente, o “estudo da casa”.

A Ecologia é uma área da Biologia que se preocupa em estudar as relações entre os seres vivos e entre eles e o meio em que vivem. Essa área está em pleno desenvolvimento e se torna cada vez mais importante por causa da interferência humana sobre os ecossistemas. Essa interferência tem provocado desequilíbrios ecológicos, somente evitáveis na medida em que conheçamos a estrutura e o funcionamento dos ecossistemas e nos capacitemos a adotar procedimentos racionais de utilização dos recursos naturais.

A preocupação com a preservação de nosso planeta não é só de agora e tem sido motivo de reuniões mundiais para se tentar propor medidas em termos globais.

Os componentes estruturais de um ecossistema

Os ecossistemas apresentam dois componentes estruturais básicos e intimamente inter-relacionados:

  • componentes abióticos: podem ser físicos (como a radiação solar, a temperatura, a luz, a umidade, os ventos), químicos (como os nutrientes presentes nas águas e nos solos) ou geológicos (como o solo);
  • componentes bióticos: são os seres vivos.

Em um ecossistema existem várias populações de diferentes espécies de seres vivos, e o conjunto dessas populações compõem uma comunidade ou biocenose ou, ainda, biota.

Montagem com fotografias para ilustrar os níveis de organização dos seres vivos, desde organismo até ecossistema.
Montagem com fotografias para ilustrar os níveis de organização dos seres vivos, desde organismo até ecossistema.

Os componentes abióticos

A radiação solar é um dos principais fatores físicos dos ecossistemas, pois é por meio dela que os seres clorofilados realizam fotossíntese. Nesse processo, liberam oxigênio para a atmosfera e transformam a energia luminosa em energia química, única forma de energia que pode ser aproveitada pelos demais seres vivos. Além disso, a radiação solar, interagindo com a atmosfera e a superfície terrestre, interfere em outros fatores físicos, como temperatura, umidade e pluviosidade de uma região.

A atmosfera é fundamental para a biosfera, pois, além de conter gases essenciais para a vida, impede que a Terra perca calor, atuando como um “cobertor” ou uma estufa. É por isso que se fala em efeito de cobertura ou efeito estufa da atmosfera.

Os principais componentes da atmosfera que contribuem para o efeito estufa são o gás carbônico e o vapor d’água, sendo também relevantes a ação do metano (CH4) e do dióxido de enxofre (SO2). Este é um gás tóxico liberado da combustão do carvão mineral e do diesel.

A atmosfera é transparente à energia radiante, mas não é transparente à energia térmica irradiada pela Terra. Fenômeno semelhante ocorre em uma estufa: o vidro da estufa é transparente à energia luminosa do Sol, que é absorvida pelas plantas e pelo solo, e reirradiada como energia térmica, com comprimentos de onda correspondentes ao infravermelho. Como esses raios não atravessam o vidro, há retenção de calor dentro da estufa.

De modo semelhante ao vidro da estufa, a atmosfera impede que o calor se dissipe, evitando o resfriamento da Terra.

O aquecimento da atmosfera ocorre principalmente por ação do infravermelho reirradiado pela superfície da Terra em direção às camadas mais altas. O ar inicialmente aquecido enquanto sobe, expande-se e, por isso resfria-se. Assim ocorre condensação do vapor de água contido nessa massa de ar e há liberação de calor, contribuindo para o aquecimento da atmosfera. O ar resfriado desce e sofre novo aquecimento, iniciando-se novamente o ciclo.

Em regiões secas, como ocorre pouca evaporação durante o dia, a umidade do ar é reduzida. Nos desertos, durante o dia as temperaturas são elevadas em função do aquecimento do solo, que irradia energia térmica. Já durante a noite ocorre o rápido resfriamento, verificando-se grandes quedas de temperatura. Isso acontece por haver pouco vapor d’água na região, o qual auxiliaria no equilíbrio térmico ao se condensar. Assim, existe maior facilidade de perda de calor a noite nos desertos do que em quaisquer outras regiões.

Conhecendo a importância da atmosfera para o equilíbrio térmico da Terra, é possível supor o que a modificação em sua composição pode acarretar para a vida no planeta. Acredita-se que a elevação da concentração de CO2 na atmosfera, decorrente do crescente aumento da queima de combustíveis, possa provocar elevação da temperatura média, uma vez que acentuaria o efeito estufa.

O Sol é a fonte de calor e de energia luminosa para a Terra. Os raios solares, no entanto, não atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade, como pode ser observado no experimento da figura a seguir.

Experimento: os raios solares não atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade.
Experimento: os raios solares não atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade.

Pegando um globo terrestre e uma fonte luminosa qualquer, como uma lanterna, e interpondo entre ambos uma cartolina com um quadrado recortado, verifica-se que uma mesma quantidade de luz, ao atingir o globo, distribui-se por uma área menor no equador do que nos pólos. Isso ocorre porque no equador os raios solares são quase perpendiculares à superfície do globo, 0 que não acontece nos pólos. Havendo maior concentração de energia luminosa no equador, haverá também maior aquecimento nessa região. Então, estabelece-se um gradiente térmico em função da latitude, verificando-se temperaturas mais altas no equador e mais baixas nos pólos. No entanto, como o eixo da Terra é inclinado, nem sempre é o equador que recebe os raios solares perpendicularmente.

Os movimentos de rotação e de circunvolução da Terra permitem que a quantidade de energia solar que a atinge varie. Isso determina os principais padrões gerais de distribuição da temperatura, da circulação de ar e da incidência de chuvas no planeta. Determina, enfim, as principais zonas climáticas: a polar, a temperada e a tropical. Estas, por sua vez, estabelecem os grandes padrões de vida na Terra.

Os componentes bióticos

Os componentes bióticos podem ser divididos em dois grupos:

  • organismos autótrofos: representados pelos seres fotossintetizantes e quimiossintetizantes, considerados os produtores dos ecossistemas;
  • organismos heterótrofos: representados pelos consumidores e pelos decompositores.

Os consumidores são organismos que se alimentam de outros organismos, como fazem todos os animais. Os que se alimentam de produtores são chamados consumidores primários, como é o caso dos herbívoros, cujo alimento são as plantas. Aqueles que se alimentam de herbívoros são denominados consumidores secundários; os que se alimentam de consumidores secundários são os consumidores terciários, e assim por diante.

Os decompositores degradam a matéria orgânica contida nos produtores e nos consumidores, utilizando alguns produtos da decomposição como alimento e liberando para o meio ambiente apenas minerais e outras substâncias, que podem ser novamente utilizados pelos produtores. Os decompositores estão representados pelas bactérias e pelos fungos.

Cadeia e rede alimentar

A sequência de seres vivos em que um serve de alimento para o outro é chamada cadeia alimentar. Num ecossistema existem várias cadeias alimentares, formando uma complexa relação de transferência de matéria e de energia, denominada rede alimentar ou teia alimentar.

Para exemplificar, vamos usar um curioso exemplo descrito por pesquisadores brasileiros para a região de Bonito (MS):

  • Pesquisadores brasileiros que estudam a nascente de águas cristalinas de Baía Bonita, na região de Bonito (MS), registraram uma curiosa rede alimentar que envolve plantas terrestres, macacos, peixes, insetos e serpentes.
  • Esses pesquisadores verificaram que peixes conhecidos por piraputangas (Brycon microlepis) concentram-se em regiões dessa nascente onde grupos de macacos-prego (Cebus apella) se alimentam de frutos das árvores existentes ao redor da água. Foi possível comprovar que, ao se alimentarem, esses macacos deixam cair na água galhos quebrados e frutos, atraindo rapidamente as piraputangas, que se alimentam desses frutos.
  • À medida que o grupo de macacos pula de galho em galho para outras árvores, o cardume de peixes acompanha o deslocamento deles em busca dos frutos que caem na água. As piraputangas vivem em cardumes, são diurnas e orientam-se principalmente pela visão. São oportunistas, alimentando-se de sementes e frutos das árvores existentes ao redor do curso da água ou de insetos que caem nela. Concentrados na obtenção de alimento e em seguir o grupo de macacos, as piraputangas tornam-se alvo mais fácil de predadores, como os dourados.
  • Uma das piraputangas, que havia sido mordida por um dourado mas conseguira escapar nadando com dificuldade, foi capturada por uma sucuri, que entrou na água e se enrolou no corpo do peixe, como normalmente faz para capturar suas vítimas, matando-as por estrangulamento. Esse foi o primeiro registro da predação de um peixe por uma serpente.

Desse modo, uma curiosa rede alimentar se estabelece:

Cadeia alimentar de Baía Bonita.

Os níveis tróficos

O conjunto de todos os organismos de um ecossistema com o mesmo tipo de nutrição constitui um nível trófico ou alimentar.

Os produtores ocupam o primeiro nível trófico; os animais herbívoros, que são consumidores primários, formam o segundo nível trófico; os animais carnívoros que se alimentam de herbívoros (consumidores secundários) formam o terceiro nível trófico; os animais carnívoros que se alimentam de animais carnívoros (consumidores terciários) formam o quarto nível trófico; e assim por diante.

Um organismo pode ocupar mais de um nível trófico, como acontece, por exemplo, com os animais onívoros (omnis = tudo): eles se alimentam de plantas, de herbívoros e de carnívoros, podendo participar de diversas cadeias alimentares e, assim, ocupar diferentes níveis tróficos.

Os decompositores formam um grupo especial, nutrindo-se de elementos mortos provenientes de diferentes níveis tróficos, degradando tanto produtores como consumidores.

Componentes estruturais bióticos dos ecossistemas Nível trófico
Autótrofo — Produtor
Heterótrofo Consumidor primário
sedundário
terciário
quaternário
Decompositor

Habitat e nicho ecológico

O lugar que um organismo ocupa no ecossistema é o seu habitat, e a descrição de seu modo de vida constitui o seu nicho ecológico.

Assim, em um ecossistema representado por uma lagoa, o habitat de uma alga microscópica é a água superficial. Seu nicho ecológico pode ser assim resumido: as algas necessitam de luz, de nutrientes minerais, de temperatura adequada, realizam fotossíntese, reproduzem-se, servem de alimento para alguns animais.

Fluxo de energia e ciclo da matéria

Todos os seres vivos necessitam de matéria-prima e de energia para a realização de suas atividades vitais. Essas necessidades são supridas pelos alimentos orgânicos.

Os organismos produtores (autótrofos) sintetizam seu próprio alimento orgânico a partir de matéria não-orgânica, e esse alimento é utilizado por eles e pelos consumidores (heterótrofos), que não são capazes de executar essa função.

Os principais produtores são os organismos fotossintetizantes. A energia luminosa do Sol é transformada em energia química pelos produtores e é transmitida aos demais seres vivos. Essa energia, no entanto, diminui à medida que passa de um consumidor para outro, pois parte dela é liberada sob a forma de calor e parte é utilizada na realização dos processos vitais do organismo.

Assim, sempre restará uma parcela menor de energia disponível para o nível seguinte. Como na transferência de energia entre os seres vivos não há reaproveitamento da energia liberada, diz-se que essa transferência é unidirecional e ocorre como um fluxo de energia.

A matéria, no entanto, pode ser reciclada, falando-se em ciclo da matéria ou ciclo biogeoquímico. Os decompositores são fundamentais nesse ciclo, pois eles decompõem organismos mortos de todos os níveis tróficos, devolvendo ao ciclo elementos fundamentais.

Esquema simplificado representando o ciclo da matéria e o fluxo de energia.
Esquema simplificado representando o ciclo da matéria e o fluxo de energia.

Pirâmides ecológicas

As transferências de matéria e de energia nos ecossistemas são frequentemente representadas de modo gráfico, mostrando as relações entre os diferentes níveis tróficos em termos de quantidade. Como ocorre redução de matéria e de energia em cada nível trófico, essas representações adquirem o formato de pirâmides.

As pirâmides ecológicas podem ser de número, de biomassa ou de energia. Nelas cada nível trófico é representado por um retângulo, cujo comprimento é proporcional à quantidade do que está sendo representado: número, biomassa ou energia. A altura desses retângulos é sempre a mesma.

Pirâmide de números

Indica o número de indivíduos em cada nível trófico. Por exemplo: em um campo, 5 mil plantas são necessárias para alimentar 300 gafanhotos, que servirão de alimento a apenas uma ave.

Nesse exemplo, a pirâmide tem a base mais larga, pois é necessário grande número de produtores para alimentar uns poucos herbívoros, que, por sua vez, servirão de alimento para um número ainda menor de carnívoros. Esta é a pirâmide direta.

Existem casos, no entanto, em que o produtor tem grande porte, como ocorre com uma árvore que sustenta grande número de herbívoros. Nesse caso, o gráfico de números, apesar de não ter o formato de pirâmide, pois a base é estreita, é chamado de pirâmide invertida.

Esquemas de pirâmides de números.
Esquemas de pirâmides de números.

Pirâmide de biomassa

A biomassa é expressa em termos de quantidade de matéria orgânica por unidade de área em dado momento.

De modo geral, a biomassa dos produtores é maior que a dos herbívoros, que é maior que a dos carnívoros. Nesses casos, a pirâmide é direta. Isso ocorre nos ecossistemas terrestres nos quais, em geral, os produtores têm grande porte.

Do mesmo modo como acontece com a pirâmide de números, a de biomassa pode se apresentar invertida, o que pode ser verificado em oceanos e lagos, onde os produtores são pequenos e rapidamente consumidos pelos consumidores primários.

Esquemas de pirâmides de biomassa (g/m²).
Esquemas de pirâmides de biomassa (g/m²).

Pirâmide de energia

A pirâmide de energia é construída levando-se em consideração a biomassa acumulada por unidade de área (ou volume), por unidade de tempo em cada nível trófico. Por considerar o fator tempo, a pirâmide de energia nunca é invertida.

Apesar de as pirâmides de energia representarem satisfatoriamente o fluxo de energia nos ecossistemas, elas possuem um inconveniente básico comum às outras pirâmides ecológicas: não mostram o nível dos decompositores, que compõem uma parcela importante dos ecossistemas.

Esquema de pirâmide de energia. Esse tipo de pirâmide nunca é invertido, qualquer que seja o ecossistema analisado.
Esquema de pirâmide de energia. Esse tipo de pirâmide nunca é invertido, qualquer que seja o ecossistema analisado.

Os ciclos biogeoquímicos

A Biogeoquímica é uma ciência que estuda a troca de materiais entre os componentes bióticos e abióticos dos ecossistemas.

Os seres vivos mantêm constante troca de matéria com o ambiente. Os elementos químicos são retirados do ambiente, utilizados pelos organismos e novamente devolvidos ao ambiente, num processo que constitui os ciclos biogeoquímicos.

Vamos analisar aqui os ciclos dos quatro elementos químicos que entram na composição da matéria orgânica: carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. As trocas de hidrogênio entre seres vivos e ambiente serão estudadas no ciclo da água. Discutiremos então quatro ciclos biogeoquímicos: o da água, o do carbono, o do oxigênio e o do nitrogênio.

Ciclo da água

O ciclo da água na natureza está representado de modo simplificado na figura a seguir:

Esquema simplificado do ciclo da água. Assim como a evaporação ocorre tanto no mar como em terra e na água doce, também a chuva ocorre em todos esses ambientes.
Esquema simplificado do ciclo da água. Assim como a evaporação ocorre tanto no mar como em terra e na água doce, também a chuva ocorre em todos esses ambientes.

A água está em constante mudança de estado físico e há permanente troca dessa substância entre rios, lagos, mares, solos, atmosfera e seres vivos.

A água presente sob forma líquida na superfície da Terra sofre evaporação e passa para a atmosfera. Com o resfriamento nas camadas mais altas da atmosfera, os vapores de água condensam-se, formam nuvens e depois voltam à superfície terrestre sob a forma de chuva. Havendo resfriamento excessivo, ainda na atmosfera os vapores de água podem sofrer condensação e em seguida solidificação, dando origem à neve ou ao gelo, que podem cair na superfície terrestre constituindo a nevada e o granizo, respectivamente.

Os seres vivos absorvem ou ingerem água, pois ela é fundamental para sua sobrevivência. Parte da água presente no corpo dos seres vivos retorna ao meio ambiente pela respiração, pela excreção e principalmente pela transpiração.

A água participa de vários processos dentro do corpo dos seres vivos, seja como solvente ou como reagente ou produto de reações químicas. Como reagente, a água participa, por exemplo, da fotossíntese, e seus átomos de hidrogênio serão incorporados à matéria orgânica que fica disponível para os produtores e, por meio da cadeia alimentar, para os consumidores e decompositores. Pela respiração, parte da água retorna ao meio ambiente.

As plantas liberam parte da água que absorvem, principalmente pela transpiração, processo importante não só para resfriar o corpo da planta, como também para a condução da seiva bruta até as folhas.

Os animais liberam, por meio da transpiração, da excreção e das fezes, parte da água que absorvem ou ingerem.

Ciclo do carbono

O ciclo do carbono consiste na fixação desse elemento pelos seres autótrofos por meio da fotossíntese ou da quimiossíntese, processos que incorporam o carbono das moléculas de CO2 do meio a moléculas orgânicas que ficam disponíveis para os produtores e, através da cadeia alimentar, para os consumidores e decompositores. Por meio da respiração ou da fermentação, o CO2 retoma para o meio ambiente. O gás carbônico também é liberado para a atmosfera na queima de combustíveis fósseis, representados pelo carvão mineral e derivados de petróleo, como gasolina e óleo diesel.

O ciclo do carbono está esquematizado na figura a seguir:

Esquema simplificado do ciclo do carbono.
Esquema simplificado do ciclo do carbono.

Ciclo do oxigênio

O oxigênio (O2) é um gás liberado pelos organismos fotossintetizantes e utilizado na respiração celular, processo que resulta na produção de gás carbônico.

É interessante notar que o oxigênio é uma substância que não só garante a vida na Terra, como também se origina da atividade vital. Praticamente todo o oxigênio livre na atmosfera e na hidrosfera tem origem biológica, no processo de fotossíntese.

Fotografia de satélite colorida artificialmente, tirada em 17 de setembro de 2001, mostrando o buraco na camada de ozônio na região Antártida (parte inferior da foto onde o azul é mais escuro). Os níveis de ozônio estão codificados por cores, que vão desde azul-escuro, que indica concentração mais baixa, até amarelo, que indica concentração mais alta.
Fotografia de satélite colorida artificialmente, tirada em 17 de setembro de 2001, mostrando o buraco na camada de ozônio na região Antártida (parte inferior da foto onde o azul é mais escuro). Os níveis de ozônio estão codificados por cores, que vão desde azul-escuro, que indica concentração mais baixa, até amarelo, que indica concentração mais alta.

O O2 produzido pode participar também da formação da camada de ozônio (O3), cuja presença na atmosfera é de extrema importância para os seres vivos, pois atua como filtro da radiação ultravioleta, nociva quando em excesso.

A nocividade dessa radiação está relacionada a doenças como o câncer de pele e a alterações genéticas, por induzir mutações.

A camada de ozônio vem sendo progressivamente destruída, principalmente pela ação de gases conhecidos por clorofluorcarbonos, também denominados CFCs, usados em sprays (aerossóis), condicionadores de ar, geladeiras, espumas plásticas, componentes eletrônicos e outros produtos.

Existem cálculos que estimam em 75 anos a vida útil dos CFCs e em cerca de 100 mil o número de moléculas de ozônio que podem ser destruídas por um único átomo de cloro.

Em função do comportamento das massas de ar na atmosfera, houve maior concentração desses gases em certas regiões, causando maior destruição da camada de ozônio nesses lugares. A maior delas fica sobre a Antártida, onde a camada de ozônio tornou-se menos espessa, formando o que ficou conhecido por “buraco de ozônio”.

Com a crescente redução da emissão dos CFCs, espera-se que até o final da década de 2040 esse “buraco” já esteja bem menor.

Ciclo do nitrogênio

O nitrogênio (N2) é um gás presente na atmosfera na proporção aproximada de 79%. Apesar disso, não é utilizado de forma direta pelos seres vivos, com exceção de alguns microrganismos.

O aproveitamento do nitrogênio pela generalidade dos seres vivos depende de sua fixação, que pode ser feita por radiação ou por biofixação, sendo este último processo o mais importante.

A biofixação é realizada principalmente por bactérias e cianobactérias, que podem viver livres no solo ou associadas a plantas. Esses organismos transformam o N2 atmosférico em amônia (NH3).

Os biofixadores que vivem associados a plantas alojam-se geralmente em nódulos nas raízes.

A amônia produzida pelos biofixadores associados às raízes é transferida diretamente para a planta, que a utiliza na síntese de aminoácidos e nucleotídeos. Já a amônia produzida pelos biofixadores de vida livre é transformada em nitrito e depois em nitrato, pela ação das bactérias nitrificantes dos gêneros Nitrosomonas e Nitrobacter. Essas bactérias são autótrofas quimiossintetizantes, que utilizam a energia da nitrificação para a síntese de suas substâncias orgânicas.

O nitrato liberado no meio pode ser absorvido diretamente pelas plantas, e o nitrogênio nele contido é utilizado na síntese de aminoácidos e nucleotídeos.

Os animais obtêm o nitrogênio de que necessitam por meio da alimentação.

O nitrogênio retorna ao ambiente pela excreção e, quando os organismos morrem, pelo processo de decomposição.

As excretas nitrogenadas ureia e ácido úrico são transformadas em amônia por bactérias e fungos decompositores. Esses organismos também degradam as substâncias nitrogenadas contidas no corpo de organismos mortos, transformando-as em amônia.

A amônia prossegue no ciclo sendo transformada em nitrito e nitrato pelas bactérias nitrificantes ou em nitrogênio (N2) por bactérias desnitrificantes. O N2 volta para a atmosfera, podendo entrar novamente na fase biológica do ciclo por meio dos processos de fixação.

Esquema do ciclo do nitrogênio.
Esquema do ciclo do nitrogênio.
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