Fundamentos da Ecologia: Fluxo de Energia e Ciclo da Matéria

Nutrientes Essenciais e Produção Primária

Existem nutrientes que podem ser escassos em alguns locais, limitando a produção primária dos ecossistemas. Destaques:

• O Nitrogênio é um componente da clorofila e da enzima RuBisCO. Embora o nitrogênio seja abundante na atmosfera, apenas poucos microrganismos são capazes de usá-lo. As plantas o obtêm na forma de nitrato dissolvido na água.
• O Fósforo é parte de compostos como ácidos nucleicos e ATP. Uma pequena quantidade é necessária, mas a falta de fósforo limita a produção primária em muitos lugares.

Luz como Fonte de Energia

A luz é a fonte de energia que permite a fotossíntese e está relacionada à produção primária. A produção primária aumenta linearmente com a intensidade da luz, mas o crescimento abranda até atingir uma taxa máxima de fotossíntese no valor de intensidade de luz de saturação.

A luz é um dos principais fatores limitantes dos ecossistemas aquáticos.

O Papel dos Decompositores

Os Decompositores (bactérias e fungos) nos ecossistemas terrestres são encontrados no solo e nos ecossistemas aquáticos nos sedimentos de fundo.

Eles se alimentam da decomposição de organismos vivos e resíduos orgânicos processados por detritívoros.

Os decompositores utilizam a matéria orgânica, que eventualmente se transforma em sais inorgânicos e minerais, fechando o ciclo da matéria.

O papel dos decompositores nos ecossistemas é essencial, pois são responsáveis por regenerar os compostos minerais necessários aos organismos autotróficos. Este processo é chamado de mineralização.

Características do Fluxo de Energia

O fluxo de energia nos ecossistemas apresenta as seguintes características:

• Unidirecional: A energia sempre flui dos produtores para os consumidores e, finalmente, para os decompositores, mas nunca o inverso.
• Aberto: É necessário um fornecimento contínuo de energia para que os ecossistemas funcionem.
• Ineficiente: A eficiência diminui em sucessivos níveis tróficos.
• Redução da Produção: A produção é reduzida em cada nível. Apenas cerca de 10% da energia armazenada em um nível trófico é transferida para o nível seguinte.

O Ciclo da Matéria (Biogeoquímico)

Os nutrientes minerais que as plantas obtêm para sintetizar sua biomassa orgânica percorrem diferentes níveis de consumidores até atingir os decompositores. Neste nível, os nutrientes minerais são liberados novamente no meio, a fim de voltar a ser consumidos pelos produtores. Este percurso é chamado de Ciclo da Matéria.

Pirâmides Tróficas

Representam as relações tróficas em um ecossistema, sem dar detalhes de espécies específicas e sua posição na cadeia alimentar, mas oferecendo uma visão global do papel dos diferentes níveis tróficos.

Pirâmide de Números

Nas pirâmides de números, os comprimentos dos degraus são proporcionais ao número de indivíduos de todas as espécies em cada nível trófico por unidade de área ou volume.

A forma dessas pirâmides varia de uma região para outra, dependendo do tamanho dos indivíduos.

Essas pirâmides não representam uma relação trófica evidente, pois o tamanho dos indivíduos é importante para compreender as suas necessidades nutricionais.

Pirâmides de Biomassa

Nestas pirâmides, os comprimentos dos degraus são proporcionais ao peso seco de todos os indivíduos em cada nível trófico por unidade de área ou volume.

Essas pirâmides descrevem melhor as relações tróficas do ecossistema, pois indicam a quantidade de matéria orgânica que pode ser consumida em cada nível trófico, mas não expressam a quantidade que é transferida de um nível para outro.

Pirâmide de Produção e Energia

Nestas pirâmides, os comprimentos dos degraus são proporcionais à energia produzida por unidade de tempo de todos os indivíduos em cada nível trófico por unidade de área ou volume.

Elas oferecem a melhor visão das relações tróficas nos ecossistemas, pois dão uma ideia da energia que passa de um nível trófico para o topo na cadeia alimentar.

As pirâmides de energia são caracterizadas por:

• Nunca são invertidas: os degraus inferiores são sempre maiores do que os superiores.
• Não mostram variações sazonais: não representam a situação de um determinado tempo.

Biosfera e Ecossistemas

Chamamos de Biosfera a camada da Terra onde se encontram os seres vivos. Este é o subsistema da Terra que inclui a vida e mantém relações com os outros três subsistemas terrestres: a atmosfera, a hidrosfera e a geosfera.

A biosfera é uma camada heterogênea, com espessura variável, e suas características ambientais também são variáveis. Os vários territórios presentes na Terra diferem pela variedade de vida encontrada neles.

Para que uma parte da Terra seja habitável, ela deve atender, no mínimo, às seguintes características:

• Ter água.
• Ter temperaturas que permitam a existência de água líquida.
• Ser equipada com uma fonte de energia, normalmente a luz solar.

Na biosfera, matéria e energia se movem de um organismo para outro, através das relações tróficas no que é chamado de ciclo da matéria. A energia obtida pelos seres vivos é transformada em trabalho e calor, por isso é essencial um fornecimento contínuo de energia. Este processo é chamado de fluxo de energia.

Definição e Componentes do Ecossistema

Ecossistema: É a área da biosfera formada por organismos vivos de diferentes espécies e pelo ambiente físico, entre os quais existem múltiplas relações, trocando matéria e energia.

Componentes:

• Bióticos (Biocenose): Formados por organismos vivos de diferentes espécies que se relacionam entre si dentro de um ecossistema.
• Abióticos (Biótopo): É o espaço físico de um ecossistema formado por seus fatores químicos e físicos (temperatura, iluminação, etc.).

Características do Ecossistema:

• Interação de Componentes: Seus componentes interagem de formas variadas e complexas, funcionando como uma unidade.
• Sistemas de Autorregulação: As interações fazem com que os ecossistemas tendam a ser estáveis ao longo do tempo.
• Tamanho Variável: O tamanho é muito variável, desde que as características físicas do biótopo sejam semelhantes (o clima deve ser comum e não ter grandes variações em suas propriedades químicas). A biosfera, por exemplo, pode ser estudada como um ecossistema.
• Sistemas Abertos para a Energia e Fechados para a Matéria: A reciclagem da matéria é essencial para o funcionamento dos ecossistemas. A matéria é utilizada pelos organismos da biocenose, retornando eventualmente como componentes minerais ao biótopo. Este processo é o ciclo da matéria.

Produtores e a Conversão de Energia

Produtores Quimiossintéticos

São alguns representantes do Reino Monera. Não usam luz, obtendo energia a partir de reações químicas de oxidação que catalisam. Esta é uma reação exotérmica na qual a energia liberada pode ser usada para produzir os compostos orgânicos de que necessitam.

Produtores Fotossintetizantes

As plantas, algas unicelulares e pluricelulares e cianobactérias realizam o mesmo tipo de fotossíntese aeróbica, onde a clorofila é o principal pigmento que absorve a energia da luz.

Os principais produtores são as plantas terrestres e o fitoplâncton nos ecossistemas aquáticos. Em todos os casos, o pigmento que absorve luz é a clorofila, e a água é a fonte de prótons e elétrons, produzindo oxigênio como resíduo. O processo tem duas fases:

• A fixação de CO2 ou fase escura, onde ocorre a produção de glicose. A enzima que catalisa a reação de fixação do CO2 é chamada RuBisCO.
• As reações de luz ou fase clara, que ocorrem através da absorção da luz pela clorofila.

Os produtores convertem a energia luminosa em energia química.

Biomassa e Produção Primária

Biomassa

É o peso da matéria orgânica acumulada por unidade de área. A biomassa dos produtores é chamada de biomassa primária.

O fluxo de energia dos ecossistemas começa com a absorção de luz pelos produtores.

Produção

É a taxa de armazenamento de energia sob a forma de matéria orgânica. A quantidade de matéria orgânica produzida pelos produtores por unidade de tempo é a Produção Primária.

Existem dois tipos de produção primária:

1. Produção Primária Bruta (PPB): É a quantidade total de energia fixada em matéria orgânica.
2. Produtividade Primária Líquida (PPL): É a biomassa realmente adquirida pelos produtores (PPB menos a energia gasta na respiração).

Fatores Limitantes da Produção Primária

Temperatura e Umidade

A produção primária aumenta com a temperatura.

• Temperaturas mínimas são necessárias para que haja atividade fotossintética.
• A umidade tem um efeito importante sobre a taxa de fotossíntese.

As altas temperaturas aumentam a produção quando a disponibilidade de água também é elevada. Caso contrário, quando a evapotranspiração excede a capacidade das plantas de renovar a água, os estômatos fecham, reduzindo a concentração de CO2 nas células das folhas e parando a fotossíntese. Assim, inicia-se a fotorrespiração, um processo semelhante ao da respiração que não produz energia e causa desperdício de carbono fixado.