CAPÍTULO 14 -ENERGIA E MATÉRIA NOS ECOSSISTEMAS - GUIA DE ESTUDO
1. A transferência de energia na cadeia alimentar é unidirecional porque tem início com a captação da energia luminosa pêlos produtores, que é liberada ao longo das cadeias alimentares na forma de calor; a transferência de energia termina com a ação dos decompositores.
2. Em uma cadeia alimentar, a quantidade de energia de um nível tráfico é sempre maior que a do nível seguinte. Isso ocorre porque todos os seres vivos consomem parte da energia do alimento para a manutenção de sua própria vida, não a transferindo, portanto, para o nível tráfico seguinte. Por exemplo, do total de matéria orgânica produzida por uma planta, cerca de 15% são degradados no processo de respiração celular, que fornece energia para a manutenção dos processos vitais. Quando comem as plantas, portanto, os herbívoros têm à sua disposição apenas 85% da energia originalmente armazenada nas substâncias orgânicas produzidas pela fotossíntese. Além disso, quando um animal come uma planta ou outro animal, parte da energia contida no alimento não é aproveitada, sendo perdida nas fezes. Por exemplo, um herbívoro consegue aproveitar apenas 10% da energia contida no alimento que ingere; o restante, cerca de 90%, é eliminado nas substâncias que compõem as fezes do animal. Da energia efetivamente aproveitada, cerca de 15% a 20% são empregados na manutenção do metabolismo, e o que sobra fica acumulado nas substâncias que compõem os tecidos corporais. Quando come um herbívoro, um carnívoro aproveita aproximadamente 50% da energia disponível no alimento que ingere; o restante é eliminado nas fezes. Da metade aproveitada, 15% a 20% são utilizados na manutenção do metabolismo. O mesmo ocorre nos níveis tráficos seguintes. Assim, a energia obtida originalmente do Sol vai se dissipando ao longo dos níveis tráficos dos ecossistemas. Conseqüentemente, para se manterem, os ecossistemas dependem do fornecimento constante da energia luminosa do Sol.
3. Biomassa é a massa de matéria orgânica contida em um ser vivo (ou em um conjunto de seres vivos); ela reflete a quantidade de energia contida nos organismos e disponível para transferência ao nível tráfico seguinte.
4. Pirâmides de energia são gráficos que apresentam forma de pirâmide e representam as quantidades de energia ou de biomassa em cada nível trófico. Nesse tipo de representação, a base corresponde ao nível trófico dos produtores; na sequência são representados os níveis dos consumidores primários, dos consumidores secundários, e assim por diante. A largura de cada nível representa a quantidade de energia ou de matéria orgânica disponível para o nível trófico seguinte.
5. Pirâmide de números é um tipo de representação gráfica que indica a quantidade de indivíduos que compõem cada nível trófico de uma cadeia alimentar. Por exemplo, na cadeia alimentar formada por capim, gafanhotos e sapos, uma pirâmide de números mostra a quantidade de plantas, de insetos e de sapos, que compõem, respectivamente, o nível dos produtores, o nível dos consumidores primários e o nível dos consumidores secundários. Eventualmente, se há apenas um produtor de tamanho grande (uma árvore, por exemplo) e muitos consumidores secundários (lagartas de borboleta, por exemplo), o gráfico não terá formato de pirâmide, embora receba a denominação pirâmide de números.
6. Produtividade primária bruta (PPB) é a quantidade de energia que os seres fotossintetizantes conseguem converter em biomassa, em determinado intervalo de tempo. Produtividade primária líquida (PPL) é a energia que está realmente disponível para transferência ao nível tráfico seguinte, depois de descontadas as perdas energéticas ocorridas na respiração celular. Representando respiração celular por R, temos que: PPL = PPB - R. O estudo da transferência de energia entre os seres vivos é de grande importância para a humanidade, pelo fato de a espécie humana participar de diversas cadeias alimentares, de terra firme e aquáticas.
7. Se uma cadeia alimentar apresentar menos níveis tráficos, nela ocorrerão perdas energéticas relativamente menores, uma vez que as maiores perdas de energia ocorrem, precisamente, na transferência de um nível tráfico para outro. Por exemplo, é preciso usar quase 1 tonelada de vegetais para alimentar um número de coelhos que forneça apenas 250 kg de carne. Portanto, é menos dispendioso, embora nem sempre adequado ao paladar humano, usar diretamente os vegetais como alimento, evitando a perda energética que ocorre na transferência para o nível dos herbívoros.
8. A explicação para a maior produtividade do ecossistema marinho é que nas algas do fitoplâncton não há, como nas plantas, tecidos não-produtivos, isto é, que não fazem fotossíntese, como madeira, fibras etc. O ciclo de vida das algas é curto, possibilitando que a quantidade de energia por elas absorvida seja rapidamente liberada pela morte e decomposição dos indivíduos, sem acúmulo de biomassa. Por outro lado, em uma floresta grande parte da energia absorvida na fotossíntese fica armazenada na madeira das árvores, constituindo uma biomassa improdutiva e de longa duração.
9. Produtividade secundária líquida (PSL) é a biomassa elaborada no corpo de um animal herbívoro em determinado intervalo de tempo; ela corresponde à energia que o herbívoro conseguiu absorver dos alimentos que ingeriu, já subtraído o que foi gasto para manter seu metabolismo. Por exemplo, com uma tonelada de alfafa pode-se alimentar um bezerro ou trezentos coelhos. Ambos produzirão a mesma quantidade de carne a partir da alfafa, mas os coelhos estarão prontos para o abate em 30 dias, enquanto o bezerro levará 120 dias. Portanto a PSL dos coelhos é quatro vezes maior que a dos bezerros.
10. Ciclo biogeoquímico é a passagem de elementos químicos (ou água) da matéria orgânica constituinte dos seres vivos ao ambiente e vice-versa. Uma vez que elementos químicos que faziam parte de seres vivos voltam ao ambiente não-vivo, fala-se em ciclo biogeoquímico (do grego bios, vida, e geo, Terra), para ressaltar o fato de que os elementos químicos circulam entre os seres vivos e o planeta.
11.0 processo de reciclagem dos elementos químicos na natureza é realizado principalmente por certos fungos e bactérias decompositores. Nutrindo-se dos cadáveres dos mais diversos seres vivos, os decompositores promovem sua degradação, transformando as substâncias orgânicas do cadáver em substâncias mais simples, que passam para o ambiente não-vivo e podem ser reutilizadas por outros seres, como matéria-prima para a fabricação de suas substâncias orgânicas. Se não houvesse reaproveitamento dos componentes da matéria dos cadáveres, alguns dos elementos fundamentais para constituir novos seres vivos poderiam se esgotar.
12. O pequeno ciclo da água é o ciclo das chuvas, em que a água dos oceanos, lagos, rios, geleiras e mesmo a embebida no solo evapora, passando à forma gasosa. Nas camadas mais altas da atmosfera, o vapor d'água condensa-se e origina nuvens, retornando à crosta terrestre na forma de chuva. O grande ciclo da água é aquele do qual participam os seres vivos.
13.
| CICLO DA ÁGUA | ||
| Formas de obtenção | Funções nos seres vivos | Formas de devolução ao ambiente |
| Plantas obtêm | Solvente; a água | As plantas eliminam água por trans- |
| água do solo, | constitui os flui- | piração; os animais eliminam água por |
| pela absorção das | dos celulares e | transpiração e também na urina e nas |
| raízes. Animais | corporais; é rea- | fezes. Ao morrerem, plantas e animais |
| bebem ou obtêm | gente de inúme- | são decompostos e a água que fazia |
| água contida nos | ras reações quí- | parte de sua constituição retorna ao |
| alimentos. | micas biológicas. | ambiente. |
14.
| CICLO DO CARBONO | ||
| Forma química disponível no ambiente | Formas de obtenção pêlos seres vivos | Formas de devolução ao ambiente .siá |
| Na atmosfera, o | As plantas captam C02 | Plantas e animais eliminam C02 |
| carbono está dis- | e o utilizam na fo- | na respiração celular; os ani- |
| ponível na forma | tossíntese para produ- | mais eliminam carbono (C) nas |
| de gás carbónico | zir substâncias orgâni- | substâncias das fezes. Ao mor- |
| (C02). | cas. Animais obtêm | rerem, plantas e animais são |
| | carbono (C) comendo | decompostos e os átomos de |
| | plantas ou outros ani- | C que faziam parte de sua |
| | mais. | constituição retornam ao am- |
| | | biente na forma de C02. |
15. No passado, cadáveres de grande quantidade de organismos não foram decompostos, em geral por terem sido rapidamente sepultados no fundo do mar sob depósitos de sedimentos que depois se tornaram rochas. Os resíduos orgânicos desses seres soterrados sofreram lentas transformações químicas e se transformaram nos chamados combustíveis fósseis, como o carvão mineral, o gás natural e o petróleo. A energia contida nas substâncias que formam esses combustíveis foi, portanto, originalmente captada da luz solar pela fotossíntese, milhões de anos atrás. A utilização de combustíveis fósseis pela humanidade tem restituído à atmosfera, na forma de C02, os átomos de carbono que ficaram fora de circulação durante milhões de anos. Devido à queima desses combustíveis, a concentração de gás carbónico no ar aumentou, nos últimos 100 anos, de 0,029% para quase 0,04%. Embora pareça pequeno, esse aumento representa, em termos proporcionais, quase 40%. De acordo com muitos cientistas, o aumento do teor de C02 na atmosfera tem provocado a elevação da temperatura média da Terra, em razão do efeito estufa.
16. Fixação do nitrogénio é a incorporação de átomos de nitrogénio do N2 atmosférico (gás nitrogénio ou nitrogénio molecular) em moléculas orgânicas. A grande maioria dos seres vivos não consegue utilizar nitrogénio na forma de N2 e por isso depende de umas poucas espécies de bactéria, conhecidas genericamente como bactérias fixadoras de nitrogénio, capazes de utilizar diretamente o nitrogénio do N2, incorporando-o em suas moléculas.
17. Algumas bactérias de vida livre, entre elas as cianobacténas, fixam o nitrogénio da atmosfera. Outras bactérias fixadoras de nitrogénio, no entanto, vivem no interior de células de organismos eucarióticos. Esse é o caso das bactérias do género Rhizobium (rizóbios), que vivem associadas principalmente às plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha etc.). Essas bactérias invadem as raízes de plantas jovens, instalando-se e reproduzin-do-se no interior de suas células. As bactérias estimulam a multiplicação das células infectadas, o que leva à formação de tumores, denominados nódulos. Graças à associação com os rizóbios, as plantas leguminosas podem viver em solos pobresem compostos nitrogenados, nos quais outras plantas não se desenvolvem bem. Os rizóbios, por sua vez, também se beneficiam com a associação, pois utilizam como alimento substâncias orgânicas produzidas pela planta. Ao morrerem e se decomporem, as plantas leguminosas liberam, em forma de amónia, o nitrogénio de suas moléculas orgânicas, fertilizando o solo.
18. Nitrificação é o processo de formação de nitratos no solo que ocorre pela ação conjunta de dois grupos de bactérias quimiossintetizantes, conhecidas genericamente como bactérias nitrificantes. As primeiras bactérias a atuar na nitrificação pertencem ao género Nitrosomonas. Elas realizam a oxidação da amónia (NH3), processo em que essa substância se combina com moléculas de gás oxigénio (02), produzindo o ânion nítrito (N02). Essa reação libera energia, utilizada pela bactéria em seu metabolismo. O nitrito é tóxico para as plantas, mas raramente se acumula no solo por muito tempo, pois é rapidamente oxidado por bactérias do género Nitrobacter, que o transformam em nitratos (NO;,). Essa reação também libera energia, utilizada pelas bactérias em seu metabolismo. O nitrato é facilmente assimilado petas plantas. O nitrogénio (N) que o compõe passa a fazer parte de moléculas orgânicas vegetais, principalmente proteínas e ácidos nucléicos. Quando as plantas são comidas por herbívoros, as substâncias orgânicas nitro-genadas são utilizadas para a constituição das moléculas animais. O mesmo ocorre nos níveis tróficos superiores das cadeias alimentares.
19. Desnitrificação é a degradação de compostos nitrogenados realizada para obtenção de energia, por certas bactérias do solo, denominadas genericamente bactérias desnitrificantes. Essas bactérias liberam gás nitrogénio, que retorna à atmosfera.
20. Adubação verde é o aumento do teor de nitrogénio disponível no solo por meio do cultivo de plantas leguminosas como soja, alfafa, feijão, ervilha etc., que abrigam em suas raízes bactérias fixadoras de nitrogénio do género Rhizobium. As leguminosas podem ser plantadas tanto junto com plantas não-leguminosas, formando as chamadas plantações consorciadas, como em períodos alternados com cultivo de outras plantas, processo que é chamado de rotação de culturas. Em campos experimentais plantados com leguminosas como alfafa e soja, verificou-se aumento de até 100 vezes na quantidade de nitrogénio fixado, em relação a um ecossistema natural.
22.
| CICtO DO NITROGÉNIO | ||
| Forma química disponível no ambiente | Formas de obtenção pêlos seres vivos | Formas de devolução ao ambiente |
| Na atmosfera, na | Bactérias fixadoras de nitrogé- | Plantas e animais, ao mor- |
| forma de gás ni- | nio como os rizóbios fixam o | rer, são decompostos e o |
| trogénio (N2). | nitrogénio atmosférico. Com | nitrogénio volta ao ambi- |
| | a decomposição, o nitrogénio | ente na forma de amónia. |
| | na forma de amónia chega ao | Animais excretam com- |
| | solo. Bactérias nitrificantes | postos nitrogenados (ureia |
| | convertem amónia em nitra- | etc.). Bactérias desni- |
| | tos, a forma que é mais bem | trificantes no solo utilizam |
| | assimilada pelas plantas. Ani- | compostos nitrogenados e |
| | mais obtêm nitrogénio ao co- | liberam gás nitrogénio |
| | mer plantas ou outros animais. | para o ambiente. |
23. Nas altas camadas da atmosfera, uma das formas de radiação ultravioleta emitida pelo Sol (ultravioleta curta) causa a ruptura de uma certa quantidade de moléculas de gás oxigénio (O2), com liberação de átomos isolados que imediatamente reagem com moléculas de 02, formando o gás ozônio (03). Essa reação ocorre a altitudes entre 20 km e 40 km acima do nível do mar.
24. O ozônio forma, na alta atmosfera, uma camada que constitui um escudo protetor contra a penetração de um tipo de radiação ultravioleta do Sol, a ultravioleta longa, muito prejudicial aos seres vivos. Se essa radiação atingisse livremente a superfície do planeta, muitos organismos morreriam. A radiação ultravioleta longa aumenta significativamente a taxa de mutação dos genes, sendo um dos principais fatores responsáveis pela ocorrência de câncer de pele na espécie humana.
25. A principal causa da destruição da camada de ozônio é a liberação, na atmosfera, de gases do grupo dos clorofluorcarbonos, abreviadamente chamados de CFCs. Os CFCs são gases sintéticos (isto é, produzidos em laboratórios e indústrias) utilizados em aerossóis, em compressores de geladeiras e liberados durante a fabricação de certos tipos de plástico utilizados em embalagens. Os CFCs acumulam-se nas altas camadas da atmosfera, onde o cloro presente em suas moléculas reage com moléculas de ozônio, quebrando-as. O ozônio forma um escudo protetor contra a penetração de um tipo de radiação ultravioleta do Sol, a ultravioleta longa, muito prejudicial aos seres vivos. Se essa radiação ultravioleta atingisse livremente a superfície do planeta, muitos organismos morreriam. A radiação ultravioleta longa aumenta significativamente a taxa de mutação dos genes, sendo um dos principais fatores responsáveis pela ocorrência do câncer de pele na espécie humana.
26. a) O fósforo faz parte de moléculas orgânicas importantes, como o material hereditário e o ATP. O composto de fósforo importante para os seres vivos é o íon fosfato (PO^). As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo fosfates dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm fosfatos na água e no alimento, b) Por meio dos processos de decomposição da matéria orgânica, o fósforo é devolvido ao solo ou à água. Parte dele é levada pelas chuvas para lagos e mares, onde acaba se incorporando às rochas. Nesse caso, o fósforo só retorna aos ecossistemas bem mais tarde, quando essas rochas se elevam em consequência de processos geológicos e, na superfície, são decompostas e transformadas em solo. Assim, podem-se distinguir dois aspectos do ciclo do fósforo, relacionados a escalas de tempo bem diferentes. Uma parte do elemento ê reciclada localmente entre o solo, plantas, consumidores e decompositores, em um tempo relativamente curto, que podemos chamar de ciclo de tempo ecológico. Outra parte do fósforo ambiental é sedimentada e incorporada às rochas, e seu ciclo dá-se em um tempo bem mais longo que, por isso, pode ser chamado de ciclo de tempo geológico.
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