ECOLOGIA GERAL

Ecologia. Os organismos da Terra não vivem isolados interagem uns com os outros e com o meio ambiente. Ao estudo dessas interações chamamos Ecologia....

Os principais componentes (água, luz, temperatura e nutrientes inorgânicos) e as influências que estes exercem na vida terrestre.

• ÁGUA

A água é uma substância química composta de hidrogênio e oxigênio, sendo essencial para todas as formas conhecidas de vida. Possui um estado líquido, sólido e gasoso. Ela cobre 71% da superfície da Terra. É encontrada principalmente nos oceanos, 1,6% encontra-se em aquíferos e 0,001% na atmosfera como vapor, nuvens (formadas de partículas de água sólida e líquida suspensas no ar) e precipitação (neves, chuvas). Os oceanos detêm 97% da água superficial, geleiras e calotas polares detêm 2,4%, e outros, como rios, lagos e lagoas detêm 0,6% da água do planeta. Uma pequena quantidade da água da Terra está contida dentro de organismos biológicos e de produtos manufaturados.
Ela age como reguladora de temperatura, diluidora de sólidos e transportadores de nutrientes e resíduos por entre os vários órgãos. Bebemos água para ajudar na diluição e funcionamento normal dos órgãos para em seguida ser eliminada pela urina e por evaporação nos poros, mantendo a temperatura corporal e eliminando resíduos solúveis, como sais e impurezas. As lágrimas são outro exemplo de eliminação de água. A água é abundante na maior parte da superfície terrestre e, dentro do intervalo da temperatura geralmente encontrado, ela é liquida, é um poderoso solvente, um excelente meio para os processos químicos dos sistemas vivos. Os movimentos dos organismos vivos dependem da fluidez da água. Ela permanece liquida ao longo de um amplo intervalo de variação de temperaturas porque resiste às mudanças de temperatura. Conduz calor rapidamente, sua temperatura muda lentamente, resiste a mudança de estrado entre as fases sólidas, liquida e gasosa.  Se torna menos densa a medida que resfria abaixo de 4°C, também se expande e se torna até mesmo menos densa sob congelamento, consequentemente, o gelo flutua, o que não apenas torna possível patinar sobre ele, mas também impede que os fundos dos mares e oceanos congele e permite que plantas e animais aquáticos ali encontrem refúgio no inverno. Enquanto a alta viscosidade da água dificulta o movimento de alguns organismos marinhos, outros usam essa propriedade para evitar afundar. A água possui uma capacidade impressionante de dissolver várias substâncias, tornando-as acessíveis aos sistemas vivos e proporcionando um meio no qual podem reagir para formar um novo composto. As propriedades solventes da água são responsáveis pela maioria dos minerais nas correntes, rios, lagos e oceanos. O vapor da água na atmosfera se condensa para formar nuvens e, por fim, precipitação. A água da chuva, a medida que cai, adquire alguns minerais das partículas da poeira e das gotículas do oceano aspergidas na atmosfera, retirando ainda outros enquanto escoa sobre e sob o solo. As águas superficiais, tais como correntes e rios, recolhem minerais adicionais dos substratos através dos quais elas escoam.

• LUZ

A luz na forma como a conhecemos é uma gama de comprimentos de onda a que o olho humano é sensível. Trata-se de uma radiação eletromagnética ou num sentido mais geral, qualquer radiação eletromagnética que se situa entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta. As três grandezas físicas básicas da luz (e de toda a radiação eletromagnética) são: brilho (amplitude), cor (frequência), e polarização (ângulo de vibração). Devido à dualidade onda- partícula, a luz exibe simultaneamente propriedades de onda e partículas.
  As plantas verdes, algas e algumas bactérias absorvem luz e assimilam sua energia pela fotossíntese, mas nem toda a luz que incide sobre a superfície da Terra pode ser utilizada desta maneira. Os arco-íris e os prismas mostram que a luz consiste em um espectro de comprimentos de onda que percebemos como as diferentes cores. Realmente, a luz visível representa apenas uma pequena parte do espectro de radiação eletromagnética, que se estendem raios gama (comprimentos de ondas mais curtos) até ondas de rádio (os mais longos). A luz dos comprimentos de onda mais curtos que 400nm compõem a parte ultravioleta do espectro; a luz dos comprimentos de uma onda mais longos que 700nm é chamada infravermelha. A radiação intra-vermelha é percebida principalmente como calor. Começando na parte visível do espectro e nos movendo na direção dos comprimentos de onda mais curtos, encontramos a radiação ultravioleta e os raios X de alta energia. Por causa deste alto nível de energia, a luz ultravioleta pode danificar células e tecidos expostos. Felizmente, a atmosfera terrestre é completamente transparente apenas para a parte visível do espectro. À medida que a luz passa através da atmosfera, a maior parte de seus componentes ultravioleta é absorvida, principalmente por uma forma molecular do oxigênio, conhecida como ozônio. A atmosfera, desse modo, protege como um escudo a vida na superfície terrestre dos comprimentos de onda de luz mais prejudiciais.  Alguns poluentes na atmosfera, particularmente os clorofluorcarbonos (CFCs), destroem quimicamente o ozônio na atmosfera superior. Essa degradação produziu "buracos de ozônio" sobre algumas partes da Terra, particularmente nas altas latitudes. Consequentemente, o perigo de danos aos tecidos pela radiação ultravioleta aumentou para os humanos e muito provavelmente para outras formas de vida. A preocupação com o tamanho crescente dos buracos de ozônio levou a um controle rígido sobre a manufatura e liberação na atmosfera de substâncias como os CFCs. Na direção da outra extremidade do espectro, a partir da luz ultravioleta, passamos através da região infravermelha para uma radiação de comprimento de onda extremamente longo e de baixa energia, como as ondas de rádio. A presença de vapor de água, dióxido de carbono, metano e outros gases na atmosfera a tornam relativamente opaca à luz infravermelha. Esses gases absorvem muito da porção infravermelha da luz do Sol, e essa energia absorvida contribuem para aquecimento do ar. a atmosfera também absorve radiação vinda da superfície da Terra. A maior parte da energia na porção visível do espectro solar que alcança a superfície terrestre é absorvida pela vegetação, pelo solo e pelas águas superficiais e convertida em energia térmica. Grande parte dessa radiação absorvida pela atmosfera, que portanto age corno um cobertor envolvendo a Terra e mantendo a sua superfície aquecida. Como este efeito de aquecimento se assemelha ao modo pelo qual o vidro mantém uma estufa aquecida, ele é chamado de efeito estufa. Acima de tudo, o efeito estufa beneficia grandemente a vida. Por manter as temperaturas na Terra dentro de um intervalo de variação favorável. Entretanto, nossa adição de dióxido de carbono à atmosfera, ao eliminar florestas e queimar combustíveis fósseis, intensificou o efeito estufa e a superfície da Terra está se tornando mais quente.  A absorção de energia radiante depende da natureza da substância absorvente. A água absorve apenas fracamente a luz na parte visível do espectro; portanto, um copo de água parece incolor. Tinturas e pigmentos absorvem fortemente alguns comprimentos de onda na parte visível, refletindo ou transmitindo a luz da cor que os identifica. A intensidade de luz é às vezes chamada de fluxo radiante, comumente expresso como watts por metro quadrado (W1m2). O watt, que é a unidade comum usada para medir. O consumo de energia das lâmpadas e eletrodomésticos é igual a um joule de energia por segundo. "Uma superfície plana acima da atmosfera terrestre voltada para o Sol receberia aproximadamente 1.400W por m", Esta intensidade de radiação solar - a energia que atinge o limite externo da atmosfera - é chamada de constante solar.

• TEMPERATURA

Temperatura é uma grandeza física que mensura a energia cinética média de cada grau de liberdade de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico. Esta definição é análoga a afirmar-se que a temperatura mensura a energia cinética média por grau de liberdade de cada partícula do sistema uma vez considerado todas as partículas de um sistema em equilíbrio térmico em certo instante. A rigor, a temperatura é definida apenas para sistemas em equilíbrio térmico.  Diferente das aves e mamíferos, a maioria dos organismos não regula a temperatura de seus corpos, que acompanha a temperatura do seu entorno. Relativamente poucas plantas e animais podem sobreviver a temperaturas corpóreas acima de 45°C, o que define o limite superior do intervalo fisiológico para a maioria dos organismos eucarióticos. Muito da influência da temperatura nos processos de vida resulta da maneira de como o calor afeta as moléculas orgânicas. Ao aumentar a taxa de movimentação das moléculas, o calor também acelera as reações químicas. O aumento da temperatura possui um efeito positivo na produtividade biológica. Mas as altas temperaturas também têm um efeito depressor nos processos de vida. As proteínas e outras moléculas biológicas se tornam menos estáveis em temperaturas mais altas e podem não funcionar apropriadamente ou manter suas estruturas. O movimento molecular causado pelo calor tende a abrir ou desnaturar a estrutura das proteínas. As temperaturas na superfície terrestre raramente excedem 50°C, exceto em fontes quentes e na superfície do solo em desertos quentes. Quando as células vivas congelam, a estrutura cristalina do gelo interrompe a maior parte dos processos de vida e pode danificar estruturas celulares delicadas, finalmente causando a morte. Muitos organismos lidam com sucesso com as temperaturas congelantes, seja mantendo suas temperaturas corpóreas acima o ponto de congelamento da água, seja ativando mecanismos químicos que permitem que resistam ao congelamento ou tolerem seus efeitos.

• NUTRIENTES INORGÂNICOS

Nutrientes inorgânicos são uma parte importante de uma cadeia alimentar e são igualmente essenciais para a conclusão de todo o ciclo de produção e de degradação dos alimentos. A cadeia de produção e de degradação dos alimentos é altamente considerada como um processo orgânico e tem origem na fotossíntese que é realizada por folhas das plantas e termina com a decomposição de resíduos animais por microrganismos. É o carbono que torna o processo um orgânico. Na verdade os nutrientes que são passados de um organismo para outro incluem compostos à base de carbono, tais como açúcares, carboidratos, gorduras e proteínas, mas a existência de compostos inorgânicos (não tem uma base de carbono) não pode ser negada. Os organismos são compostos por diversos elementos químicos. Depois do hidrogênio, do carbono e do oxigênio, que são os elementos dos carboidratos, os necessários em maior quantidade são o nitrogênio, o fósforo, o enxofre, o potássio, o cálcio, o magnésio e o ferro. Certos organismos necessitam igualmente de outros elementos em abundância. Por exemplo, as diatomáceas constroem suas conchas vítreas de silicatos; os tunicados, que são invertebrados marinhos sésseis, acumulam vanádio em altas concentrações, possivelmente como uma defesa contra predadores; as bactérias fixadoras de nitrogênio demandam moolibdênio como uma parte da enzirna-chave na assimilação de nitrogênio. A escassez (relativa à necessidade) de nutrientes inorgânicos frequentemente limita o crescimento das plantas. A plantas adquirem nutrientes minerais - que não o oxigênio, o carbono e algum nitrogênio - como íons a partir da água no solo ao redor de suas raízes. O nitrogênio existe no solo como íons amônia (NH. +) e nitrato (NO; -), o fósforo como íons fosfato (PO/-), o cálcio e o potássio como seus íons elementares Ca2+ e K+, e assim por diante. A disponibilidade desses elementos varia de acordo com sua forma química no solo e com a temperatura, a acidez e a presença de outros íons. O fósforo, em particular, frequentemente limita a produção das plantas em ambientes terrestres; mesmo quando abundante, a maior parte dos componentes que ele forma no solo não se dissolve facilmente.

Descrição dos mecanismos que as espécies animais e vegetais desenvolveram em respostas aos fatores ambientais.

• ESPÉCIES VEGETAIS  - Os primeiros ecossistemas eram dominados por bactérias de várias formas, que não somente modificaram a biosfera, tornando possível que formas de vida mais complexas pudessem existir, mas foram também os ancestrais de todas as formas vida. As características dos ecossistemas modernos dependem das atividades de muitas formas variadas de vida, com cada grupo maior preenchendo um único e necessário papel na biosfera. Para a maioria dos sistemas, a fonte de energia última instância é a luz do Sol. As plantas usam energia solar para sintetizar moléculas orgânicas a partir de dióxido de carbono e da água. A maioria das plantas tem estruturas com grandes superfícies de exposição - suas folhas para capturar a energia solar. Suas folhas são finas porque a área da superfície para a captura da luz é mais importante do que o corpo. Caules rígidos sustentam suas partes acima do solo. Para obter carbono, as plantas assimilam dióxido de carbono gasoso da atmosfera. Ao mesmo tempo, elas perdem quantidades prodigiosas de água por evaporação do tecido de suas folhas para a atmosfera. Assim, as plantas precisam de um suprimento constante de água para substituir a perda durante a fotossíntese.
• ESPÉCIES ANIMAIS - O carbono orgânico produzido pela fotossíntese proporciona alimento, direta ou indiretamente, para o resto da comunidade ecológica. Alguns animais consomem plantas; alguns consomem animais que comem plantas; outros consomem os restos mortais de plantas ou animais. Os animais e as plantas diferem em muitos aspectos importantes além de suas fontes de energia. Os animais, tal como as plantas, precisam de grandes superfícies para trocar substâncias com seus ambientes. Contudo, por não precisarem capturar luz como fonte de energia, suas superfícies de troca podem estar contidas dentro do corpo. Ao internalizar suas superfícies de troca, os animais podem atingir formas corporais volumosas e aerodinâmicas, e desenvolver sistemas musculares e ósseos que tornam possível a mobilidade. Nos ambientes terrestres, as superfícies internalizadas dos animais também perdem menos água por evaporação do que as folhas expostas das plantas, e assim os animais terrestres não precisam ser continuamente supridos de água.