Fatores limitantes

Fatores limitantes a distribuição, sobrevivencia, reproducão e crescimento populacional

1. Ecologia de Populações
Prof. Dr. Harold Gordon Fowler
[email protected]

2. AMPLITUDE DE TOLERANCIA, FATORES
LIMITANTES, GRADIENTES AMBIENTAIS
E A ABUNDANCIA E AUSENCIA DE
ESPÉCIES

3. Ecologia explora uma variedade de
perguntas sobre quais fatores controlam
a distribuição, abundancia e
comportamento dos organismos.

Por exemplo, os cangurus vermelhos
ocorrem principalmente nas regiões
semi-áridas do interior de Austrália.
Fatores Limitantes

4. Fatores Limitantes
O conceito ecológico dos fatores
limitantes é equivalente à noção de
dominância pela retro-alimentação
dos sistemas gerais.

5. Fatores Limitantes
A lei do mínimo de Liebig
Os experimentos de Liebig (1840) para
testar os efeitos de fertilizantes
sobre a produção agrícola revelou que
o nutriente com menos oferta
geralmente limitou a produção.

6. Fatores Limitantes
Lei dos fatores limitantes
Uma redefinição da lei de Leibig por
Blackman (1905).

7. A amplitude geográfica de uma espécie não é
sempre limitada pela presença de barreiras
que inibem sua disseminação.

Pode ser limitada por um fator particular do
ambiente que limita sua capacidade de
sobreviver, crescer ou reproduzir – Esses são
os Fatores Limitantes

Alguns fatores não são limitantes para alguns
organismos).
Fatores Limitantes

8. Fatores Abióticos

Disponibilidade de luz/ horas de luz por dia /
sazonalidade
Umidade e disponibilidade de água
temperatura, amplitude da temperatura diária
Elevação ou profundidade, pressão
turbidez
Amplitude da mareia
Salinidade
vento
pH, C02, O2, disponibilidade de N, P, K, S, Mg, Ca, etc.

Fatores Limitantes incluem fatores
bióticos e fatores abióticos

9. Fatores Bióticos

Competição
Predação
Parasitismo
Doença
Polinizadores, agentes de dispersão
Disponibilidade de alimento apropriado
Densidade da espécie e distancia a vizinho
mais próximo
Fatores Limitantes incluem fatores
bióticos e fatores abióticos

10. Os fatores limitantes não precisam ser letais mas
somente afeita o organismo fisicamente ou
biologicamente de forma que tem menor capacidade
de reproduzir, dispersar e competir com outras
espécies para recursos esparsos (espaço, água,
alimento ....

Freqüentemente os fatores limitantes são complexos e
interagem entre eles dificultando a sobrevivência e
reprodução da espécie.

O ambiente de uma espécie é muito complexo com vários
fatores que interagem (salinidade, nutrientes,
predadores ,,,.).
Fatores Limitantes

11. Predadores chaves.
Paine (1980) demonstrou por meio de
experimentos de manipulação de
predadores em comunidades litorais que
alguns predadores ”chaves" dominou a
dinâmica de todas as espécies na
comunidade. Será a dinâmica de
comunidades sujeita a dominação por
poucas interações fortes (Paine 1992)?
Fatores Limitantes

12. Simplificação de redes tróficas.
Estudos teóricos de Michalski e Arditi
(1995) com redes tróficas complexas
usando modelos dependente de razão
indicam que muitas (ou a maioria) das
interações potenciais nos ecossistemas
complexos se perdem quando o sistema
evolve ao equilíbrio. Assim, a dinâmica é
dominada por poucas interações fortes ou
retroalimentação dominante.
Fatores Limitantes

13. Fatores Limitantes
O modelo é construído
com a estrutura de
interações ilustrada
ao lado (incluso as
flechas quebradas),
que após evolve
dinamicamente ao
equilíbrio..
Ao aproximar equilíbrio do sistema, as flechas
quebradas chegam a ser efetivamente zero de
modo que o sistema termina com a estrutura efetiva
ao lado direito.

14. Fatores Limitantes
Guildas Limitantes.
Um fator limitante pode consistir
de um grupo, ou “guilda” de
espécies similares ou co-atuantes.
Por exemplo, os pulgões podem ser
limitados por um grupo de insetos
predadores (Morris 1992)..

15. Fatores Limitantes
Hierarquias limitantes.
Grupos de fatores podem atuar numa
maneira hierarquia na regulação da
densidade populacional. Por exemplo,
várias espécies de peixes são reguladas
por predadores generalistas em
densidades baixas. As mesmas podem
ser reguladas por doenças se escapam
dos predadores generalistas, ou pelo
fome se nada as controla (Berryman et
al. 1987).

16. AMPLITUDE DE TOLERÂNCIA
Todas as espécies têm uma amplitude de
tolerância dentro do qual são capazes de
lidar com as condições que
experimentam.

A amplitude de tolerância fica dentro do
organismo, e é a capacidade do
organismo sobreviver os extremos de
fatores limitantes diferentes

17. Espécies Euritópicas
Algumas espécies têm uma amplitude
grande de tolerância ampla (espécies
euritópicas ou tolerantes
ecologicamente) e se distribuem em
vários habitats e localidades (ou seja
têm amplitudes geográficas mas amplas)

18. Espécies Stenotópicas
Algumas espécies têm amplitudes
restritas de tolerância (espécies
stenotópicas ou não tolerantes
ecologicamente) e não têm distribuições
amplas e tendem a ter amplitudes
geográficas muito limitadas.

Por exemplo, o crustáceo amfipodo
(Gammarus spp) e sua tolerância variável
a salinidade.

19. Temperatura da Água: Tolerância
das Espécies
Tambaqui (Colossoma macropomum)
–23-34°C com 18°C letal
Surubim (Pseudoplatystoma sp.)
–21-36°C com 9°C letal
As vezes calculada como a temperatura semanal
máxima
–Que informa da temperatura máxima
alcançada durante uma semana.
Leitura: Luciano de Oliveira Garcia; Carlos Eduardo Copatti; Flávio
Wachholz; Waterloo Pereira Filho; Bernardo Baldisserotto . Freshwater
temperature in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil, and its
implication for fish culture Neotrop. ichthyol. 6 (2): 275-281, 2008

20. Níveis de Oxigênio Dissolvido
Condições de hipóxia – níveis baixas de oxigênio

Peixe de água fria (truta Oncorhynchus mykiss)
–6-9 miligramas por mililitro (mg/ml)

Peixe de água quente (Piraputanga Brycon
hilarii)
–3-6 miligramas por mililitro (mg/ml)

Alguns peixe como tilapia, Oreochromis aureus,
podem tolerar condições extremes de hipóxia
(<1 mg/ml)

21. Fator ambiental baixo Alto
Zona
De
stress
Zona
De
intolerância
Zona
Ótima
Zona
De
intolerância
Zona
De
stress
Número de indivíduos

Amplitude de Tolerância

22. Poucos
indivíduos
Nenhum
indivíduo
Limite superior
da tolerância
Abundancia de indivíduos
Alta Baixa Temperatura
Zona da
intolerância
Zona de
Stress
fisiológico
Zona da
intolerância
Zona de
Stress
fisiológico
Amplitude ótima
Limite inferior
da tolerância
Poucos
indivíduos
Nenhum
indivíduo
Tamanho Populacional

Amplitude da Tolerância

23. A distribuição de cangurus
sugerem um fator abiótico
(precipitação) tem muito
influencia, mas tal vez as
populações também
experimentam indiretamente
os fatores bióticos como
competidores, predadores,
disponibilidade de alimento e
parasitas.

Os ecólogos precisam considerar fatores múltiplos para
explicar os padrões de abundancia e distribuição.

Amplitude de Tolerância

24. Distribuições de Cangurus e o Clima
Caughley documentou uma relação intima
entre o clima e a distribuição dos três
maiores cangurus na Austrália.
–Macropus giganteus -
Ocupa a 1/3 oriental do continente.

–Macropus fuliginosus -
Regiões sul e oeste.

–Macropus rufus –
Interior árido e semi-árido.

25. Distribuições de Cangurus e o
Clima

26. Distribuições de Cangurus e o
Clima
As distribuições restritas podem não ser
determinadas pelo clima.
–O clima freqüentemente influencia as
distribuições das espécies por meio de:
Produção de alimentos
Oferta de água
Habitat
Incidência de parasitas, doenças
e competidores.

27. Besouros de Clima Frio
Cicindela longilabris vive em elevações e
latitudes superiores a maioria das
outras espécies do gênero.
–Schultz et. al. encontraram que as taxas
metabólicas de C. longilabris são maiores e
que as temperaturas preferidas são
menores do que encontradas em outras
espécies.



Apóia hipótese do que o ambiente físico limita a
distribuição da espécie.

28. Besouros de Clima Frio
No norte,
vive nas
Florestas boreais

No sul é restrita as
florestas de elevações
elevadas

29. Cada fator pode ser considerado disposto num
gradiente ambiental que varia entre extremos
(gradientes de temperatura, salinidade, luz,
nitrogênio, oxigênio, pressão, profundidade e
outros.)

Os gradientes existem em todos os ambientes e
afeita todos os organismos (geralmente de
formas diferentes).
Gradientes Ambientais

30. Cada espécie pode funcionar com mais eficiência
dentro de uma parte limitada de cada
gradiente, conhecida como a amplitude ótima
dentro do gradiente. Dentro da amplitude
ótima, a espécie pode funcionar otimamente e
manter populações grandes.

Próximo aos extremos do gradiente as espécies
sofrem de stress fisiológico e, apesar de
poder sobreviver, somente pode manter
populações pequenas.

Gradientes Ambientais

31. Os gradientes tem limites superiores e
inferiores, ou os limites de tolerância
de uma espécie ao fator ambiental. Alem
desses limites a espécie não sobrevive
ou sobrevive somente temporariamente.
Gradientes Ambientais

32. Gradientes Ambientais

Concentração de sal (%) do corpo

Concentração de sal (%) da água
Amplitude letal

33. Uma espécie pode não atingir seu
potencial pleno em termos de amplitude
geográfica e abundancia, devido a
competição inter-específica, ou quando
as condições de stress fisiológico não
permite sua ação competitiva resultando
em populações baixas ou sua extinção
Gradientes Ambientais

34. 5 espécies de plantas anuais:
germinação versus temperatura e os efeitos da competição
Gradientes Ambientais

35. Peter Dye-
– pastagens da África.

Variação da precipitação
resulta na mudança do
pasto dominante
Gradientes Ambientais

36. Sierra Nevada
Abundância da espécie (%
do total)

Elevação (m)
Dados empíricos das distribuições de
espécies de árvores num gradiente
ambiental:
Gradientes Ambientais

37. Abundância Vegetal ao largo de
Gradientes de Umidade
Whittaker examinou as distribuições de
plantas lenhosas ao largo de gradientes de
umidade.
–Documentou um gradiente de umidade nas
montanhas, sendo mais seco em alturas
maiores.
As espécies de árvores demonstram distribuições
agregadas ao largo de gradientes de umidade e com
densidades menores nas bordas da distribuição.

38. Abundância Vegetal ao largo de
Gradientes de Umidade

39. Distribuições de Plantas ao longo de um
Gradiente de Umidade e Temperatura
As distribuições das
espécies de Encelia
correspondem as
variações de temperatura
e precipitação

40. 40
Dados empíricos de
um gradiente
ambiental
temporal:
Resposta da vegetação a
Aquecimento climático pós-glacial
Overpeck et al. 1992. Geology 20:1071-1074

* As espécies respondem
individualmente a mudança
climática, e não como comunidades
= seleção natural
Distribuições no espaço e tempo

41. O ambiente de qualquer espécie consiste de
interações muito complexas de vários fatores
bióticos e abióticos que determinam sua
amplitude geográfica e abundancia.

As populações somente podem viver nas áreas
onde as partes favoráveis dos gradientes
ambientais sobrepõem
–Pode ser um “hotspot da biodiversidade” se a
sobreposição dos gradientes ambientais de várias
espécies ocorre.
Gradientes Ambientais

42. Gradientes Ambientais

Exemplo do aparelho de
preferências para controlar
gradientes de temperatura,
umidade, e luz for porquinhos
(Isopoda).

43. O objetivo da ecologia aplicada e da
biogeografia aplicada é entender as
amplitudes de tolerância das espécies (e
as variedades genéticas) e como os
fatores limitantes afeita a saúde e a
capacidade de sobreviver e reproduzir
num ambiente
Biogeografia Aplicada

44. Explicando uma Ausência
Uma espécie não ocorre porque:
1)Não pode chegar ali
2)Não quer (seleção de habitat)
3)As condições físicas ou químicas não são apropriadas
4)Outras espécies na área proíbem seu estabelecimento
(competição, predação, parasitismo) ou a ausência de uma
espécie chave (alimento, mutualista)
5)Azar
6)Dinâmica de meta-populações

45. Espécie ausente
Devido a
Dispersão
Sim
Não
Comportamento
Área não acessível
Ou sem tempo suficiente
Sim
Não
Seleção de
Habitat
Fatores
bióticos
Explicando uma Ausência

46. Fatores químicas
Sim
Não
Fatores
bióticos
Predação,
Parasitismo.
Competição,
Doença
meta-
popualão
Fatores
abióticos
Fatores físicos
Explicando uma Ausência

47. Referencias
Berryman, A. A., N. C. Stenseth e A. S. Isaev.
1987. Natural regulation of herbivorous
forest insect populations. Oecologia 71: 174-
184.

Blackman, F. F. 1905. Optima and limiting
factors. Annals of Botany 19: 281-295.

Liebig, J. 1840. Chemistry and its application to
agriculture and physiology. Taylor and Walton,
London

48. Referencias
Michalski, J e R. Arditi. 1994. Food web structure at
equilibrium and far from it: is it the same? Proceedings
of the Royal Society of London B, 259: 217-222.

Paine, R. T. 1980. Food webs: linkage, interaction strength
and community infrastructure. Journal of Animal
Ecology 49: 667-685.

Paine, R. T. 1992. Food-web analysis through field
measurement of per-capita interaction strength.
Nature 355: 73-75.

Morris, W. F. 1992. The effects of natural enemies,
competition, and host plant water availability on an
aphid population, Oecologia 90: 359-365. 1987).