"Escala em Ecologia"
Então, por que a escala é tão importante e por que precisamos saber sobre isso?
Bem, a escala nos dá um jeito de lidar com a diversidade de escalas
E também com... os diferentes tipos de organismos
que existem e se tornam parte de sistemas ecológicos.
Escala... também torna aparente
a similaridade do fundamento que está por trás da diversidade na natureza
e como isso foi moldado pela ação da seleção natural.
É muito importante perceber que
A escala não aponta muitos...
muitos caminhos para se ter de verdade um organismo funcional na natureza
e lhe fornece o caminho certo para compreender as restrições
que operam na diversidade.
E, visto que a maioria dos organismos segue essas restrições,
isso aponta à similaridade dos fundamentos que compartilham.
Então, outra coisa importante sobre a escala é que
ela nos fornece um padrão com que podemos comparar
espécies diferentes, populações e ecossistemas,
e podemos efetivamente medir divergências de relações de escala,
e essas variações significam que há alguns processos
uns processos biológicos importantes
em operação nesses sistemas.
Vamos começar com o jeito mais simples de caracterizar a escala na ecologia.
E, essa caracterização é matemática - é bem simples.
E geralmente, relações de escala, como já viu,
não podem ser resumidas com uma relação como uma variável "y"
ou traços de um organismo.
Elas são proporcionais a uma variável "M" elevada a uma potência.
Neste caso, estou falando em M como a massa do organismo
ou tamanho do sistema - do sistema biológico.
Assim, podemos também representar esta relação como
y = cM elevado a alfa
o que também nos permite pegar o logaritmo dessa relação
e transformar algo que não é linear
em uma equação linear.
E lhe mostrarei um exemplo disto.
No quadro "A", vemos relações em escala
que não estão lineares.
Então, à direita, no quadro "B"
vemos a relação linear resultante
depois que pegamos o logaritmo dessa relação.
Isso torna a análise mais fácil.
Deste modo, há inúmeros exemplos de escala na natureza
e eles afetam a maneira que organismos são agrupados e evoluídos
através do ato de seleção natural.
Podemos ver, por exemplo, relações entre
o tamanho de organismos e o tempo para desmame
ou também, do tamanho de organismos e longevidade.
E, podemos usar essa relação para - como mostro neste quadro aqui -
comparar tipos diferentes de organismos.
Por exemplo, os pontos cinzas representam todas as espécies mamíferas
e os pontos vermelhos representam um tipo particular de espécie,
que são os marsupial.
Assim, você pode ver que os marsupial...
em geral, seguem a linha de tendência para longevidade, por exemplo,
mas eles divergem em tempo de maturação, por exemplo.
Então, estas relações em escala nos permitem comparar
e podemos usá-las como uma referência para tentarmos entender o que se passa
com esta espécie em particular que a faz diferir.
É por causa de sua história filogenética?
Ou, por causa do ambiente dos outros tipos de hábitos que possui -
o que come e assim por diante.
Então, podemos responder questões profundas
usando a relação em escala.
Na ecologia, essas relações também afetam,
por exemplo, coisas muito básicas, como a massa média da presa
que uma espécie carnívora específica comerá eventualmente,
ou afetar, como pode ver no quadro,
a renovação do carbono, ou o tempo que leva
para repor uma grama de carbono em um ecossistema específico
e como isso muda com a massa média das plantas
nesse ecossistema.
Ou também, podemos ver relações de escala em termos da
produção primária líquida de um ecossistema
e da quantidade de biomassa de plantas nesse ecossistema.
Então, essas são relações fundamentais
que nos dizem algo bem... geral
sobre como organismos e ecossistemas funcionam.
Então como compreendemos a origem desta relação?
Bem, deixe-me dizer, o tipo...
de relação fundamental que diria é
o que liga o organismo e sua demanda energética a seu tamanho.
Isso é o que chamamos de "Lei de Kleiber" e indica que
a demanda de energia de um organismo, seu metabolismo,
que é a soma de todas as reações bioquímicas
acontecendo dentro do organismo,
fazem escala com o tamanho do sistema - ou massa -
elevado a potência de 3/4.
E você pode ver no gráfico que
essa relação descreve muito bem como o metabolismo muda
com o aumento da massa de um organismo
de um rato, por exemplo, a um elefante
E, isso nos diz que de certo modo
um elefante é apenas uma variação no mesmo tema, assim como um rato.
Então, é essa relação que indica que
há uma semelhança básica entre esses diferentes tipos de organismos.
Então, a seleção natural não está agindo de forma aleatória -
ela segue algumas delimitações ou... O que são essas delimitações?
Bem, em 1997, Geoffrey West, Jim Brown e Brian Enquist...
sugeriram um modelo bem simples e elegante
que indica alguns princípios fundamentais que agem e
ajudam-nos entender o porquê do metabolismo mudar do jeito que faz
com o tamanho de um sistema.
E, não lhes explicarei todos os detalhes do modelo.
Apenas lhes darei duas visões principais dele.
Bem, a coisa principal é que qualquer organismo existente encara um problema
e esse problema é que eles têm de mandar energia -
os recursos que você obtêm do meio para viver -
você tem de enviá-los para todas as partes diferentes do seu corpo.
Num organismo multicelular,
significa que tem de mandar essa energia para todas as células de seu corpo.
Então, como você faz isso?
Bem, o jeito de fazer isso é você constrói.
Quero dizer que a seleção natural moldou a existência de redes
para mandar essa energia a todas as partes do seu corpo.
Então, essas redes na verdade geram delimitações
que se manifestam nesta escala de 3/4 essencial para o metabolismo.
Agora, a forma que a seleção natural age nisso é
minimizando a perda de energia.
Então ela gera redes que reduzem essa energia -
redes eficazes -
quando levamos em conta o que consideramos ser estas duas principais visões.
e eles demonstram em um modelo matemático
que isso cria a relação em escala de 3/4 que nós observamos.
Então, deixe-me dar alguns exemplos
das consequências dessa relação na ecologia.
Uma simples é que você pode fazer uma pergunta bem simples -
Qual é o número máximo de individuos
que podem ser encontrados em uma determinada área?
Então, para respondê-la,
e penso que é um pergunta essencial,
tudo que precisa saber é a quantidade de energia ou recursos
que estão em uma área específica,
e as exigências desses recursos
pelos diversos indivíduos.
Assim... sabemos que a escala com o tamanho dos organismos
aumenta em 3/4.
Então, é bem fácil desta forma calcular
o número máximo de indivíduos em uma determinada área
apenas dividindo o total de recursos
pela exigência de cada indivíduo.
E... o que isso te dá é outra relação de escala
que diz que o número máximo de indivíduos escala com massa
elevada a -3/4.
Agora, vamos ver a prova empírica,
A prova empírica nisso, e vou revisitar
um artigo publicado por John Damuth em 1981
onde ele fez uma compilação da densidade
de diferentes espécies mamíferas pelo mundo.
E, por acaso eram todos os mamíferos principais...
e ele calculou a densidade e tamanho destas espécies,
e depois assinalou esta relação, e, como pode ver,
há uma inclinação negativa e essa inclinação é de -3/4.
Então, como previsto, o número máximo de indivíduos
obedece a uma lei de escala de -3/4.
As implicações disso são muito interessantes
porque significa na verdade que ratos...
atingiram densidades maiores que elefantes,
mas os dois são iguais de certa forma, pois eles, como lhes mostrarei,
usam a mesma quantidade de energia no nível populacional.
E, como podemos calcular isso?
Bem, chamamos isso de "uso energético populacional"
O uso energético populacional - UEP - é proporcional ao
número de indivíduos x demandas energéticas.
Então, será o total de energia exigida por uma população,
E se substituirmos as relações em escala conhecidas
por número e demanda energética,
sabemos que o uso energético populacional será proporcional à
massa elevada a -3/4 x massa elevada a 3/4.
Como podem ver, estes dois expoentes
meio que se destroem e dão um uso energético populacional
proporcional à massa elevada a zero,
o que quer dizer que o uso energético populacional tende a não variar
referente ao tamanho dos organismos, o que significa que elefantes usam
a mesma quantidade de energia que os ratos.
Então, esta é uma relação invariante bastante básica.
Existem muitas outras relações em escala
que mostram este tipo de propriedade invariável,
mas isso nos mostra que as coisas podem ser diferentes,
mas ao mesmo tempo, podem ser iguais
se explorarmos estas relações entre as escalas.
Então, por que isto é essencial?
O porquê disso ser importante também
é pois isto nos permite entender algo sobre nós mesmos também.
E aqui, quero mostrar um ponto de vista onde, com o uso desta relação,
podemos compreender que humanos são uma espécie hiperdensa.
Como sabemos disso?
Porque sabemos todas as relações em escala de todos mamíferos.
Sabemos como a densidade muda com a mudança do tamanho corporal do mamífero.
Nós somos mamíferos.
Na média, podemos considerar que
um ser humano pesa em torno de 70kg.
E podemos tentar assinalar qual seria a densidade que devemos atingir
se formos meio que seguir esta relação.
E nossa densidade será de 2.12 indivíduos por quilômetro quadrado.
Então, a densidade obtida é
5.8 elevada a 10 elevado a 4
que quer dizer 58.000 vezes maior.
Então isto é uma divergência significante da relação em escala prevista.
E é uma bem expressiva porque
agora é possível responder como ocorre - o que acontece aos humanos
que os fizeram chegar a uma densidade máxima tão extrema
como a de hoje.
Bem, deixe-me dizer a você que
quando estávamos em um tipo diferente de estágio de desenvolvimento,
um estágio social de desenvolvimento quando eramos caçador-coletor
nos encaixávamos muito nesta relação.
Com o passar do tempo e complexidade social,
fomos nos afastando desta relação
e agora estamos longe dela.
E isso tem impactos em termos da quantidade de energia que usamos
e o impacto dessa quantidade de energia usada pelos humanos
no restante do ecossistema.
Isso é chamado, ou parte do que chamamos, de "mudança global".
Não vamos abordar isso nesta aula,
mas é importante ter em mente.
É por isto que relações em escala nos ajudam a perceber que há semelhanças,
existem princípios básicos relacionados a forma que
organismos mandam energia através de redes
o que explica a quantidade de energia que organismos diferentes exigem
e isso delimita a densidade e quantidade de energia
que suas populações usam.
E... podemos usá-las para entender divergências,
como a densidade extrema dos humanos ou hiperdensidade humana agora.
Referências: