"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: