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Biologia

Fluxo de matéria e energia

William Yugue
Publicado por William Yugue
Última atualização: 17/7/2019

Introdução

Entende-se, por fluxo de matéria e/ou energia, o "caminho" percorrido pela matéria, também chamada de biomassa, ou pela energia ao longo de um ecossistema. Trata-se de um processo fundamental para o funcionamento e a manutenção de um ecossistema, podendo ser representado como uma pirâmide chamada de pirâmide trófica ou pirâmide ecológica.

A pirâmide ecológica é, portanto, um modelo didático usado na Ecologia para esquematizar o fluxo de matéria e energia presente em um ambiente, com base nas relações ecológicas existentes entre os seres vivos que ali habitam.

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Ecossistema e Cadeia Alimentar

Para compreender o conceito de fluxo de energia, ou de biomassa, é importante entender como estão dispostos os organismos em um ecossistema, bem como as relações estabelecidas entre eles, pois é através dessa relação que a energia e a matéria são deslocadas no ecossistema.

Entende-se por ecossistema o conjunto de fatores bióticos (seres vivos) e abióticos (clima, água, nutrientes no solo, luminosidade, etc) que se interagem em uma determinada localidade ou região. Pode ser entendido também como o conjunto de comunidades existentes em uma região junto com os fatores ambientais e climáticos disponíveis.

Uma característica fundamental de um ecossistema é a relação estável entre o espaço físico, o fluxo de energia e os fatores bióticos e abióticos. Com isso, nem todo sistema biológico pode ser chamado de ecossistema, caso não seja autossuficiente e não possua autorregulação.

Os seres vivos que compartilham o mesmo ecossistema podem se relacionar através de relações ecológicas que podem ser harmônicas, quando há o benefício de pelo menos um dos integrantes sem o prejuízo do outro, ou desarmônicas, quando há o prejuízo de pelo menos um dos integrantes que se relacionam.

Dentre as relações desarmônicas já conhecidas, o predatismo e a herbivoria estão diretamente relacionadas com o conceito de fluxo de matéria e energia. O predatismo é a relação ecológica em que um animal consome outro animal para fins alimentares e de sobrevivência. Já a herbivoria, é o consumo de plantas e vegetais por outros animais, estes herbívoros, também para se alimentar e sobreviver.

Dessa forma, a matéria consumida pelos organismos e a energia gerada estão diretamente relacionadas com esse tipo de relação e, portanto, as relações ecológicas estão relacionadas com o fluxo de energia.

Outro conceito importante para auxiliar a compreender a complexidade do fluxo de matéria em um ecossistema, que também está relacionado com as relações desarmônicas já citadas, é o conceito de Cadeia Alimentar.

A cadeia alimentar é um modelo didático que visa organizar e exemplificar o percurso de matéria orgânica dentro de um ecossistema através das relações de herbivoria ou predatismo existentes entre os integrantes desse ecossistema.

Dentro de uma cadeia alimentar, os organismos que a constituem e que se relacionam estão dispostos em níveis chamados de níveis tróficos. Cada nível trófico apresenta um animal, ou um conjunto de animais, que compartilham, nutricionalmente, o mesmo nicho ecológico, possuindo, assim, os mesmos hábitos alimentares.

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Os níveis tróficos podem ser divididos em:

  • Produtores: Organismos autótrofos que produzem o próprio alimento. Em termos energéticos, são os organismos que convertem a energia química inorgânica ou luminosa em energia bioquímica;
  • Consumidores: Organismos heterótrofos que consomem a energia e a biomassa presente no nível trófico abaixo do que se encontram. São, portanto, organismos que consomem outros organismos e podem ocupar diferentes níveis tróficos. Por exemplo, os consumidores primários se alimentam dos produtores através da relação de herbivoria; os consumidores secundários se alimentam dos consumidores primários; os consumidores terciários se alimentam dos consumidores secundários através de relações de predatismo.
  • Decompositores: O último nível trófico é composto pelos organismos que se alimentam de matéria morta e em decomposição São organismos que se alimentam dos restos mortais ou alimentares dos demais níveis tróficos. Dentro desse nível estão os fungos, algumas bactérias e alguns protozoários.

Exemplo de uma Cadeia Alimentar.

Fluxo de Energia

A energia presente em um ecossistema caminha entre os diversos níveis tróficos com base na alimentação dos organismos, que tem como objetivo principal adquirir energia para ser armazenada e utilizada nos diversos processos metabólicos. Dessa forma, o fluxo de energia em um ecossistema inicia-se com os produtores, que conseguem converter a energia luminosa, através da fotossíntese, ou inorgânica, através da quimiossíntese, em energia bioquímica, que o organismo utilizará para o seu desenvolvimento e sobrevivência.

Conforme o nível trófico vai se elevando ao longo da cadeia, a energia do sistema tende a diminuir, ao passo que um organismo se alimenta de outro. Parte dessa energia é perdida na forma de calor ou utilizada para os seus próprios processos metabólicos. Portanto, a energia dentro de uma cadeia alimentar tende a diminuir de um nível trófico para outro.

A pirâmide ecológica de energia, dessa forma, apresentará um único arranjo, com a base sempre maior que os demais níveis, sempre expressa em cal/m².ano (calorias por metro quadrado ao ano) ou ainda kcal/m².ano (quilocalorias por metro quadrado ao ano).

Pirâmide de Energia.

Os decompositores geralmente não são considerados nas pirâmides ecológicas, pois isto dificultaria o entendimento didático do esquema, uma vez que todos os organismos estão submetidos a ação dos decompositores. Ainda assim, em algumas pirâmides, os decompositores são representados como um bloco à parte, o qual está presente em todos os níveis tróficos.

Pirâmide de Energia considerando os decompositores.

Fluxo de matéria ou biomassa

O fluxo de matéria, ou biomassa, está diretamente relacionado com o fluxo de energia em um ecossistema, isso porque ao se alimentar para adquirir energia e outros compostos, o organismo ingere uma quantidade de biomassa pertencente ao organismo que ele consumiu.

Dessa forma, a quantidade de matéria consumida em um determinado nível trófico pode ser esquematizada em uma pirâmide de biomassa, geralmente expressa em g/m² (gramas por metro quadrado).

De forma mais comum, em um ecossistema, a quantidade de biomassa ou matéria pertencente ao nível trófico dos produtores é maior e, à medida que se avança para os níveis tróficos posteriores, a quantidade de matéria tende a diminuir.

Por exemplo, a quantidade de vegetais em um determinado bioma é maior em biomassa que a quantidade de gafanhotos que se alimentam desses vegetais. A quantidade de gafanhotos, por sua vez, é maior que a quantidade de pássaros que se alimentam deles. Com isso, a pirâmide de matéria é comumente representada com a base maior que o topo.

Pirâmide de matéria ou biomassa.

Em alguns casos, entretanto, a pirâmide de biomassa terá a base menor que os níveis subsequentes. Isso ocorre quando os produtores, embora ocupem uma área extensa, possuem biomassa bem pequena, como nos biomas marinhos, em que os produtores podem ser espécies de fitoplânctons que possuem massa (em gramas) pequena, muito embora ocupem uma extensa área (m²) do território.

Exemplo de uma pirâmide de biomassa de uma cadeia alimentar de ambientes marinhos com o fitoplâncton ocupando a posição de produtor, zooplâncton ocupando a posição de consumidor primário e peixes ocupando a posição de consumidores secundários e terciários.

Uma desvantagem da pirâmide de biomassa é que ela não considera o tempo de produção dessa biomassa e, dessa forma, não mostra a velocidade com que a matéria é produzida.

No exemplo da cadeia alimentar que tem fitoplânctons como produtores, à primeira vista, parece que o ecossistema não está em equilíbrio, já que a quantidade de matéria pertencente aos produtores é menor que a quantidade de matéria dos demais níveis tróficos, porém, o fitoplâncton tem uma taxa de reprodução elevada, se dividindo rapidamente e aumentando a biomassa em um curto período de tempo e com uma velocidade elevada, por isso, conseguem ser os produtores da maioria das cadeias alimentares de ambientes aquáticos.

Pirâmide de número

Na pirâmide ecológica de número, cada nível trófico visa representar a quantidade de organismos pertencentes àquela posição. Portanto, esse tipo de pirâmide pode apresentar diversos arranjos, principalmente quando se analisa pequenos ecossistemas.

Normalmente, a pirâmide de número apresenta bases maiores que o topo, mostrando, geralmente, que a quantidade de produtores em um ecossistema é maior que a quantidade de consumidores primários, que, por sua vez, é maior que a quantidade de consumidores secundários - formando, assim, o arranjo normal de um pirâmide com a base maior que o topo.

Pirâmide ecológica de número.

Em alguns casos, como em pequenos ecossistemas, o arranjo da pirâmide pode mudar. Por exemplo: uma cadeia alimentar composta por uma única árvore produtora, que serve de alimento para vários insetos, que, por sua vez, servem de alimento para pássaros: a base da pirâmide será menor que os demais níveis.

Pirâmide ecológica de número em um ecossistema composto por uma árvore, insetos como consumidores primários,  pássaros menores como consumidores secundários e pássaros maiores como consumidores secundários.

No caso de uma cadeia alimentar contendo espécies de parasitas, a pirâmide terá outra conformação, esta chamada de pirâmide invertida. Considerando o exemplo de uma árvore produtora, da qual se alimentam uma maior quantidade de insetos: se, nesses insetos, houver a incidência de parasitas, como algumas bactérias, a quantidade desses parasitas será maior que a população de insetos presentes na cadeia. Dessa forma, a pirâmide, nesse caso específico, terá a base menor que o topo.

Pirâmide ecológica de número invertida em um ecossistema composto por uma árvore, insetos como consumidores primários e parasitas como consumidores secundários.

A desvantagem da pirâmide ecológica de número é a sua simplicidade. Ela desconsidera o tamanho do indivíduo presente em cada nível trófico, bem como não apresenta a quantidade de biomassa ou matéria orgânica que é deslocada de um nível para outro. Todas essas informações precisam ser fornecidas e não estão incluídas no desenho esquemático da pirâmide de número.


Exercícios

Exercício 1
(ENEM/2013)

Estudos de fluxo de energia em ecossistemas demonstram que a alta produtividade nos manguezais está diretamente relacionada com as taxas de produção primária líquida e com a rápida reciclagem dos nutrientes. Como exemplo de seres vivos encontrados nesse ambiente, temos: aves, caranguejos, insetos, peixes e algas.

Dos grupos de seres vivos citados, as que contribuem diretamente para a manutenção dessa produtividade no referido ecossistema são

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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