Um ecossistema, ou sistema ecológico, reúne os seres vivos de um lugar, o ambiente físico e as relações entre eles. Pode caber numa poça, num tronco em decomposição ou numa floresta, e também pode abranger parte de um oceano. Seus limites dependem da pergunta que se quer responder, e todos os ecossistemas da Terra integram a biosfera.
Na maior parte dos ecossistemas, plantas, algas e certos microrganismos captam energia da luz e produzem matéria orgânica. Animais obtêm essa energia ao se alimentar, enquanto decompositores transformam os restos e devolvem nutrientes ao ambiente. A energia atravessa o sistema e se dispersa como calor, mas a água e elementos como carbono e nitrogênio voltam a circular em ciclos biogeoquímicos.
Estações, secas, incêndios, inundações, mudanças no clima e a própria atividade dos organismos transformam os ecossistemas. Alguns absorvem uma perturbação e mantêm suas características, enquanto outros se reorganizam ou passam a funcionar de outra maneira. A história de cada lugar e suas relações ecológicas ajudam a definir o caminho seguido depois dessas mudanças.
As pessoas fazem parte dos ecossistemas e dependem deles para obter alimentos, água e matérias-primas, além da regulação do clima e de outros serviços ecossistêmicos. A destruição de habitats, a poluição, a exploração excessiva e as mudanças climáticas podem enfraquecer essas relações e levar um ecossistema ao colapso. Conservação, manejo e restauração ecológica procuram manter ou recuperar os processos, a diversidade e os benefícios dos quais a sociedade depende.
Definição, escala e conectividade
Definição e delimitação
A palavra "ecossistema" combina os termos gregos antigos οἶκος, oîkos, "casa", e σύστημα, sýstēma, "todo organizado formado por elementos".
Um ecossistema, ou sistema ecológico, compreende todos os organismos e os reservatórios abióticos, isto é, o ambiente físico, com os quais eles interagem. Seus componentes bióticos e abióticos se relacionam por meio de ciclos de nutrientes e fluxos de energia.
miniatura|esquerda|upright=1.0|A floresta úmida de Hoh, nos Estados Unidos, reúne árvores, outros organismos, água, solo, ar e os processos que os conectam.
As transferências de energia e materiais de um reservatório a outro recebem o nome de "processos ecossistêmicos" e podem ocorrer em escalas muito diferentes. A pergunta que se quer responder define a escala adequada.
Ecossistemas são considerados sistemas abertos, com entradas e saídas de matéria e energia através de seus limites.
Como seus limites dependem da pergunta feita, um ecossistema funciona como recorte de estudo e não precisa ter tamanho ou fronteiras fixos. Uma gota de água, uma árvore, um lago ou uma região inteira podem ser tratados como ecossistemas quando a pergunta considera os organismos, o ambiente e as trocas entre eles. Aquários e outros sistemas construídos por pessoas também podem ser estudados desse modo. Em escalas maiores, conjuntos de ecossistemas com clima e fisionomia semelhantes formam biomas.
miniatura|direita|upright=1.0|A margem torna uma lagoa fácil de delimitar, embora água, organismos e nutrientes continuem atravessando esse limite.
Limites, ecótonos e conectividade
miniatura|esquerda|upright=1.0|Um pardal-doméstico, organismo que ocupa cidades, campos agrícolas e outros ecossistemas modificados por pessoas.
Como água, organismos, sedimentos, nutrientes e energia atravessam qualquer linha traçada, os ecossistemas naturais são sistemas abertos, e seus limites mudam conforme o processo observado. Uma bacia hidrográfica pode ser adequada para acompanhar a água e os nutrientes, enquanto uma população migratória exige uma área muito maior. O pardal, por exemplo, ocupa campos de cereais e outras paisagens modificadas e depende de recursos e atividades que atravessam o limite de um único ecossistema.
Nos ecossistemas fechados, a matéria circula dentro de um volume selado, enquanto a energia chega do exterior.
As faixas de transição entre sistemas vizinhos são chamadas de ecótonos.
O movimento de organismos, matéria e energia através dos limites entre ecossistemas pode mudar o funcionamento das áreas de origem e destino. O conceito de metaecossistema reúne esses ambientes em um conjunto conectado por tais fluxos e permite acompanhar como mudanças locais se propagam ou são compensadas em outros lugares.
Níveis de organização e conceitos relacionados
miniatura|direita|upright=0.65|A passagem do indivíduo à população, à comunidade, ao ecossistema e à biosfera muda a escala da pergunta, mas cada nível depende dos anteriores.
A ecologia organiza a natureza em níveis sucessivos, do indivíduo à população, à comunidade, ao ecossistema e à biosfera. Cada nível depende dos que o compõem e também troca matéria, energia e organismos com sistemas vizinhos.
Uma comunidade ecológica, também chamada de biocenose, reúne populações de espécies que vivem e interagem em uma área, termo criado por Karl Möbius em 1877 durante o estudo de comunidades interdependentes.
Um ecossistema acrescenta a essa comunidade o ambiente abiótico e as trocas de matéria e energia entre todos os seus componentes.
Entre os conceitos usados para recortes espaciais, um geossistema é um sistema dinâmico, aberto e organizado em níveis, cuja transformação também recebe a ação humana.
História do conceito
Por volta de 300 a.C., o filósofo grego Teofrasto examinou como o clima condiciona a distribuição geográfica das plantas. No fim do século XIX, as interações entre plantas e ambiente foram estudadas cientificamente na região do lago Michigan, nos Estados Unidos.
Em Animal Ecology, publicado em 1927, o zoólogo inglês Charles Sutherland Elton examinou os nichos dos animais a partir do que comiam e de quem os comia. O livro também apresentou as cadeias alimentares e a transferência de matéria de um organismo ao seguinte.
miniatura|esquerda|upright=0.85|alt=Retrato do botânico britânico Arthur Tansley|Arthur Tansley propôs o termo "ecossistema" para reunir os organismos e o ambiente físico no mesmo sistema. Tansley empregou "ecossistema" em um texto de 1935, depois de pedir ao colega Arthur Roy Clapham uma palavra para as interações entre os componentes físicos e orgânicos do ambiente. O termo passou a ser usado em diferentes situações.
Tansley tratava os organismos e o ambiente físico como partes do mesmo sistema. Chamou os ecossistemas de "unidades básicas da natureza", com tamanhos e formas muito diferentes. Os componentes vivos e inorgânicos trocavam matéria entre si, mesmo quando os organismos recebiam mais atenção. Seus limites eram recortes feitos pelo pesquisador dentro de uma natureza contínua, e o sistema podia manter seu próprio funcionamento. Tansley empregou ecótopo para a extensão espacial desse recorte..
Enquanto Tansley desenvolvia o conceito de ecossistema, Vladimir Sukachev formulava na Rússia o de biogeocenose. Sukachev, Aleksei Severtsov e Ivan Schmalhausen eram membros da Academia de Ciências da Rússia, depois soviética, e próximos de Vernadsky.
A biogeocenose se aproxima do conceito de ecossistema, mas dá mais atenção ao solo, seguindo os trabalhos de Vasily Dokuchaev, fundador da pedologia, difundidos entre naturalistas e biólogos evolucionistas da Rússia e da Ucrânia. Severtsov e Vernadsky estavam entre seus discípulos.
A biogeocenose reúne organismos vivos, atmosfera, solo orgânico e rocha-mãe mineral e pode ser entendida como uma biosfera em miniatura e como sua unidade estrutural elementar. Nessa interpretação, a biosfera é "a soma de todas as biogeocenoses".
miniatura|direita|upright=0.85|Vladimir Vernadsky reuniu os seres vivos e os ciclos de matéria numa visão da biosfera como sistema.
Na terminologia da biogeocenose, o meio físico pode ser dividido em climatopo, correspondente às condições do clima local, e edafótopo, correspondente ao solo. Juntos, eles caracterizam o ecótopo ocupado pela comunidade. Esses termos aparecem em trabalhos de ecologia da paisagem e da vegetação.
O limnólogo George Evelyn Hutchinson, que trabalhou na mesma época de Tansley, aproximou as ideias de Charles Sutherland Elton sobre a cadeia trófica das ideias do químico e biogeoquímico russo Vladimir Vernadsky. Concluiu que a disponibilidade de nutrientes limita a produção de algas de um lago e, por consequência, as populações dos animais que delas se alimentam.
Raymond Lindeman desenvolveu esse raciocínio e publicou, em 1942, uma análise da transferência de energia através de um lago. Os organismos eram reunidos em níveis tróficos, e a energia passava dos produtores aos consumidores primários e aos níveis seguintes. Os irmãos Howard T. Odum e Eugene Odum, alunos de Hutchinson, deram uma formulação quantitativa a essas trocas de energia e desenvolveram uma abordagem sistêmica da ecologia.
Em um artigo de 1956, Francis Cope Evans examinou cadeias alimentares, processos físicos e mecanismos de regulação e defendeu o ecossistema como unidade básica da ecologia.
A partir da década de 1960, a abordagem sistêmica desenvolvida por Eugene Odum e outros ecólogos ganhou espaço na pesquisa sobre ecossistemas. Odum defendia uma abordagem holística e criticava a abordagem reducionista. A matemática aplicada e os computadores passaram a permitir a construção de modelos e simulações. O estudo dos ecossistemas passou a incluir a previsão de respostas a mudanças. As transformações ambientais do planeta aumentaram a necessidade de projetar seus efeitos em prazos mais longos.
Componentes e organização
Componentes abióticos
miniatura|esquerda|upright=1.0|Clima, água e solo criam condições diferentes para os organismos, mesmo entre ecossistemas terrestres. Lagos, rios e oceanos compõem a hidrosfera, enquanto rochas, solos e sedimentos compõem a geosfera e, junto à atmosfera, esses domínios formam o ambiente físico com o qual os organismos interagem. O efeito estufa natural mantém temperaturas compatíveis com as formas de vida existentes, e a camada de ozônio da estratosfera absorve parte da radiação ultravioleta nociva do Sol.
miniatura|direita|upright=1.0|Rios transportam água, sedimentos e nutrientes e conectam ecossistemas situados em pontos diferentes de seu percurso.
A radiação solar fornece energia para quase todos os ecossistemas, e a gravidade mantém a atmosfera ao redor do planeta e participa do movimento da matéria pelo ar, pela água, pelo solo e pelos organismos.
miniatura|esquerda|upright=1.0|No deserto da Baja California, a escassez de água limita a produção e a distribuição dos organismos.
Componentes bióticos e grupos funcionais
miniatura|direita|upright=1.0|Uma floresta tropical reúne estratos de vegetação e muitos micro-habitats. Os organismos que formam matéria orgânica a partir de carbono inorgânico e de uma fonte de energia são chamados de produtores ou autótrofos. Em terra, a maioria é formada por árvores e outras plantas. Na água doce e nos oceanos, os produtores incluem algas e plantas aquáticas próximas da costa. Os produtores fotossintéticos captam dióxido de carbono e substâncias inorgânicas e usam energia solar para formar estruturas orgânicas.
miniatura|esquerda|upright=1.0|alt=Campo coberto de flores|Um campo florido apresenta produção primária, na qual matéria e energia solar são usadas na formação de substâncias como a glicose.
Ecossistemas com alguma produção primária geralmente podem sustentar consumidores, ou heterótrofos, que não formam sua matéria orgânica por fotossíntese ou processos equivalentes. Eles obtêm energia ao consumir produtores ou outros consumidores, vivos ou mortos.
Ao transformar matéria orgânica morta, os decompositores devolvem nutrientes ao ambiente e mantêm, junto aos produtores, a reciclagem da matéria. Um ecossistema pode funcionar sem que suas plantas sejam comidas por consumidores, desde que sejam decompostas depois de morrer.