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Tarefas de Ecologia de Populações
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Simulação de predação

Métodos e materais

Durante essa prática, você aprenderá mais sobre alguns dos vários fatores que limitam a capacidade do predador. Os fatores intrínsecos incluem o tempo limitado para procurar presas, tamanho estomacal limitado, e o tempo necessário para a digestão. Os fatores extrínsecos incluem a competição com outros predadores e perturbações ambientais. As relações predadoras – presas freqüentemente mudam quando um ambiente é perturbado, como por enchentes, incêndios,  uso de pesticidas, ou agricultura.  Quando existem poucos predadores no ambiente, os herbívoros podem reproduzir rapidamente para atingir densidades locais elevadas. Esse efeito pode resultar no aumento numérico dos predadores que migram a área. Quando existem muitos predadores e a disponibilidade de presas abundantes, os predadores capturam quantas presas tão rapidamente possíveis, e a predação sob essas condições é uma "competição por recursos" ou "competição por corrida" (Birch 1957). As predação causa as presas a ficaram limitadas, e os predadores competidores podem interagir diretamente, levando a danos ou sucesso predatório limitado. Esse tipo de competição é chamada "competição por interferência" ou " competição por briga" (Birch 1957). Quando o  ambiente fica mais estável, a competição pode retornar a  comunidade um equilíbrio de espécies de predadores e presas.

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Métodos
 

Olhem os  vários insetos predadores, e lembram dos papeis desses predadores na estruturação da comunidade. Cada aluno será atribuído apêndices alimentares baseados nos tipos de predadores, e cada aluno terá uma copa de plástico pequena para representar o seu estomago. Os apêndices alimentares consistem de pares de garfas, facas e colheres de plástico que se juntam com ligas  (Figura 1). Os pares de facas representam os mandíbulas, os pares de colheres representam pernas raptoriais, e pares de garfos representam pernas que agarram. Um número igual de cada tipo de predador é aleatoriamente atribuído aos alunos presentes.

As regras do forrageio são simples. O predador preciso usar somente seu apêndice alimentar para capturar as presas. O predador precisa parar de forragear quando o estomago (copa) fica cheia ou ao expirar o tempo. Se qualquer presa não comestível esteja presente no estomago ao fim dos 45 segundos, todas as presas são devolvidas ao  ambiente. Os estômagos precisam ficar em pé sempre Após o fim da alimentação, os predadores precisam fazer digestão das  presas, representado pelo tempo necessário para determinar o número e tipo de espécies de  presas em seus estômagos. Para facilitar esse processo, você precisa separar suas presas por tipo e usar o balance para pesar cada tipo. Antes da prática, o peso médio por presa individual precisa ser registrado. Após o forrageio, o número de presas de cada tipo comido é determinado pelo pesagem e posterior cálculo do número de indivíduos. Deve registrar as somas parciais para cada tipo de predador em papel.

Na segunda geração desta prática, um segundo tipo de  presa vira venenosa e não pode ser comida por qualquer predador. Freqüentemente, as taxas de  predação não podem acompanhar as taxas reprodutivas de algumas espécies de presa. Para evitar a saturação do ambiente com presas (e para simultaneamente manter custos razoáveis), foi imposto um limite da reprodução das presas. Tipicamente, não adicionamos mais do que  300 presas por geração. Esse limite se explica ecologicamente como o papel da competição intra-específica para recursos (ou a capacidade de suporte do ambiente). Na ausência de predação, as espécies herbívoras aumentarão de número até que seu alimento fica limitante; e depois somente aqueles membros da espécie que tem capacidade de adquirem nutrientes suficientes poderão reproduzir. Nesta prática, cada espécie de  presa se alimenta de recursos diferentes e por isso não é afeitada pela competição inter-específica.

Após terminar essa prática, você deve gerar figuras usando a planilha de Excel@ que devem ser distribuídas para a classe.  Você deve fazer gráficos das mudanças dos números dos predadores e presas! 

Você precisa gerar um relatório formal de laboratório e responder as perguntas relacionadas a essa prática.  No relatório você deve opinar sobre a dinâmica da comunidade  dos insetos predadores e suas presas.

Seu relatório deve incluir uma interpretação dos resultados entre gerações. Quase com certeza, os resultados serão diferentes ainda se os mesmos tipos de presa viram venenosos e o mesmo tipo de predador se adapta. As diferencias podem resultar do fato do que os predadores serão mais experimentados e são mais eficientes na segunda rodada, assim mudando o resultado. Adicionalmente, os  predadores podem ariscar e chutar quais tipos de presa devem ser inicialmente evitadas. Ocasionalmente, os tipos de predadores ou  presas são forçadas a extinção em uma ou as duas rodadas. Você deve explicar os resultados e opinar sobre as interações predador - presa. Deve consultar a literatura primária para fazer seu relatório, com citação dos trabalhos pesquisados sobre as interações predador - presa.

Condução da simulação
 

1.      Você será atribuído um apêndice alimentar que representa um tipo específico de inseto predador (garfos= libélulas, colheres= louva-deuses, e facas= besouros).

2.      Terá um estomago (copa pequena de cafezinho).

3.      Ao forragear, use somente o apêndice para assegurar e colocar as presas no copinho. Você pode furtar  presas dos apêndices de outros predadores, mas não dos estômagos. Pode ser escolhidos alguns alunos que devem furtar presas de outros predadores em vez de capturar presas no ambiente. Um exemplo de insetos que furtam presas se encontra na Família  Bittacidae que furtam as presas das  teias de aranha.

4.      Você forrageia para quantas presas possíveis dentro de um intervalo de  45 segundos se você tem comido uma presa venenosa— você vomitará, esvaziando todo o conteúdo do estomago no ambiente. Como o aprendizagem para evitar comer pode ser simulado?   Lembre que os predadores inicialmente não serão capazes de reconhecer as presas venenosas, mas após ficando doentes podem distinguir entre os tipos de presas. Deve repetir a seqüência sem presas venenosas e os resultados devem ser comparados a seqüência com  presas venenosas. Assim, precisa pensar sobre os efeitos das presas venenosas sobre a dinâmica de predador - presa.

5.      Após vomitar, retorne a se alimentar evitando todas as presas venenosas.

6.      Após se alimentar, agrupam os tipos de presas em recipientes e pesem das presas.

7.      Registre o peso das presas comidas e o peso total consumido por cada tipo de predador.

8.      O tipo de predador que mais se alimentou das presas (por peso) aumentará em freqüência e os predadores não eficientes diminuirão em freqüência. Todos os alunos participarão na atividade cada geração. Os alunos não eficientes na captura de presas trocarão para novas partes bocais para simular  a morte de alguns predadores e o nascimento de outros tipos de predadores. Quais são as regras da reprodução do predador? Devem se lembrar da idéia de que os predadores que comem mais terão taxas maiores de reprodução. Em grupos menores, rodam a seqüência com regras diferentes para a reprodução do predador e registre seus resultados. Você deve calcular as razões novas de predadores para o próximo ano, dado um conjunto de regras para a reprodução do predador.

9.      Você repetira o forrageio durante varais gerações após presas adicionais  se agregam a população, baseado em quantos escaparam da predação na geração anterior. A quantidade de presas (baseado no peso) que será adicionada será automaticamente calculado pela planilha de Excel. Você deve  determinar as regras para a reprodução das  presas. Na parte de  seu relatório sobre as regras de reprodução das presas, você deve comentar sobre a idéia da competição intra-específica e a capacidade de suporte do ambiente. Ao descrição do professor, pode ser realizadas outras simulações com regras diferentes para a reprodução da presa para comparar os resultados de grupos diferentes. Para o relatório, você deve calcular e incluir o número de  presas adicionado a cada geração, sob o conjunto de regras da reprodução das presas.

10.  Após cada geração, preenche a planilha de Excel (Tabelas 1 e 2). Em cada geração, existe uma probabilidade de que outro tipo de presa se tornará venenosa ou que um tipo de predador se adaptará para poder se alimentar de uma presa previamente venenosa. Você precisa registrar o que o professor atribuiu durante o forrageio do predador. No relatório, você deve distinguir entre os morfos diferentes das presas (cores diferentes de doces).

11.  No fim da prática, use a planilha de Excel (Tabelas 1 e 2) para gerar tamanhos populacionais de presas e predadores entre gerações, e depois termine os gráficos na planilha  (Figuras 2 e 3). Depois, use a planilha e os gráficos para responder perguntas do fim dessa prática.

12.  Pontos de bônus>  Você pode desenhar outro cenário de predador - presa, experimentando com os  números iniciais de predadores e presas, a capacidade de suporte, e outros. Introduz presas diferentes ou tipos diferentes de habitat (alturas diferentes do gramado). Precisa desenvolver outro conjunto de regras de forrageio.

Local de estudo

Essa prática pode ser realizada no laboratório ou em qualquer lugar. O espaço escolhido para essa prática deve permitir todos os alunos com acesso ao "ambiente”.Para 24 alunos, deve ser usados uma mesa de 1.2 x 2.4 metros com acesso em todos os lados. Com necessidade, mesas menores com grupos menores podem ser usadas.

Nesta prática, os alunos usarão uma variedade de apêndices alimentares (Figura 1) para procurar presas no ambiente.  As presas serão agarradas e colocados no estomago. Para as simulações, colocamos em números iguais (n = 200) três tipos de doces que se distribuíam sobre a mesa. As doces estimulam o forrageio para presas comestíveis e proporciona uma recompensa ao fim do laboratório; mas, pode ser usado também outro item como feijões, botões,... Também, o prático pode ser realizado no gramado ou um caixa de papelão cheio de isopor de proteção.

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Para simular o aprendizagem de evitar comer, no começo do forrageio, os alunos  predadores não conhecem qual das espécies de presa é comestível. O forrageio acontece por 30 segundos antes do que o professor fala qual e o tipo de presa não comestível. Os alunos com espécies não comestíveis em seus estômagos precisam depositar todos os itens de novo no ambiente para simular doença antes de retornar a forragear. Com presas comestíveis limitadas disponíveis, deve experimentar um aumento da competição e se pára a prática após  45 segundos.

Com base no número capturado, o número de  presas por espécie que ficam no ambiente é calculado  (200 – número comido = número de sobreviventes) e as presas reproduzem pela regra seguinte. A espécie venenosa produz uma copia de ela mesma para cada membro que fica no ambiente (dobra o número no ambiente). A espécie que ficará palatável reproduz a uma taxa de três indivíduos para cada um que fica no ambiente. A terceira espécie reproduz a um nível intermediário de dois indivíduos para cada individuo que fica na população.

Os números do predador também mudam. O sucesso de forrageio para cada tipo de predador é calculado e o sucesso reprodutivo e a reprodução é determinado pela razão do sucesso de cada tipo de predador dividido pelo número total de presas consumidas por todos predadores (quantidade comida por P1/ quantidade comida por (P1 + P2 + P3). A razão de  predadores se ajuste pela modificação das morfologias de forrageio dos predadores sem sucesso em freqüências apropriadas.

Um tipo de predador é escolhido aleatoriamente para desintoxicar por adaptação as espécies venenosas de  presa. Esse tipo de predador é capaz de se alimentar de todos os tipos de presa com exceção do tipo de presa que vira venenoso na próxima rodada. Os outros tipos de predadores precisam evitar seletivamente o tipo de presa venenosa da rodada anterior e o tipo venenoso novo de presa quando também lidam com a competição e tentam reproduzir.

Essa prática roda continuamente até chegar a estabilidade ou todos os tipos com exceção de um predador ou presa  foram extintos. Depois as presas são trocados no ambiente. Previsões sobre o comportamento da comunidade precisam constar no relatório.  A prática se repita de novo ao atribuir aleatoriamente qual presa é venenosa e quais adaptações terão os predadores.

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Baixe a planilha aqui

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Muda a taxa reprodutiva até que você provoca grandes mudancas na dinâmica (os gráficos).  Essa taxa na realidade e quantos oresas precisam ser consumidas para criar um filhote.  Lembre das eficiencias ecologicas.
 
Normalmente as presas chegam a capacidade de suporte com a predação, implicando que a predação não é importante!  Por que isso acontece?

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Após realizar suas simulações responda o questionário na próxima página

Questionário

Figura 1. Os pares de garfos representam pernas para agarrar, como nas libélulas, pares de colheres representam pernas raptoriais como nos louva-deuses, e pares de facas representam mandíbulas, como nos besouros.

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Ecologia de Populações