Ecologia

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 8.1.A: Explicar como a resposta comportamental e fisiológica de um organismo está relacionada a mudanças no ambiente interno ou externo.

• 8.1.A.1 Organismos respondem a mudanças em seu ambiente através de mecanismos comportamentais e fisiológicos.
  • Declaração de exclusão: O conhecimento de mecanismos comportamentais ou fisiológicos específicos está fora do escopo do Exame AP.
  • Exemplos ilustrativos para 8.1.A.1:
    • Fotoperiodismo e fototropismo em plantas
    • Taxia e quinésia em animais
    • Atividade noturna e diurna
• 8.1.A.2 Organismos trocam informações uns com os outros em resposta a mudanças internas e estímulos externos, o que pode alterar o comportamento.
  • Exemplos ilustrativos para 8.1.A.2:
    • Resposta de luta ou fuga
    • Alertas contra predadores
    • Respostas de plantas à herbivoria

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 8.1.B: Explicar como as respostas comportamentais dos organismos afetam sua aptidão geral e podem contribuir para o sucesso de uma população.

• 8.1.B.1 Organismos se comunicam através de vários mecanismos (sinais visuais, auditivos, táteis, elétricos e/ou químicos).
  • i. Organismos têm uma variedade de comportamentos de sinalização que produzem mudanças no comportamento de outros organismos e podem resultar em sucesso reprodutivo diferencial.
  • ii. Animais usam sinais para indicar dominância, encontrar alimento, estabelecer território e garantir o sucesso reprodutivo.
  • Declaração de exclusão: O conhecimento de mecanismos específicos de comunicação está fora do escopo do Exame AP.
  • Exemplos ilustrativos para 8.1.B.1:
    • Marcação territorial em mamíferos
    • Coloração em plantas florais e animais
    • Canções de pássaros
    • Comportamentos de manada em animais
    • Alertas predatórios
• 8.1.B.2 Respostas à informação e comunicação de informações são vitais para a seleção natural e a evolução.
  • i. A aptidão favorece comportamentos inatos e aprendidos que aumentam a sobrevivência e o sucesso reprodutivo.
  • ii. O comportamento cooperativo tende a aumentar a aptidão do indivíduo e a sobrevivência da população.
  • Declaração de exclusão: Os detalhes dos vários sistemas de comunicação e comportamentais comunitários estão fora do escopo do Exame AP.
  • Exemplos ilustrativos para 8.1.B.2.i:
    • Interações entre pais e filhotes
    • Comportamentos de cortejo e acasalamento
    • Forrageamento por abelhas e outros animais
  • Exemplos ilustrativos para 8.1.B.2.ii:
    • Comportamento de manada em animais
    • Comportamento de rebanho, bandada e cardume em animais
    • Alertas contra predadores
    • Comportamento de colônia e enxame em insetos
    • Seleção de kin

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 8.2.A: Descrever as estratégias que os organismos usam para adquirir e usar energia.

• 8.2.A.1 Organismos usam energia para organizar-se, crescer, reproduzir-se e manter a homeostase.
  • i. Organismos usam diferentes estratégias para regular a temperatura corporal e o metabolismo. Endotermos usam energia térmica gerada pelo metabolismo para manter temperaturas corporais homeostáticas. Ectotermos carecem de mecanismos internos eficientes para manter a temperatura corporal, embora possam regular sua temperatura comportalmente movendo-se para o sol ou sombra ou agregando-se com outros indivíduos.
  • ii. Um ganho líquido de energia resulta em armazenamento de energia, crescimento do organismo e aumento da produção reprodutiva.
  • iii. Uma perda líquida de energia resulta em perda de massa, diminuição da produção reprodutiva e, eventualmente, morte do organismo.
• 8.2.A.2 Diferentes organismos usam várias estratégias reprodutivas em resposta à disponibilidade de energia. Alguns organismos alternam entre reprodução assexuada e sexuada em resposta à disponibilidade de energia.
  • Exemplos ilustrativos para 8.2.A:
    • Reprodução sazonal em animais e plantas
    • Estratégia de história de vida (plantas bienais, diapausa reprodutiva)

Objetivo de Aprendizagem 8.2.B: Explicar como a energia flui e a matéria circula pelos níveis tróficos.

• 8.2.B.1 Os níveis ecológicos de organização incluem populações, comunidades, ecossistemas e biomas.
• 8.2.B.2 A energia flui através dos ecossistemas, enquanto a matéria e os nutrientes circulam entre o ambiente e os organismos via ciclos biogeoquímicos. Os ciclos são essenciais para a vida, e cada ciclo demonstra a conservação da matéria. Os ciclos são interdependentes.
• 8.2.B.3 Os ciclos biogeoquímicos incluem reservatórios abióticos e bióticos, bem como processos que circulam a matéria entre reservatórios.
• 8.2.B.4 O ciclo hidrológico (água) envolve o movimento e armazenamento de água dentro da hidrosfera. Reservatórios incluem oceanos, águas superficiais, atmosfera e organismos vivos. Processos incluem evaporação, condensação, precipitação e transpiração.
• 8.2.B.5 O ciclo do carbono envolve o reciclagem de átomos de carbono através da biosfera da Terra para os organismos como carboidratos e de volta para a atmosfera como dióxido de carbono $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. Nos níveis mais altos de organização, o ciclo do carbono pode ser simplificado em quatro partes: fotossíntese, respiração celular, decomposição e combustão.
• 8.2.B.6 O ciclo do nitrogênio envolve várias etapas, incluindo a fixação do nitrogênio, assimilação, amonificação, nitrificação e desnitrificação. Essas etapas são realizadas por microrganismos no solo. O maior reservatório de nitrogênio é a atmosfera. Na fixação do nitrogênio, o gás nitrogênio $\left(\mathrm{N_2}\right)$ é fixado em amônia $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, que se ioniza em íons amônio $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ ao adquirir íons hidrogênio da solução do solo.
• 8.2.B.7 O ciclo do fósforo envolve a intemperização de rochas liberando fosfato $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ no solo e nas águas subterrâneas. Os produtores absorvem fosfato, que é incorporado em moléculas biológicas; os consumidores se alimentam dos produtores, transferindo o fósforo para os animais. O fósforo retorna ao solo via decomposição da biomassa ou excreção. O fosfato também pode ser reincorporado ao ambiente através da decomposição de matéria orgânica em decomposição.

Objetivo de Aprendizagem 8.2.C: Explicar como mudanças na disponibilidade de energia afetam populações, comunidades e ecossistemas.

• 8.2.C.1 Mudanças na disponibilidade de energia podem resultar em alterações no tamanho da população.
• 8.2.C.2 Mudanças na disponibilidade de energia podem resultar em perturbações em um ecossistema.
  • i. Uma mudança nos recursos energéticos, como a luz solar, pode afetar o número e o tamanho dos níveis tróficos. Os níveis tróficos incluem produtores; consumidores primários, secundários, terciários e quaternários; e decompositores.
  • ii. Uma mudança na biomassa ou no número de produtores em uma área geográfica específica pode afetar o número e o tamanho de outros níveis tróficos.

Objetivo de Aprendizagem 8.2.D: Explicar como as atividades de autotrofes e heterotrofes permitem o fluxo de energia dentro de um ecossistema.

• 8.2.D.1 Autotrofes capturam energia de fontes físicas ou químicas no ambiente.
  • i. Organismos fotossintetizantes capturam a energia presente na luz solar, contribuindo para a produtividade primária.
  • ii. Organismos quimiossintetizantes capturam energia de pequenas moléculas inorgânicas presentes em seu ambiente, o que pode ocorrer na ausência de oxigênio.
• 8.2.D.2 Heterotrofes, que incluem carnívoros, herbívoros, onívoros, decompositores e carroeiros, metabolizam carboidratos, lipídios e proteínas como fontes de energia. Heterotrofes capturam a energia presente em compostos de carbono consumindo matéria orgânica derivada de autotrofes e incorporando matéria em seus tecidos.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 8.3.A: Descrever fatores que influenciam a dinâmica de crescimento das populações.

• 8.3.A.1 Populações compreendem organismos individuais da mesma espécie que interagem entre si e com o ambiente de maneiras complexas.
• 8.3.A.2 Muitas adaptações em organismos estão relacionadas à obtenção e uso de energia e matéria em um ambiente particular.
  • i. A dinâmica de crescimento populacional depende da taxa de natalidade, taxa de mortalidade e tamanho da população.
    • Equação: Crescimento Populacional — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ onde $dt$ = mudança no tempo; $B$ = taxa de natalidade; $D$ = taxa de mortalidade; $N$ = tamanho da população; $dN$ = mudança no tamanho da população
  • ii. A reprodução sem restrições resulta no crescimento exponencial de uma população.
    • Equação: Crescimento Exponencial — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ onde $dt$ = mudança no tempo; $N$ = tamanho da população; $dN$ = mudança no tamanho da população; $r_{max}$ = taxa máxima de crescimento per capita da população

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 8.4.A: Explicar como a densidade de uma população afeta e é determinada pela disponibilidade de recursos no ambiente.

• 8.4.A.1 Capacidade de suporte (capacidade de carga) é a abundância sustentável de uma espécie que pode ser sustentada pelos recursos totais disponíveis do ecossistema.
• 8.4.A.2 À medida que limites ao crescimento atribuídos a fatores dependentes e independentes da densidade são impostos, um modelo de crescimento logístico geralmente ocorre.
  • Equação: Crescimento Logístico — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ onde $dt$ = mudança no tempo; $N$ = tamanho da população; $dN$ = mudança no tamanho da população; $r_{max}$ = taxa máxima de crescimento per capita da população; $K$ = capacidade de suporte

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 8.5.A: Descrever a estrutura de uma comunidade segundo sua composição e diversidade de espécies.

• 8.5.A.1 A estrutura de uma comunidade é medida e descrita em termos de composição de espécies e diversidade de espécies.
  • Equação: Índice de Diversidade de Simpson — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ onde $n$ = número total de organismos de uma espécie particular; $N$ = número total de organismos de todas as espécies

Objetivo de Aprendizagem 8.5.B: Explicar como as interações dentro e entre populações influenciam a estrutura da comunidade.

• 8.5.B.1 Comunidades são grupos de populações interativas de diferentes espécies que mudam ao longo do tempo com base nas interações entre essas populações.
• 8.5.B.2 As interações entre populações determinam como elas acessam energia e matéria dentro de uma comunidade.
• 8.5.B.3 Relações entre populações interativas podem ser caracterizadas por efeitos positivos e negativos e podem ser modeladas. Exemplos incluem interações predador/presa, cooperação, cascatas tróficas e particionamento de nicho.
• 8.5.B.4 Competição, predação e simbioses, incluindo parasitismo, mutualismo e comensalismo, podem impulsionar a dinâmica populacional.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 8.6.A: Descrever a relação entre a diversidade de ecossistemas e sua resiliência às mudanças no ambiente.

• 8.6.A.1 Ecossistemas naturais e artificiais com menos partes componentes e com pouca diversidade entre as partes são frequentemente menos resilientes a mudanças no ambiente.
• 8.6.A.2 Espécies-chave, produtores e fatores abióticos e bióticos essenciais contribuem para manter a diversidade de um ecossistema.

Objetivo de Aprendizagem 8.6.B: Explicar como a adição ou remoção de qualquer componente de um ecossistema afetará sua estrutura geral de curto e longo prazo.

• 8.6.B.1 Os efeitos de espécies-chave sobre o ecossistema são desproporcionais em relação à sua abundância no ecossistema. Quando são removidas do ecossistema, este muitas vezes colapsa.

Grande Ideia 1 — Evolução: O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 8.7.A: Explicar a interação entre o ambiente e variações aleatórias ou pré-existentes em populações.

• 8.7.A.1 Uma adaptação é uma variação genética favorecida pela seleção e que se manifesta como um traço que proporciona vantagem a um organismo em um ambiente particular.
• 8.7.A.2 Vantagem heterozigota é quando o genótipo heterozigoto tem aptidão relativa maior do que qualquer um dos genótipos homozigotos dominante ou recessivo.
• 8.7.A.3 Mutações não são direcionadas por pressões ambientais específicas.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 8.7.B: Explicar como espécies invasivas afetam a dinâmica do ecossistema.

• 8.7.B.1 A introdução intencional ou acidental de uma espécie invasiva pode permitir que a espécie explore um novo nicho livre de predadores ou competidores ou que supere espécies nativas por recursos.
  • Exemplos ilustrativos para 8.7.B.1:
    • Kudzu
    • Moluscos-zebra

Objetivo de Aprendizagem 8.7.C: Descrever atividades humanas que levam a mudanças na estrutura e dinâmica do ecossistema.

• 8.7.C.1 O impacto humano acelera mudanças em níveis locais e globais. Essas atividades podem impulsionar mudanças em ecossistemas, como as seguintes, que causam extinções:
  • i. Bioacumulação (Biomagnificação)
  • ii. Eutrofização
  • Exemplos ilustrativos para 8.7.C.1:
    • Doença do freixo holandês
    • Tigna da batata

Objetivo de Aprendizagem 8.7.D: Explicar como a atividade geológica e meteorológica leva a mudanças na estrutura e dinâmica do ecossistema.

• 8.7.D.1 Eventos geológicos e meteorológicos afetam a mudança de habitat e a distribuição dos ecossistemas. Estudos biogeográficos ilustram essas mudanças.
  • Exemplos ilustrativos para 8.7.D.1:
    • Mudança climática global
    • Desmatamento
    • Urbanização
    • Monocultura
    • El Niño
    • Deriva continental
    • Impacto de meteorito em dinossauros