Populações

Em 1944, a Guarda Costeira dos EUA liberou 29 renas na Ilha de São Mateus no Mar de Bering. Com líquens abundantes para comer e sem predadores, atingiram cerca de 6000 em 1963. Comeram os líquens mais rápido do que eles podiam regenerar; num inverno rigoroso quase todos morreram de fome, e em 1966 restaram apenas 42. Esta unidade pergunta por que as populações crescem, o que as limita e o que isso significa para as oito mil milhões de pessoas na Terra.

Toda espécie tem um niche: a gama de condições e recursos que pode usar e o seu papel no ecossistema.

Um generalista tem um niche amplo: pode viver em muitos habitats e comer vários alimentos. Exemplos são guaxinins, ratos, baratas e corvos. Um especialista tem um niche estreito: precisa de um alimento ou habitat específico. Exemplos são o panda-gigante (bambu), o coala (folhas de eucalipto) e muitas ranas tropicais.

• Num habitat estável, especialistas têm vantagem: usam o recurso muito eficientemente e enfrentam menos competição por ele.
• Num habitat mudando, generalistas têm vantagem: se um alimento ou habitat desaparecer, mudam para outro.

Assim, especialistas são mais vulneráveis à perda de habitat, fragmentação, mudança climática e espécies invasoras. Generalistas frequentemente tornam-se pragas ou espécies invasoras por si próprios.

Espécies têm diferentes estratégias reprodutivas:

Potencial biótico é a taxa máxima de crescimento de uma população em condições ideais. Espécies r-selecionadas possuem alto potencial biótico, portanto colonizam rapidamente novas áreas ou ambientes perturbados. A maioria das espécies invasoras é r-selecionada.

Espécies K-selecionadas são mais afetadas por perturbações e espécies invasoras. Como se reproduzem lentamente, uma população que declina (por caça, perda de habitat ou doença) leva muito tempo para se recuperar. É por isso que muitas espécies ameaçadas de extinção são K-selecionadas.

Muitas espécies não pertencem puramente a um tipo. Tartarugas marinhas são grandes e de longa vida (K), mas põem centenas de ovos sem cuidado (r).

Uma curva de sobrevivência mostra quantos membros de uma cohorte (um grupo nascido no mesmo período) ainda estão vivos em cada idade. O número de sobreviventes é plotado em escala logarítmica, de modo que uma taxa de mortalidade constante resulta em uma linha reta.

• Tipo I: a maioria dos indivíduos sobrevive até a velhice, depois morrem em massa. A curva é plana e depois cai abruptamente. Exemplos: humanos, elefantes, baleias (K-selecionados).
• Tipo II: os indivíduos morrem em uma taxa aproximadamente constante em todas as idades, resultando em uma linha reta. Exemplos: muitas aves, esquilos, alguns lagartos.
• Tipo III: a maioria dos indivíduos morre muito jovem; os poucos que sobrevivem vivem longamente. A curva cai abruptamente no início e depois se estabiliza. Exemplos: peixes, insetos, ostras, plantas (r-selecionados).

Espécies K-selecionadas geralmente seguem curvas Tipo I ou Tipo II; espécies r-selecionadas geralmente seguem o Tipo III. Para ler uma curva, observe quando a queda acentuada ocorre: cedo (Tipo III), tarde (Tipo I) ou constante (Tipo II).

A capacidade de suporte ($K$) é a maior população que um ambiente pode sustentar por longo prazo com seus recursos disponíveis de alimento, água, espaço e outros recursos.

Uma população pode ultrapassar sua capacidade de suporte temporariamente, por exemplo, quando os recursos eram abundantes ou porque os animais continuam a se reproduzir antes que a escassez seja sentida. Os indivíduos extras consomem recursos mais rápido do que são renovados, danificando a base de recursos (depleção de recursos). O resultado é o retrocesso populacional: uma queda acentuada e frequentemente catastrófica na população devido à fome, doenças ou conflitos. Após o retrocesso, a capacidade de suporte pode ficar abaixo do anterior, pois o habitat foi danificado. As renas de São Mateus são um caso clássico.

Populações próximas a $K$ tendem a flutuar em torno dele. As populações de predadores e presas frequentemente sobem e descem em ciclos: mais presas sustentam mais predadores, que então consomem mais presas, fazendo com que os números de presas caiam, seguidos pela queda nos números de predadores.

O crescimento populacional é limitado pelo ambiente, especialmente por recursos disponíveis e espaço. A base total de recursos é finita em todas as escalas, de um tanque d'água ao planeta.

• Quando os recursos são abundantes, uma população cresce cada vez mais rápido: crescimento exponencial, que produz uma curva em forma de J.
• À medida que a população aumenta, os recursos por indivíduo diminuem. A competição aumenta, o crescimento desacelera e a população estabiliza-se em $K$: crescimento logístico, que produz uma curva em forma de S.
• Quando a base de recursos diminui, os recursos são distribuídos de forma mais desigual. O resultado é mais mortes, menos nascimentos (menor fecundidade) ou ambos, levando à declínio da população.

Fatores limitantes são os recursos ou condições que impedem o crescimento adicional de uma população. Eles são de dois tipos:

Exemplo resolvido (área necessária). Um tordo-madureiro macho precisa de pelo menos $800\ \text{m}^2$ de floresta para se reproduzir. Uma meta de planejamento é manter 275 territórios. A área de floresta necessária é $275 \times 800 = 220{,}000\ \text{m}^2$. Se um plano habitacional tiver 1000 lotes de $1100\ \text{m}^2$ cada, a fração de cada lote que deve permanecer como floresta é $\frac{220{,}000}{1000 \times 1100} \times 100 = 20\%$.

Um diagrama de estrutura etária (pirâmide populacional) mostra a proporção de uma população em cada grupo etário, com homens de um lado e mulheres do outro. Sua forma prevê como a população mudará:

• Crescimento rápido: base larga e topo estreito (uma pirâmide). Muitas crianças tornar-se-ão pais em breve, portanto o crescimento continua. Típico de países menos desenvolvidos, como o Níger.
• Estável (crescimento lento): barras de largura semelhante até a idade avançada (uma coluna). Típico dos EUA ou França.
• Declínio: a base é mais estreita que o meio. Menos jovens que adultos de meia-idade, logo a população encolherá. Típico do Japão, Itália e Alemanha.

Uma população com base larga continuará crescendo por décadas mesmo que cada mulher tenha menos filhos, porque tantos jovens estão entrando em seus anos reprodutivos. Isso é chamado de momento populacional.

A taxa de fecundidade total é o número médio de filhos que uma mulher teria se as taxas atuais de natalidade específicas por idade permanecessem iguais durante toda a sua vida reprodutiva. A fecundidade de reposição é a taxa de fecundidade total na qual cada geração substitui exatamente a si mesma: cerca de 2.1 nos países desenvolvidos. Ela é maior que 2 porque algumas crianças morrem antes de se tornarem adultas; em países com alta mortalidade infantil, fica mais próxima de 2.5 ou mais.

• TFR acima do nível de reposição: a população cresce.
• TFR no nível de reposição: a população torna-se estável (após um atraso, devido ao momento).
• TFR abaixo do nível de reposição: a população eventualmente declina, a menos que haja imigração.

Fatores que reduzem o TFR:

• mulheres terem seu primeiro filho em idade mais avançada;
• maior educação e oportunidades de emprego para meninas e mulheres;
• acesso ao planejamento familiar e contracepção;
• políticas governamentais, como a política do filho único na China (1980–2015) ou benefícios fiscais para famílias pequenas;
• menor mortalidade infantil (os pais não precisam de muitos nascimentos para garantir que alguns filhos sobrevivam).

Mortalidade infantil é o número de bebês por 1000 nascidos vivos que morrem antes de completar um ano. Diminui quando as mães têm acesso a bons cuidados de saúde e nutrição, água limpa e vacinas.

Uma população humana muda através de nascimentos, mortes e migração:

As taxas de natalidade e mortalidade geralmente são dadas por 1000 pessoas. A diferença entre elas, sem migração, é a taxa de crescimento natural. Para converter uma taxa por 1000 em porcentagem, divida-se por 10.

Taxa de natalidade, mortalidade infantil, taxa geral de mortalidade, acesso ao planejamento familiar, boa nutrição e educação, e casar-se mais tarde afetam se uma população cresce ou declina.

Teoria malthusiana: em 1798 Thomas Malthus argumentou que a população cresce exponencialmente enquanto a oferta de alimentos cresce apenas linearmente, então a população superaria os alimentos e seria contida por fome e doença. A tecnologia (a Revolução Verde) aumentou até agora a capacidade de suporte da Terra para humanos, mas terra, água e energia finitas ainda limitam isso.

A regra de 70 estima o tempo de duplicação de qualquer coisa que cresça a uma taxa percentual constante:

Exemplo resolvido. Um país tem uma taxa de natalidade de 30 por 1000 e uma taxa de mortalidade de 10 por 1000, sem migração. A taxa de crescimento é $\frac{30 - 10}{10} = 2.0\%$ por ano. O tempo de duplicação é $\frac{70}{2.0} = 35$ anos.

Exemplo resolvido (estilo FRQ). Uma cidade cresceu a 1.88% em 2019. Tempo de duplicação $= \frac{70}{1.88} \approx 37$ anos, então, a uma taxa constante, a população dobraria por volta de $2019 + 37 = 2056$.

Exemplo resolvido (uso de recursos). Uma cidade de 26,250 habitantes usa 90 galões de água por pessoa por dia. O uso diário é $26{,}250 \times 90 = 2{,}362{,}500$ galões; o uso anual é $2{,}362{,}500 \times 365 \approx 8.6 \times 10^{8}$ galões.

O crescimento rápido aumenta a demanda por água, alimento, energia e terra, e assim aumenta a pegada ecológica total. Desenvolvimento, urbanização e desenvolvimento econômico geralmente reduzem as taxas de natalidade com o tempo.

Transição demográfica é a mudança de altas taxas de natalidade e mortalidade para baixas taxas à medida que um país se desenvolve de uma economia pré-industrial para uma industrial.

O crescimento é mais rápido na etapa 2 e início da etapa 3, onde a diferença entre uma ainda-alta taxa de natalidade e uma já-baixa taxa de mortalidade é maior. Esse atraso explica por que a população continua crescendo mesmo após a queda da taxa de mortalidade.

Países menos desenvolvidos tendem a ter maior mortalidade infantil, população mais jovem e mais crianças no mercado de trabalho. Lá, as crianças ajudam nas fazendas e sustentam os pais na velhice, mantendo altas taxas de natalidade. Países desenvolvidos tendem a estar na etapa 4.

Responda antes de ler as respostas abaixo.

1. A população de um país cresce $2\%$ ao ano. Use a regra de $70$ para estimar seu tempo de duplicação.
2. Um país tem uma taxa bruta de natalidade de $20$ por $1000$ e uma taxa bruta de mortalidade de $8$ por $1000$, sem migração. Calcule a taxa de crescimento em porcentagem e o tempo de duplicação.
3. Um diagrama de estrutura etária tem uma base muito larga que se estreita rapidamente. O que ele prevê sobre o crescimento futuro?
4. Explique por que a população cresce mais rapidamente na fase 2 da transição demográfica.
5. Associe cada curva de sobrevivência a um exemplo e a uma estratégia: Tipo I, Tipo III.
6. Apresente três fatores que reduzem a taxa de fecundidade total de um país.

1. $70 \div 2 = 35$ anos.
2. $(20 - 8) \div 10 = 1.2\%$; tempo de duplicação de $70 \div 1.2 \approx 58$ anos.
3. Crescimento rápido: muitas pessoas jovens logo atingirão a idade reprodutiva (inércia demográfica).
4. As taxas de mortalidade caem (melhor alimentação, saneamento e medicina), enquanto as taxas de natalidade permanecem altas, de modo que a diferença entre elas é maior.
5. Tipo I: seres humanos ou elefantes, selecionados por K (a maioria sobrevive até a velhice). Tipo III: ostras, selecionadas por r (a maioria morre jovem).
6. Quaisquer três: educação e emprego para mulheres; acesso ao planejamento familiar; urbanização; menor mortalidade infantil; sistemas de aposentadoria; maior custo de criação dos filhos.

• Use a regra de 70: tempo de duplicação ≈ 70 ÷ taxa de crescimento (%). Converta uma taxa por 1000 em percentual dividindo por 10.
• Generalistas vencem em habitats mutáveis; especialistas vencem em habitats estáveis e são mais vulneráveis à perda de habitat.
• Contraste espécies selecionadas-r (muita prole, pouco cuidado, Tipo III) com selecionadas-K (pouca prole, muito cuidado, Tipo I ou II). A maioria das espécies invasoras é selecionada-r.
• O overshoot leva ao esgotamento de recursos e colapso populacional; a capacidade de suporte pode então ser menor.
• Leia diagramas de estrutura etária pela base: base larga, crescimento rápido; barras uniformes, estável; base estreita, declínio.
• Fertilidade de reposição é cerca de 2.1; dê motivos específicos para a queda do TFR (educação feminina, planejamento familiar, menor mortalidade infantil).
• Classifique fatores limitantes: dependente da densidade (doenças, alimento, competição) ou independente da densidade (tempestades, incêndios, secas).
• Na transição demográfica, a taxa de mortalidade cai antes da natalidade, causando crescimento rápido na etapa 2.
• Uma taxa de crescimento decrescente ainda significa crescimento: a população só diminui quando óbitos e emigração superam nascimentos e imigração.