Equilibrio ecológico

Um ecossistema está em equilíbrio ecológico se sua condição não mudar sem perturbações externas . O termo equilíbrio ecológico tornou-se problemático como termo técnico e não é mais usado hoje no significado que lhe foi dado quando foi definido e introduzido. Hoje, o termo é usado principalmente fora da ciência e quase sempre com conotações de julgamento.

Descrição teórica do sistema de equilíbrio

Em termos da teoria do sistema , um equilíbrio ecológico pode ser descrito como segue: Todos os estados possíveis que o ecossistema pode assumir podem ser imaginados como representados por um espaço de fase . As dimensões deste espaço formam os parâmetros individuais necessários para descrever o sistema. Cada estado que o sistema pode assumir pode ser representado por um ponto neste espaço de estado. Uma vez que a sala tem tantas dimensões quantas são necessárias para descrevê-la completamente, ela tem um grande número de dimensões e, portanto, não pode mais ser representada com clareza. Uma mudança no estado (por exemplo, aumento ou diminuição em uma espécie) forma um caminho no espaço de fase (uma trajetória ) que leva do estado original através dos estágios intermediários para o novo estado final. O sistema descrito desta forma está em equilíbrio quando não deixa um ponto no espaço de estados. Ele flutuaria em torno de um estado de equilíbrio se a fase atual de um ciclo de desenvolvimento regular ou de longo prazo estivesse bem estabelecida ( órbita periódica ). Na terminologia matemática correspondente, "equilíbrio ecológico" descreve um subconjunto compacto "positivamente invariante" do espaço de estado de um ecossistema sob dinâmica de sistema não perturbada (ou seja, sem influências externas adicionais) . Em relação não ao próprio sistema, mas aos indivíduos constituintes, é um estado estacionário , uma vez que só pode manter seu estado estável através do fluxo constante de energia e substâncias.

Na descrição matemática de possíveis pontos de equilíbrio , estes podem ser estáveis ​​ou instáveis. Um ponto de equilíbrio instável é constante em si mesmo, mas se transforma em outro com a menor perturbação (em uma representação gráfica, ele se equilibraria no topo de uma "montanha de potencial"). “Equilíbrio ecológico” geralmente se refere apenas a pontos de equilíbrio estáveis ​​(eles correspondem a uma “depressão potencial”).

Explicações da teoria do sistema

As abordagens para investigar o equilíbrio vêm de duas fontes complementares:

  • estudos empíricos de populações e ecossistemas com observação da dinâmica temporal.
    • Se olharmos para o tamanho da população das espécies examinadas, pode-se (raramente) determinar condições mais ou menos inalteradas por um longo período de tempo. Mais frequentemente, as populações apresentam flutuações mais ou menos extensas que, após um longo período de observação, podem revelar um valor médio em torno do qual ocorre a flutuação. Em alguns casos, o tamanho da população mostra não apenas flutuações aleatórias, mas cíclicas; Ou seja, ele percorre os mesmos estados repetidamente com um determinado período de duração. Em outros casos, no entanto, o tamanho da população pode mudar a longo prazo, pode cair para zero, ou seja, ou seja, a população está (localmente) extinta. No caso de mudanças permanentes, o sistema observado no final do período de observação difere significativamente do início. Se não for esse o caso, é estável ao longo do tempo.
    • O trabalho empírico sobre o equilíbrio ecológico também pode ser baseado em parâmetros funcionais do ecossistema. A constância temporal da biomassa construída por um ecossistema , sua produção primária líquida ou seu giro de energia regulado biologicamente podem dar uma indicação da existência de um estado de equilíbrio. Se o foco da descrição do sistema for colocado nos fenômenos do balanço material e energético, pode-se até falar de equilíbrio ecológico nesses casos se as populações individuais não permanecerem constantes.
  • modelos matemáticos de sistemas de vários tipos.
    • Para uma melhor compreensão das intrincadas relações naturais, a ecologia teórica tenta descrever o comportamento do sistema em modelos matemáticos. As variáveis ​​de entrada dos modelos são modelos populacionais das espécies envolvidas com fatores como taxa de crescimento, mortalidade e capacidade de suporte do habitat (quantos indivíduos poderiam viver lá no máximo?). As espécies interagem, por ex. B. por meio de relações ou competição predador-presa, as flutuações das diferentes espécies estão ligadas umas às outras. O comportamento do modelo depende exclusivamente dos valores dos respectivos fatores (os valores de entrada). Os modelos podem ser extremamente simples com apenas alguns fatores, ou sofisticados com vários tamanhos levados em consideração. Também é possível simular flutuações ambientais aleatórias, introduzindo variáveis ​​aleatórias. Muitos modelos são baseados em sistemas de equações diferenciais que se baseiam na equação logística , os chamados modelos Lotka-Volterra em homenagem aos inventores.
    • Se é possível simular as condições empiricamente observadas de um ecossistema usando um modelo, chegamos mais perto de compreender as inter-relações. Se isso não funcionar (embora haja dados suficientes disponíveis), há uma deficiência na concepção do modelo científico do sistema. Para um melhor conhecimento, vale a pena esforçar-se para tornar os modelos utilizados o mais simples possível.

Se alguém tenta construir modelos simples de espécies interagindo que supostamente representam as condições naturais a fim de resolver o problema de estabilidade, observa-se o seguinte:

  • modelos muito simples mostram tamanhos de população constantes resultantes dos parâmetros iniciais. Se alguém escolhe outras condições iniciais, surge outra condição, igualmente estável. Isso é chamado de modelos “neutros estáveis”. Um comportamento correspondente dos ecossistemas naturais não é observado. Obviamente, eles não são representações realistas da realidade
  • modelos um tanto mais realistas mostram tamanhos de população fortemente flutuantes. Eventualmente, uma das linhas cruza a linha zero, ou seja, ou seja, a espécie está morrendo. Com a extinção de todas as espécies, o sistema finalmente entra em colapso. Embora em princípio nada fale contra o fato de que os sistemas naturais se comportam dessa maneira, o simples fato de que a biosfera ainda existe mostra que isso obviamente ainda não pode ser uma explicação suficiente.
  • por meio de adaptações posteriores, são obtidos modelos nos quais vários tipos podem coexistir entre si em certas faixas de parâmetros. Pode-se ver que dentro da faixa de valores que permite a coexistência, os tamanhos da população buscam uma certa combinação de valores, ou seja, H. um certo tamanho da população. Em outros casos, um único valor não é alcançado, mas os valores flutuam permanentemente em torno de um valor médio. Fora da faixa de parâmetro estável (ou seja, quando um dos tipos se torna muito frequente ou muito raro), as flutuações tornam-se aleatórias, o que inevitavelmente leva à quebra do sistema (veja acima). Dentro da faixa de valor “estável”, todas as combinações de valores originais, independentemente de seus valores iniciais, buscam um valor. No diagrama de fase, este valor corresponde a um determinado ponto (ou para uma oscilação cíclica: um círculo). Os matemáticos chamam esse ponto de atrator do sistema.
  • Em sistemas ainda mais complexos, pode-se observar que pode haver diferentes atratores para diferentes áreas do espaço de estados. Isso significa: com certas condições iniciais, o sistema atinge uma combinação constante de valores e, em seguida, não muda mais. Com diferentes condições iniciais, o mesmo sistema busca uma combinação diferente de valores. Para sistemas naturais, isso significaria: Existem vários estados “estáveis” para a mesma espécie com os mesmos fatores ambientais.
  • Se os modelos com vários atratores representam com precisão a realidade, isso significa: Um sistema pode ser observado em um estado constante, ao qual se esforçará novamente em caso de desvios. Como na realidade os fatores ambientais nunca serão completamente estáveis, os sistemas reais sempre oscilariam com mais ou menos força em torno desse estado de equilíbrio (que corresponde a um atrator). Além disso, os sistemas se esforçariam para retornar a esse estado em caso de mau funcionamento . Esta propriedade é chamada de resiliência em sistemas naturais (veja abaixo). Mas: Se as flutuações ou distúrbios se tornam muito grandes, o sistema fica sob a influência de outro atrator. Agora se observaria uma mudança direcionada para um novo estado de equilíbrio. Devido a fortes distúrbios, o sistema pode perder a faixa de valor estável, i. H. entrar em colapso.

As observações sobre os ecossistemas naturais forneceram inúmeras indicações de que os conceitos do modelo mencionados aqui podem ser aplicáveis ​​aos sistemas naturais. Em particular, sistemas com múltiplos equilíbrios já foram demonstrados diretamente na natureza. É um campo ativo de pesquisa ecológica, no qual mais trabalhos são publicados continuamente.

O que se denomina equilíbrio ecológico é caracterizado pelo fato de que o desenvolvimento do sistema não sai por si de um ponto fixo ou de uma órbita . Nesses casos, o conjunto de pontos no espaço de estados é chamado de invariante .

Estabilidade, ciclicidade, elasticidade, resiliência

Em conexão com a discussão sobre o equilíbrio ou estabilidade dos ecossistemas, uma distinção deve ser feita entre vários termos, que, no entanto, às vezes são usados ​​de forma diferente na literatura. A seguinte estrutura é baseada em Heinz Ellenberg com foco na vegetação:

  • A estabilidade é atribuída a um ecossistema cuja estrutura de espécies permanece essencialmente inalterada no caso de distúrbios externos.
  • A ciclicidade tem o efeito de que as flutuações na estrutura das espécies causadas por mudanças regulares nas condições ambientais são completa e rapidamente eliminadas.
  • A elasticidade existe, mesmo que situações de estresse catastróficas, típicas do local, possam ser compensadas.
  • Resiliência é a capacidade deretornar à estrutura original da espéciepor meio de uma sequência de outros ecossistemas ( sucessão )após mudanças significativas de espécies (por exemplo, de florestas para sociedades herbáceas).

Os sistemas elásticos e resilientes são pelo menos temporariamente instáveis. Não há apenas uma, mas várias posições de equilíbrio estáveis ​​ou instáveis, que podem ser naturais ou artificiais. Um prado pode ser entendido como um ecossistema estável influenciado pelo homem. Se o corte for omitido ou alterado, propagam perenes e, finalmente, entra em um Verbuschung . Essa sucessão eventualmente leva a uma floresta que pode ser igualmente estável. Durante o período de sucessão, o ecossistema não está em equilíbrio e o conceito de estabilidade não pode ser usado de forma significativa.

Uso do termo "equilíbrio ecológico"

A ideia de equilíbrio na natureza pode ser rastreada desde os tempos antigos. No século 18, Carl von Linné encontrou a ideia de equilíbrio e busca por uma ordem prescrita pelo Criador . Com a descoberta da evolução no século 19, os contra-argumentos estavam disponíveis, mas os modelos matemáticos para os ecossistemas que surgiram no início do século 20 sugeriam uma busca pelo equilíbrio. Mesmo assim, alguns ecologistas contradizem as teorias de luta por um equilíbrio na natureza. No entanto, a teoria do equilíbrio com a chamada relação espécie-área atingiu seu clímax na década de 1960: uma vez que as comunidades de espécies buscavam o equilíbrio, efeitos históricos, heterogeneidade espacial ou distúrbios nos ecossistemas teriam papéis pequenos a insignificantes na previsão das espécies números em uma determinada área também.

Ao buscar evidências ou contra-argumentos para essa teoria, ficou claro que não é a busca pelo equilíbrio dos organismos que determina a biodiversidade de uma área, mas vários sistemas e fatores imanentes às espécies. Um debate sobre a estabilidade emergiu do debate sobre o equilíbrio. Esperava-se que um sistema simples e pobre em espécies flutuasse em vez de um sistema mais complexo e rico em espécies. A produtividade posterior acrescentou à disputa científica. Ficou claro que z. Por exemplo, se o solo tem um bom suprimento de nitrogênio, as espécies menos produtivas nos campos são perdidas, mas isso não necessariamente vem acompanhado de uma diminuição na produtividade e estabilidade do sistema biológico. Ecologistas da paisagem descobriram que os ecossistemas geralmente estão sujeitos a dinâmicas complexas devido a vários distúrbios sistêmicos. Na conservação da natureza, no entanto, a ideia de equilíbrio e estabilidade foi mantida por um longo tempo, até que processos dinâmicos de proteção de processos foram finalmente reconhecidos como um objetivo de conservação da natureza.

O termo “equilíbrio ecológico” é considerado desatualizado para justificativas em questões de conservação da natureza. No entanto, a discussão sobre a conservação da natureza ainda é moldada pela ideia de um equilíbrio ecológico que é prejudicado pela intervenção humana. Problemas no uso do termo "equilíbrio ecológico" surgem de várias imprecisões:

  • O intervalo de tempo e a referência espacial devem ser especificados. Dependendo da escala de observação (dias, anos, séculos, épocas geológicas), existem resultados diferentes para o que pode ser considerado "em equilíbrio". Geralmente, os estados de referência não falados significam que resultam de um interesse humano em um determinado estado do ecossistema. Na conservação da natureza, o século 19 é frequentemente considerado implicitamente como o estado de referência. A abundância de espécies nessa época, no entanto, resultou do uso excessivo e quase extenso do solo. Em geral, um determinado estado único não pode ser atribuído à natureza como “correto”, pois então todos os anteriores estariam “errados”. No longo prazo, a natureza não é estática, mas muda. Essas mudanças possibilitaram a criação de biodiversidade por meio da evolução.
  • Consideração sobre a influência antropogênica: Na paisagem cultural, cada vez mais moldada pelo homem, inicialmente, por um lado, áreas caracterizadas por alta dinâmica natural, como prados de rios, desapareceram, por outro lado, surgiram novos processos dinâmicos influenciados pelo homem (por exemplo, derrubada de árvores, agricultura, manejo de pastagens, mineração a céu aberto), o que por sua vez garantiu que a biodiversidade fosse preservada e até mesmo aumentada. A biodiversidade que existe na Alemanha e surgiu através do uso histórico da terra só seria insustentável se a intervenção humana não fosse necessária. As discussões sobre a conservação da natureza tratam, portanto, do grau de proteção do processo (sem intervenção), por um lado, e das perturbações ativas, do outro. É controverso se e em que medida as influências humanas nos ecossistemas devem ser consideradas como uma ruptura ou que relação a natureza e os humanos têm um com o outro. O assunto das questões de proteção da natureza e das espécies é freqüentemente a preservação de uma certa condição: Uma certa comunidade vegetal ou espécie animal deve ser preservada - se possível no mesmo lugar e em número semelhante. A preservação de um determinado estágio de desenvolvimento da vegetação com espécies animais adaptadas através da constante intervenção humana em uma área definida com supressão dos desenvolvimentos que ocorrem “naturalmente” não pode ser plausivelmente descrita com a justificativa da manutenção de um “equilíbrio ecológico”.
  • Termos como “estabilidade” ou “equilíbrio” contêm um significado normativo que sugere um estado-alvo objetivamente determinável do ecossistema. Quando se fala de uma perturbação do equilíbrio ecológico, geralmente significa implicitamente que uma intervenção é necessária para restaurar o equilíbrio. Mas a natureza não julga. Julgamentos e avaliações vêm de pessoas. A perspectiva humana predominante depende do tempo.

Evidência individual

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