Ecologia populacional: O mistério do mosquito do Texas

RKA3G Falamos em outros vídeos sobre a fisiologia de plantas e animais e de como as células cooperam formando tecidos que, por sua vez, formam órgãos que formam sistemas. Para compreender todo organismo, é importante entender o que está acontecendo em todos estes níveis e o mesmo vale para a ecologia. Dependendo do nível que estudamos, iremos entender um certo tipo de coisas e deixar outros de fora. Por exemplo, podemos nos concentrar em uma espécie, em como os seus elementos vivem em conjunto. Essa é a ecologia de populações. Também existe a ecologia de comunidades, que engloba diferentes espécies vivendo juntas e como elas se influenciam. Se nós afastarmos mais o "zoom", temos a ecologia de ecossistemas, que estuda como os seres vivos e o meio eubiótico interagem em um ecossistema. Vamos começar pela ecologia de populações, elementos de uma espécie interagindo entre si, para entender por que as populações mudam. Ok! Mas, por que estudar isso? Eu vou mostrar um exemplo de aplicação disso para vocês. A epidemia do vírus do Nilo Ocidental, que atingiu a cidade de Dallas, no Texas, em 2012. O vírus matou 12 pessoas, de acordo com os dados recentes. E cerca de 300 pessoas foram infectadas. Em 2011, somente 27 casos e 2 mortes pelo vírus foram reportados no Texas. A diferença para 2012 é significativa. Então, o que aconteceu? Parece ser um problema para a ecologia populacional resolver. A febre do Nilo Ocidental é uma doença transmitida por mosquitos. A população do mosquito em Dallas, em 2012, tinha crescido rápido, levando à transmissão mais ace lerada da doença. Por que esta explosão aconteceu em 2012 e não no ano anterior? E por que isso aconteceu no Texas e não em Nova Jersey? A resposta é dada pela ecologia populacional. Antes de começar a resolver o mistério deste surto viral, precisamos entender os conceitos básicos de ecologia populacional. Para começar, uma população é um grupo de indivíduos de uma mesma espécie que interagem regularmente entre si. A interação entre indivíduos depende muito da geografia. Os mosquitos interagem muito mais com os vizinhos do que com aqueles que vivem longe. O resultado é que os que vivem mais perto são também aqueles que competem por comida, território, parceiros, etc. Mas para entender por que as populações diferem de lugar para lugar e de tempos em tempos, os ecólogos populacionais precisam saber algumas coisas, como a densidade populacional, neste caso. Quantos mosquitos existem em Dallas que podem interagir entre si? A densidade populacional varia de acordo com vários fatores. Ela aumenta quando os indivíduos nascem ou imigram, ela diminui quando eles morrem ou emigram. Simples, não é? Mas como ecólogos populacionais, nós também precisamos saber a distribuição dos indivíduos dentro da população. Este é o padrão de dispersão da população. Isto é, os mosquitos estão todos juntos? Eles se distribuem uniformemente em todo o país? Existe algum arranjo aleatório? A resposta a estas perguntas vai dar aos cientistas uma fotografia da população, em um dado momento, e vai ajudar a resolver o quebra-cabeças de como ocorre a propagação do vírus. É importante saber como a população muda ao longo do tempo, portanto devemos abordar o princípio central da ecologia de populações, que é o crescimento populacional. Muitos fatores determinam o crescimento da população e eles podem diferir de espécie para espécie. Por exemplo, a taxa de fecundidade que determina o número de filhotes que o indivíduo pode produzir durante sua vida. Logicamente, isso afeta o tamanho da população. Por exemplo, por que as populações de mosquitos crescem tão rápido, enquanto as populações de rinocerontes negros está ameaçada de extinção? Em primeiro lugar, os mosquitos podem ter até 2 mil filhotes ao longo de suas duas primeiras semanas de vida. Em contraste, os rinocerontes negros produzem cerca de 5 filhotes ao longo de seus 40 anos de vida. No entanto, as populações não usam todo o seu potencial reprodutivo e não podem continuar crescendo indefinidamente. Para entender o crescimento real de uma população, temos que entender o que define os limites do crescimento. Estes fatores são, normalmente, chamados de fatores limitantes. Digamos que você seja um mosquito em Dallas, em 2011, um ano antes do surto da infecção viral. Naquela época, o crescimento não foi tão grande como em 2012, então alguma coisa está restringindo o crescimento de sua população. Para descobrir quais são esses fatores limitantes, nós devemos primeiro entender suas necessidades de vida e reprodução. A primeira coisa é encontrar comida. Mosquitos comem de tudo, mas suponhamos que você seja uma fêmea. Então, você vai precisar de sangue para se reproduzir. Então, você terá que encontrar um vertebrado e sugar um pouco de sangue. Suponha que em Dallas existam vertebrados de sobra para você sugar o sangue. Outro fator é a temperatura. Mosquitos são ectotérmicos e, por isso, é preciso que esteja quente para eles ficarem ativos. No Texas faz calor e no inverno de 2011 para 2012 estava, particularmente, quente. O verão de 2012 foi excepcionalmente quente, o que ajudou a acelerar o ciclo de vida dos mosquitos, ou seja, em 2012 estava mais quente do que no ano anterior. Também temos os parceiros reprodutivos. Se eu sou um mosquito fêmea, eu preciso encontrar um macho que me agrade. Isso não é tão difícil em Dallas, onde os mosquitos machos fazem revoadas em enxames enormes todas as noites da estação reprodutiva. E finalmente, o espaço. Aqui temos uma pista muito importante. Os mosquitos precisam de água parada para depositar ovos e as larvas detestam quando a chuva cai e tumultua a sua água parada. Devido à seca, no verão de 2012, surgiram muitas fontes de água parada, o que serviu como um berçário para muitos mosquitos. Então, encontramos pelo menos dois fatores limitantes que não estavam presentes em 2011 para o crescimento da população de mosquitos. Temperatura e espaço: estava quente o suficiente e havia bastante água parada. Ecólogos populacionais distinguem os fatores em dois grupos: dependentes da densidade e independentes da densidade. Eles fazem isso porque precisam saber se o crescimento da população é afetado pelo número de indivíduos ou se é por outra coisa. Estes limites são importantes porque influenciam a chamada "capacidade de suporte do meio", que é o número de indivíduos que o habitat pode suportar, dado o recurso disponível. Então, os fatores limitantes dependentes das densidades são fatores que inibem o crescimento por causa do stress no ambiente causado pelo crescimento da população. Por exemplo, pode não haver comida, água ou espaço suficientes para acomodar a todos ou pode ser que existam tantos indivíduos que a população de seus predadores aumente, o que limita o crescimento. Epidemias podem ser outro fator afetado pela densidade. Aglomerações de indivíduos facilitam a proliferação de uma doença. Agora, eu não acho que venha a faltar vertebrados para os mosquitos de Dallas se alimentarem. Mas, vamos supor que uma explosão populacional do mosquito leve a uma explosão na população do morcego "Tadarida brasiliensis", que é muito comum no Texas. Eles comem mosquitos e esse seria um fator limitante dependente da densidade. Mais mosquitos levam a mais morcegos, o que leva a menos mosquitos. É muito simples. Quando os fatores limitantes dependentes da densidade começam a operar e a limitar o crescimento da população, isso significa que a capacidade de suporte do meio foi atingida. O outro tipo de fator limitante que não depende da densidade são aqueles que não são influenciados pelo crescimento ou declínio da população. Normalmente, estão associados com catástrofes tais como erupções vulcânicas, ventos sazonais, acidentes nucleares, etc. Estes eventos alteram aspectos da vida das populações de tal modo que dificilmente elas têm sucesso. E não precisam ser eventos superdramáticos. Por exemplo, em 2013 houve uma grande tempestade em Dallas, choveu todos os dias por três meses e isso afetou a deposição dos ovos de mosquitos, pois havia poucos locais com água parada. Por causa disso, a população de mosquitos diminuiu bastante naquele ano. Do mesmo modo, se a temperatura mudasse repentinamente e o verão ficasse muito frio, o crescimento da população de insetos decairia. Podemos imaginar um milhão de situações diferentes que podem levar a um colapso ou então atingir a capacidade de suporte do meio. O trabalho do ecólogo de populações é determinar quais são elas e a matemática que é usada para isso. A matemática nos diz que qualquer população crescerá exponencialmente se não houver nada que limite seu crescimento. Crescimento exponencial significa que a população cresce a uma taxa diretamente proporcional ao tamanho da população. Assim, suponhamos que no início de 2012 havia apenas mil mosquitos em Dallas e depois de um mês, havia 3 mil. Como agora existem três vezes mais mosquitos para se reproduzir, a população vai crescer três vezes mais rápido do que quando havia somente mil. Então, no próximo mês, teríamos 9 mil e assim por diante. Neste cenário, o crescimento da população iria rumo ao infinito, pois não há nada para limitá-lo. Mas não é assim que as coisas acontecem, veja o caso dos humanos, por exemplo. A partir da revolução industrial, nossa população tem crescido exponencialmente, mas eventualmente surge algum fator que reduz o tamanho da população. Pode ser um fator que depende da densidade, como a fome ou epidemias, ou fatores que não dependem da densidade, como desastres naturais. De qualquer forma, a curva de crescimento não pode subir para sempre e, quando estes fatores entram em jogo, a população experimenta crescimento logarítmico. Isso significa que o crescimento da população é limitado pela capacidade de suporte do meio. O que, se pararmos para pensar, é a consequência lógica. Você vê como este gráfico é plano no topo? O fator que gera isso é quase sempre dependente da densidade. À medida em que são adicionados mosquitos, o ritmo de crescimento da população diminui porque falta alimento ou espaço. E quando chegamos ao máximo, atingimos a capacidade de suporte da população de mosquitos naquele determinado ambiente. Agora, vamos aplicar todas estas ideias usando uma equação simples que nos permitirá calcular o crescimento de qualquer população. A matemática aqui é importante, somente com ela vamos poder resolver o problema da infestação de mosquitos em Dallas. Vamos calcular o crescimento da população do mosquito em Dallas por duas semanas. Tudo o que temos que fazer para determinar a taxa de crescimento é pegar o número de nascimentos menos o número de mortes e dividir isso pelo tamanho inicial da população que, normalmente, chamamos de "n". Então, vamos começar com uma população de, digamos, 100 mosquitos, e cada um deles vive em média duas semanas. De modo que o número de mortes em duas semanas será de 100. Metade deles são fêmeas, então, serão 50. Se cada uma delas pode produzir 2.000 descendentes, então teremos 50 vezes 2000. Uau! 50 mamães mosquitos vezes 2 mil bebês serão 100 mil bebês mosquitos. Depois de substituir tudo isso na fórmula, mesmo se tratando de uma situação hipotética, podemos ver a extensão do problema de mosquitos em Dallas. Em apenas duas semanas, teremos 100 mil mosquitos e somente 100 mosquitos vão morrer. Se fizermos os cálculos, a taxa de crescimento da população é de 999. Isso significa que para cada mosquito inicial, haverá 999 novos mosquitos ao final de duas semanas. O que corresponde a um aumento de 99,800%. Pelo martelo de Thor! E estes são números hipotéticos, mas dá para se ter uma ideia de como o crescimento de uma população pode sair do controle. E acredite, você viverá em uma feliz ignorância até ver um gráfico do crescimento de população humana dos últimos dois milênios.