quinta-feira, 22 de julho de 2010

"Ecossistemas de Menger"

O conceito sobre complexidade biológica tal qual exposto nos artigos “embriologia fractal do mesozoico” e “interface fractal”, e reconstruído aqui, introduz o “ressignificado” de ecossistema e dimensão fractal. Interessa-nos neste e nos próximos artigos reforçar a idéia de seres vivos ou ecossistemas como sistemas complexos biológicos com dinâmica fractal.

Os sistemas naturais são formados por componentes que estabelecem entre si relações intra e interespecíficas. Essas relações não são lineares e por isso mesmo desprovidas de sentido vetorial ou direção claramente previsível. Isto é mais evidente em micro escalas (tema para outro texto). Assim, os sistemas naturais são imprevisíveis e mutáveis mas não obrigatoriamente instáveis. A melhor imagem para representar a complexidade dos ecossistemas é a de uma rede cujos os nós representam os componentes do sistema e, as linhas que comunicam os nós, representam os sentidos ou as direções das informações que circulam pela rede. Entretanto, trata-se de uma rede quadridimensional (ou n-dimensional) que configura uma  intrincada malha de conexões com design biológico próprio, mutável e, mais do que provavelmente, fractal. Ou seja, cada componente ou nó do sistema representaria uma rede em menor escala, sustentável, auto-similar, tendendo ao infinito. Assim, cada nó da rede, de forma aparentemente sólida,  seria semelhante a uma esponja com área de superfície infinita e volume nulo (vide Esponja de Menger acima).

Este conceito sugere uma estrutura organizada no qual os sistemas observados em macro escala suportam subsistemas em escalas progressivamente menores. A observação detalhada dos subsistemas revela instâncias ainda menores e de complexidade semelhante. Alterações em qualquer nível refletem alterações a nível global.

Vamos imaginar o bioma Mata Atlântica presente na maior parte no território brasileiro. Este grande sistema é composto por vários ecossistemas diferentes, entre eles as florestas atlânticas. Na Mata Atlântica distinguem-se no mínimo quatro tipos de florestas além de mangues, restingas, campos e brejos de altitude. Esta configuração corresonde a ecossistemas dentro de ecossistemas em escalas progressivamente menores. Nestas florestas ou ecossistemas, comuns no Rio de Janeiro, predominam Jequitibás (ao lado), Ipês, Jacarandás, Palmeiras, Leguminosas, Astroniuns, Sapucaias entre centenas de outras espécies lenhosas, arbustivas, trepadeiras e epífitas como as orquídeas e bromélias. Além de toda a diversidade vegetal, circulam nestes ecossistemas uma grande diversidade de animais que realizam os seus ciclos de vida por entre territórios delimitados e/ ou  superpostos dentro do grande ecossistema complexo chamado Mata Atlântica. Entre eles podemos destacar primatas, felinos, aves, tamanduás, insetos, cobras, jacarés, sapos entre outros.

Dentro de um conceito ampliado do que seja ecossistema, podemos distinguir microecossistemas presentes nas copas das árvores, nas cascas das árvores ou nos cálices das bromélias, entre outros. Os cálices das bromélias são importantes na natureza e são vistos pela maioria dos ecólogos como ecossistemas completos. Então, vamos aprofundar o entendimento sobre estes microecossistemas de bromélias como exemplos de componentes vitais para o funcionamento e entendimento dos nossos ecossistemas interligados em rede complexa com dinâmica fractal.

Existem mais de duas mil espécies de bromélias no mundo. Para alguns autores este número pode chegar a três mil conforme relatado no ótimo livro "Bromélias da Mata Atlântica" de Elton M. C. Leme. Segundo Leme, pelo menos 40% desse universo podem ser encontrados no Brasil, o que faz do país o mais importante em termos de diversidade.

Cada bromélia tem uma capacidade especial de armazenar água em suas folhas e é aí que está o segredo. Esta água é, geralmente, límpida e transparente, e fica armazenada entre as folhas bem no centro da planta chamada de cálice. A água das bromélias é rica em sais minerais, ácidos orgânicos e outros nutrientes que fazem das bromélias microecossistemas fundamentais dos quais dependem centenas de organismos. Além das famosas larvas de mosquitos, dentro ou em torno das bromélias vivem libélulas, aranhas (como a caranguejeira Pachistopelma rufonigrun endêmica de bromélia retratada na imagem abaixo), sapos, pererecas, aves, morcegos, cobras e crustáceos. São 400 a 500 espécies de animais, de alguma forma relacionadas às bromélias. Muitas fazem das plantas sua moradia. Outras as freqüentam para caçar, beber ou apenas molhar a pele. Outras ainda as polinizam ou buscam seu néctar e frutos. No calor das restingas ou no auge da seca do sertão nordestino, dos cerrados e das matas do Centro-Sul brasileiro, as bromélias também são fonte de água para anfíbios e répteis, aves e até mesmo mamíferos, como sagüis, micos, macacos, cachorros-do-mato e quatis.

A melhor imagem que tenho das bromélias interagindo em ecossistemas foi impressa na minha mente a partir de um trabalho que realizei, durante a faculdade de Biologia, na restinga de Massambaba. Era um marimbondo caçador buscando atividade em torno de uma Edmundoa lindenii em flor (a baixo sem o marimbondo). Recentemente tive um grande problema com larvas de Aedes aegypti (mosquito vetor do virus da dengue) nas bromélias do jardim da Universidade Veiga de Almeida em Cabo Frio. O problema foi resolvido com treinamento dos funcionários na eliminação das larvas e dos ovos dos mosquitos bem como de outros criadouros realmente importantes.

Imagine uma floresta ou restinga sem bromélias. Em ambientes de restinga, às vezes as bromélias são os únicos suprimentos de água doce disponível para pequenos animais, capazes de armazenar o equivalente a um copo ou um balde cheio de água a depender do tamanho da bromélia. Certamente toda a diversidade taxonômica ficaria comprometida, gerando um colapso em todo o grande ecossistema, pois até o microclima seria alterado, uma vez que as bromélias contribuem para a manutenção do microclima local. Então podemos enxergar as bromélias como importantes bioindicadores da saúde de ecossistemas tropicais.

Como pudemos ver, as bromélias são bons exemplos de componentes pertencentes a grandes redes de ecossistemas que ajudam na manutenção de todo o sistema. Redes fractais como modelos de sistemas naturais são idéias matemáticas úteis que ajudam a explicar fenômenos biológicos observáveis. Mas como desenhar esta rede? Que geometria fractal poderia representar tamanha interação de modo que na sua arquitetura tivéssemos um tipo de Esponja de Menger diferenciada para cada subsistema interligado em rede? Nesse ponto a interação entre biólogos, físicos e matemáticos poderia ser útil na construção desta representação gráfica para este hipotético "Ecossistema de Menger". O ecossistema artificial de Menger seria suportado por algoritmos que, por sua vez, estariam baseados em proposições matemáticas. Então estamos falando de modelos matemáticos formados por parâmetros e variáveis. Tais parâmetros e variáveis seriam representações numéricas dos componentes dos ecossistemas reais. Alterações nos parâmetros do modelo matemático gerariam modificações na arquitetura gráfica do ecossistema artificial de Menguer. Isto significaria uma ferramenta poderosa para o estudo in sílica de ecossistemas alterados ou impactados.

Quem aceita o desafio de modelar os "Ecossistemas de Menger"?

Grande abraço e até a próxima.

17 comentários:

  1. Caprichou no texto, hein!
    Imagens lindas! Estrofes complexas, mas na medida em que fui devorando as suas palavras tudo foi ficando mais claro e dando sentido ao início do texto.
    Sobre o desafio, tenho a certeza de que você é capaz! Não eu. rsrsrsrs
    Bjs e sinta-se a vontade para escrever mais.

    ...Roberta

    ResponderExcluir
  2. Ana Santeiro disse: Um excelente blog sobre biologia. Texto sempre claro. Parabéns Miro! (publicado no twitter).

    ResponderExcluir
  3. Iva Rc disse: difícil te alcançar às vezes em pensamento,gd biólogo... mas esse texto está compreensível e muito interessante...compreender esse elástico fractal é assustador - pois não teria mesmo espaço para o ego...tamanho comprometimento com todos os seres vivos. Em cada passo estaríamos consciente do quanto interferimos na vida e na morte de outros seres, ou seja, tomaríamos muuuito mais cuidado ao se relacionar com o mundo ao redor! parabéns pela reflexão... (publicado no facebook http://www.facebook.com/home.php?#!/profile.php?id=1807939106)

    ResponderExcluir
  4. caro moro, aqui é o paulo roberto da veiga de cabo frio, mais uma vez. Tudo em paz? gostei bastante do texto sobre os ecossistemas de menger. uma coisa que aprendemos em geometria (pelo menos a euclidiana) é que podemos construir uma infinidade de formas a partir de entidades simples. na verdade, ponto reta e plano. se a geometria fractal pode ser um modelo da diversidade gloriosa da natureza, fica a pergunta: que entidades simples estão na base de toda esta riqueza? um abraço paulo

    ResponderExcluir
  5. Obrigado pelas valiosas informações no post. Mas a mim dá a impressão de que a Ciência ainda está muito atrasada no conhecimento de sistemas, complexidade e fractais, e isto porque está sendo desviada do caminho traçado pela evolução natural. Na selva amazônica também temos a vontade de entender a Natureza, e devido a separação com a civilização e seu método científico, aplicamos outros métodos e chegamos a resultados que às vêzes se cruzam com os seus resultados, mas às vêzes muito se distanciam.

    Vocês entenderam como eu que a matéria se organiza na forma de sistemas e temos a mesma definição: a soma das informações das partes interagentes mais um pacote de novas informações geradas pelas interações que excedem tôdas as informações de tôdas partes. Porém minha definição apenas com isso sente-se incompleta e ineficaz, por isso acrescento: “... pacote êste que se torna a “mente” do sistema, a qual se desperta para novas necessidades, por isso aplica fôrças sôbre as partes tentando mudar ou ampliar suas funções, o qual resulta numa nova configuração física mais complexa adicionando assim os graus da evolução.”

    Vocês entenderam como eu que os sistemas naturais se apresentam como uma hierarquia derivada dos diferentes graus de complexidade de uma mesma forma comum a tôdas elas. Mas a partir daqui começa nossas diferenças. Por exemplo, quando vocês apelam para o conceito de fractal matemático para definir e entender a forma comum, eu apelo para o conceito de matriz genética. E isto muda todos os resultados posteriores.

    O estudo e conhecimento de sistemas naturais, entre vocês está parado a muito tempo, não avança, engatinhando e patinando em tôrno de um obstáculo que precisa ser removido. Os ilusórios avanços acenados através de algumas realizações tecnológicas são meros resultados do desvio do conceito de significado da Natureza, a prova disso é que essa tecnologia é desumana e contra o ritmo e rumo das fôrças naturais emanadas pelo contexto cosmológico, resultando na incompatibilidade entre homem e natureza que se percebe apenas a níveis planetários. Houveram sadias iniciativas no estudo de sistemas, como Fritjof Capra (O Tao da Física), ou Margullis ( A Teoria Simbiôntica), e principalmente a grande iniciativa de Bertalanfy fundando a Teoria Geral dos Sistemas. Mas a obra de Bertalanfy estagnou porque em certo momento o dominio da razão natural que operava com Margullis, Capra, foi substituído pelo dominio de uma razão involuída vegetando ainda no reino dos fenômenos puramente físicos, cuja linguagem de expressão é a Matemática, a qual não traduz a maioria das características de um sistema natural.

    Na selva também somos obrigamos a usar o pouco que dispomos – a intuição que emana do espirito primitivo selvagem e caótico da biosfera – num tipo de racionalismo mais natural porem perturbado pelos valôres humanos de sobrevivência. Mas, claro, não podemos entender esta invasão da mentalidade resumida á ordem organizatória da matéria a nível estritamente físico, não podemos aceitar a Matemática como idioma dominante enquanto tôdas as outras linguagens que sentimos captar nos fenômenos são ignoradas. Seu conceito geral da unidade básica da Natureza como fractal matemático e geométrico não comporta a enorme profusão de váriaveis que a matriz genética sugere existir na mesma unidade.(continua no post seguinte)

    ResponderExcluir
  6. Na selva também somos obrigamos a usar o pouco que dispomos – a intuição que emana do espirito primitivo selvagem e caótico da biosfera – num tipo de racionalismo mais natural porem perturbado pelos valôres humanos de sobrevivência. Mas, claro, não podemos entender esta invasão da mentalidade resumida á ordem organizatória da matéria a nível estritamente físico, não podemos aceitar a Matemática como idioma dominante enquanto tôdas as outras linguagens que sentimos captar nos fenômenos são ignoradas. Seu conceito geral da unidade básica da Natureza como fractal matemático e geométrico não comporta a enorme profusão de váriaveis que a matriz genética sugere existir na mesma unidade.
    Talvez a Ciência entrando no íntimo primeiro da ordem física e elegendo o fractal geométrico matematico como unidade basilar e ignorando os outros idiomas da Natureza ( o genético, o biológico, o software mental,etc.) seja uma tragédia temporária inevitável motivada pelo mesmo motivo que vocês não captam a nossa ação paralela de busca pelo mesmo tesouro no meio da selva: a comunicação entre eu e vocês não existe, pois ela se realiza apenas numa via, num sentido: eu tento captar e acompanhar os sinais emitidos pela vossa Ciência, mas vocês não captam e não se interessam pelos sinais que emito daqui. Ok, talvez meus sinais nada transmitam de real valor se meus resultados teóricos estiverem errados, mas elucidam como pode haver sinais e idiomas nos sistemas que seriam imprescindiveis no entendimento dêstes, que vocês não estão captando.
    Se tempo e interêsse houver, até mesmo por simples curiosidade complacente, sugiro uma rápida visão no meu website onde exponho a figura teórica da matriz genética e a visão de mundo dela derivada, alertando que pelas precariedadades daqui o website contem falhas, êrros e está em construção. Apesar de tudo, mais uma vêz obrigado pelas informações cientificas valiosas que capto em seu blog e que muito tem me ajudado a avançar na minha busca. Abraços... Louis Morelli. (website: http://theuniversalmatrix.com )

    ResponderExcluir
  7. Caro Louis Morelli,
    Interessantes os seus argumentos e oportunos. Certamente ainda irão contribuir para o amadurecimento das teorias e, principalmente, hipóteses que hora proponho aqui. Entretanto, seria grande o “simplismo” querer reduzir a diversidade biológica a uma mera unidade matemática. Não foi essa a intensão do artigo. Mas tenho dúvidas se, do ponto de vista genético, não estamos sob um gene fractal proposto por mim com base na teoria dos Geólogos Olivera, CL e Andre Calixto sobre “embriões fractais” . Veja o comentário de Oliveira no meu artigo: Um pouco de tudo e mais fractais (http://microsintonias.blogspot.com/#uds-search-results). Isto não me parece absurdo visto que na natureza as projeções arbóreas estão em todos as partes. Considero importante que a idéia de fractais seja observada em biologia do ponto de vista dinâmico e não estático. Um tipo de movimento fractal. Isto é consistente com o conceito de átomo no qual, quando organizados em moléculas, acumulam mais espaços vazios do que cheios. Então, quanto mais condensada a matéria estruturada em moléculas, mais espaço haverá entre elas. Transpondo para fractais em biologia, acredito que quanto maior a comunicação ou interação entre os componentes de um sistema, menos saturado o sistema ficará.
    Sobre a Teoria Geral dos Sistemas de Bertalanfy, entendo que Maturana e Varela trouxeram uma grande contribuição para o conceito do que seja “estar vivo” e resolveram conceitualmente o problema da organização da vida, conforme discutido em artigo anterior (http://microsintonias.blogspot.com/2009/04/voltando-ao-tema-o-que-e-vida.html).
    Grande abraço,
    Grato pela oportunidade.

    ResponderExcluir
  8. Oi paulo,
    Como pudemos conversar pessoalmente, só posso achar que as entidades geométricas mais simples se enquandram dentro daquelas propostas por Cesar Oliveira Lopes e Andre Caxinto. Ou seja: Os embriões fractais, que seriam as unidades básicas. Quando penso em sistemas venosos ou árvores brônquicas consigo enxergar por aí. Mas quando penso em ecossistemas ou biomas, aí a coisa fica mais complexa. Nesse caso o sistema não pode ser reduzido à sua unidade básica pois os componentes observados em menor escala são igualmente complexos.
    Abraço.

    ResponderExcluir
  9. Muito obrigado pelo comentário e acho que tenho algo agora que pode fazer você subir nas paredes, se és um buscador naturalista apaixonado como eu sou. Veja um exemplo de como a troca de informações entre visões diferentes porem honestas podem ser salutares e proveitosas para ambas as partes. Recentemente foi publicado um artigo na ScienceNews o qual eu lia enquanto lia seu comentário e os dois se cruzaram, sendo que você teria a chave para elucidar a questão dos pesquisadores sôbre esponjas e eles a chave para elucidar como a nível biológico os espaços vazios podem ser preenchidos por canais de comunicação. Se tiver interêsse leia meu artigo Esponjas Seriam o LUCA Terrestre Animalizado?
    setembro | 1 | 2010 , onde o tal artigo está reproduzido.

    Mas tenho uma pergunta: Porque quanto maior a comunicação menos saturado o sistema estará? O que significa "menos saturado"? Existe vantagem nisto? Abraços...

    ResponderExcluir
  10. Ótimo post. Revela a a interdependência observada entre os seres que se inserem no contexto ecossistêmico, exemplificada pela sustentabilidade que ocorre enquanto há um equilíbrio entre ambas as partes.
    Gostei!

    Camila Guimarães.

    ResponderExcluir
  11. O texto é muito interessante pois mostra como existem ecossistemas dentro dos outros, e que um, por mais insignificante que pareça (bromélias), é de vital importãncia para um "bom funcionamento" do meio.
    Jéssica Mendonça de Carvalho Ivo

    ResponderExcluir
  12. Excelente texto.O texto nos mostra que o Ecossistema de Menger seria suportado por algoritmos que, por sua vez, estariam baseados em proposições matemáticas.
    Marcos Gonçalves Ferreira

    ResponderExcluir
  13. Miro,
    o texto foi muito interessante e complementou a aula que tivemos em sala.
    com relação ao exemplo das bromelias, é impressionante o que uma planta, as vezes tão pequena consegue fazer, é praticamente um mini mundo dentro de outro mundo dentro do universo...
    muito interessante, adorei

    Larissa Mendes

    ResponderExcluir
  14. Claudia - Professora Psicologia Social5 de novembro de 2010 10:26

    Parabéns pelo artigo, genial a ideia dessa tradução para os leigos de algo tão complexo quanto o seu assunto! Você sabe que tem gente na Psicologia trabalhando com as ideias de Maturana e Varela!!! Durante o doutorado fiz matérias que discutiam a questão psicológica, a partir da noção de emoção e de um novo modelo de entendimento do que é humano. A noção de rede foi "importada" para a Psicologia e, esses estudos, se reportam diretamente a esses autores.

    ResponderExcluir
  15. Olá professor, nos conhecemos ontem na minha primeira aula na UVA em Cabo Frio, Sou do primeiro semestre de Psicologia 2011.
    achei muito interessante o seu Blog e paço a segui-lo de hoje em diante. Também possuo um que fiz especialmente para o que estou vivendo atualmente que é a faculdade, o curso de Psicologia. O nome do Blog é "Uma Futura Psicóloga" ( http://umafuturapsicologa.blogspot.com/ ).
    Assim que For possível e se o senhor quiser ir visitar e segui-lo, as portas estarão sempre abertas a espera de uma visitinha sua.
    Beijo da sua mais nova aluna...
    Gaby Viana.

    ResponderExcluir
  16. "Postado por Lucas Contaifer (área de comunicação) via e-mail".

    Existe um estudo sobre as redes virtuais/sociais e a maneira como a mensagem percorre através dos "nós" da rede e a maneira independente de cada ponto sustentar sua própria micro rede. Consegui fazer várias ligações sobre o pouco que compreendi do texto e a viralização de conteúdos nas redes virtuais. Esses estudos da comunicação defendem essas redes virtuais como elementos orgânicos da sociedade, assim como o conceito "viral". Muito interessante essa junção de conceitos.


    Abraço!

    ResponderExcluir

 
BlogBlogs.Com.Br