A Luz nos Ecossistemas
Rafael Nessim
Ecologia Energética
Introdução
 Radiação solar  100 nm a 5000 nm.
 Ultravioleta  100 nm a 400 nm.
 Infravermelho  740 nm a 4000 nm.
 Luz visível  400 nm (violeta) a 740 nm (vermelho).
 Raios X e raios gama  < 100 nm.
 Radiação térmica  4000 nm a 100000 nm (provém de
qualquer objeto ou superfície cuja temperatura esteja
acima do zero absoluto).
 Os comprimentos de onda que compõem a luz visível são
também chamados de radiação fotossinteticamente ativa.
 Luz atmosférica  constante solar = 2 cal/cm²/min (2
langley/minuto).
 Camada de ozônio  absorve quase todos os
comprimentos de onda, especialmente a radiação
ultravioleta.
 As moléculas dos gases atmosféricos espalham os
comprimentos de ondas curtas, causando a cor azul do
céu.
 Vapor de água reflete todas as cores  nuvens brancas.
 Poeira reflete principalmente o amarelo e o vermelho.
A energia da radiação solar que chega à superfície da Terra
em um dia claro é composta por 10% de ultravioleta, 45%
de luz visível e 45% de infravermelho.
Interceptação pelas Plantas
 As folhas das plantas refletem cerca de 6 a 12% da luz
fotossinteticamente ativa, 70% da radiação infravermelha
e apenas 3% da radiação UV.
 Rejeição da energia infravermelha  evitar temperaturas
letais.
 O grau de reflexão depende da superfície da folha.
 As folhas absorvem preferencialmente o azul, o violeta e
vermelho, refletindo o verde.
 As folhas transmitem até 40% da luz incidente
(normalmente 10 a 20%).
 A luz transmitida é na sua maioria vermelho de longo
comprimento de onda e o verde (muito energético e
fotossinteticamente inativo).
 A quantidade de luz que alcança o chão de uma floresta
(ou mesmo de um campo) é dependente da quantidade e
posição das folhas acima.
 Índice de área foliar (IAF)  m² área foliar/área do chão.
 Quanto maior este índice, menor a quantidade da luz que
atinge a superfície do solo.
 Tal índice aumenta do dossel para a superfície.
 A posição da folhas pode atenuar o sombreamento
proveniente do aumento da área foliar.
 Plantas com folhas horizontais causam um intenso (auto)
sombreamento.
 Plantas cuja posição das folhas forma um ângulo muito
pronunciado com o solo evitam o auto-sombreamento e
permitem que uma maior quantidade e luz alcance o solo.
 Luz solar pode penetrar diretamente até ao chão de uma
floresta através de clareiras e “falhas “ no dossel 
atenuação do intenso sombreamento.
 Cerca de 70 a 80% da luz que alcança o chão de uma
floresta é proveniente deste fachos de luz.
 Floresta Temperada Decídua (IAF = 3-5)  1 a 5% da
luz que alcança o dossel chega até o solo (verão).
 Floresta de Pinheiros (IAF = 2-4)  10 a 15%.
 Florestas Tropicais (IAF = 6-10)  0,25 a 2%.
 Existe uma grande variação no índice de área foliar ao
longo do ano, especialmente em florestas temperadas
decíduas (algumas florestas tropicais são semi-decíduas).
Floresta Temperada Decídua
 Início da Primavera  início da expansão foliar; cerca
de 20 a 50 % da luz alcança o solo.
Muitas plantas do solo aproveitam a alta quantidade de
luz, florescem e completam o ciclo reprodutivo antes do
fechamento do dossel.
 Verão  maior intensidade luminosa (dias longos) no
dossel; pouca luz alcança o solo devido ao alto IAF.
 Outono  com o início da queda das folhas, outro grupo
de plantas floresce.
 Inverno  pouca luz alcança o solo; baixo IAF e dias
mais curtos (quantidade de luz no dossel é apenas 1/3 da
luz do verão).
Luz X Sombra
 Ponto de compensação luminosa  nível de
luminosidade no qual a taxa de fotossíntese = Taxa de
respiração.
 Ponto de saturação luminosa  nível de luminosidade
no qual a taxa de fotossíntese é máxima (a partir deste
ponto, um aumento na quantidade de luz não implica em
aumento da taxa fotossintética).
 Foto-inibição  nível de luminosidade no qual ocorre
diminuição (ou mesmo inibição) da taxa fotossintética.
 A relação entre a quantidade de luz e a taxa fotossintética
varia entre as espécies de plantas.
Plantas adaptadas a ambientes sombreados apresentam
um baixo ponto de compensação luminosa, um baixo
ponto de saturação luminosa, além de uma taxa
fotossintética máxima menor do que plantas adaptadas a
ambientes muito iluminados.
Ecofisiologia de Plantas Tolerantes ao
Sombreamento
 Enzima Rubisco  enzima mais abundante da Terra;
catalisa a transformação do gás carbônico em açúcar.
 Produção de rubisco  requer grande quantidade de
nutrientes.
 Em condições de baixa luminosidade, a planta produz
menos rubisco  aumento da produção de clorofila (
captação da luz) e diminuição da taxa respiratória.
 Baixa taxa respiratória  menor ponto de compensação
luminoso.
 Redução da rubisco  limita a taxa máxima
fotossintética (produção de açúcares).
Excesso de Luz
 O excesso de luz pode inibir a fotossíntese através de dois
processos: Foto-inibição (reversível) e Foto-oxidação
(irreversível).
 A foto-inibição envolve danos aos centros de reação,
quando eles são sobre-excitados. O que acontece é a
perda de proteínas envolvidas na transferência de
elétrons. Estas proteínas pode ser recuperadas
posteriormente.
 Foto-oxidação é um processo irreversível e envolve
diretamente os pigmentos receptores de luz. Quando estes
absorvem muita luz, ficam muito tempo excitados e
interagem com o CO2 produzindo radicais livres, como
superóxido (O2-), o qual pode destruir os pigmentos.
 Há algumas defesas bioquímicas, como a enzima
superóxido dismutase (SOD) que destrói os radicais
livres, mas essas defesas são insuficientes se a exposição
à alta luminosidade é prolongada.
 Alterações fisiológicas as quais reduzem os riscos de
danos em alta luminosidade. Os cloroplastos podem
mover-se de um lado ao outro da célula (ciclose); a
orientação da folha pode alterar ao ponto delas ficarem
alinhadas paralelamente à incidência dos raios solares e,
assim, absorver menos luz.
 Plantas que crescem em ambientes com muita luz têm
frequentemente características estruturais e químicas que
reduzem a quantidade de luz que alcança o cloroplasto.
As folhas podem ter superfície brilhante ou reflectivas ou
apresentarem cutícula mais espessa. As células da
epiderme podem conter antocianina, que absorve
comprimentos de onda curtos
Luz na Água
 A água absorve a luz muito rapidamente  apenas 40%
da luz incidente da superfície de um lago de águas claras
alcança 1m de profundidade.
 Os primeiros comprimentos de onda a serem absorvidos
são o vermelho e o infravermelho, seguidos pelo amarelo,
verde e violeta. Apenas o azul alcança as maiores
profundidades.
 Apenas 10% da luz azul alcança mais que 100m.
 A água pode ser considerada um ambiente de baixa
luminosidade.
 Organismos aquáticos situados na parte superior da
coluna d’água produzem limitam a quantidade de luz para
os organismos situados abaixo.
 As algas e plantas aquáticas tendem a ocupar
profundidades nas quais a intensidade luminosa seja a
mais adequada para as especificidades fisiológicas de
cada espécie.
 Normalmente ocorre foto-inibição na superfície da água.
 Muitas espécies do fitoplâncton são móveis e podem se
locomover através da coluna d’água à procura da taxa
luminosa mais adequada.
 Algas verdes, vermelhas e marrons exibem uma
profundidade preferencial que pode ser explicada pelas
diferenças entre seus pigmentos fotossintetizantes.
 Algas vermelhas são mais comuns em maiores
profundidades, pois suas células contém pigmentos que
absorvem os comprimentos de onda azul e verde.
 Algas verdes apresentam clorofila a e b, habitando
preferencialmente águas rasas e superficiais.
 Algas marrons possuem clorofila a, clorofila c e
fucoxantina, habitando profundidades intermediárias.
 Estudos recentes mostram que a distribuição dessas algas
é muito variável e dependente da intensidade luminosa e
não da composição espectral da luz.
Radiação Ultra-Violeta
 A radiação ultravioleta pode causar danos moleculares a
lipídios, proteínas e ácidos nucléicos, além de exercer
efeitos indiretos através de stress oxidativo.
 Defesas dos organismos contra raios UV: biossíntese de
substâncias que absorvem a radiação, mecanismos de
reparo do DNA, enzimas que reduzem os efeitos do stress
oxidativo, defesas comportamentais.
Efeitos da Radiação UV em Organismos
Aquáticos
 Danos potenciais  dependem da incidência da radiação
solar, da profundidade da coluna d’água e da
transparência do ecossistema em questão.
 Sistemas eutróficos de água doce e áreas costeiras dos
oceanos  menor transparência.
 Carbono orgânico particulado  quebrado em pequenas
subunidades pelos raios UV  facilidade de absorção
pelo bacterioplâncton  aumento da transparência da
coluna d’água  maior penetração da radiação UV.
Bacterioplâncton e Picoplâncton
 Muito pequenos para acumular substâncias que possam
absorver raios UV.
 Solução: alta taxa de divisão celular, rápido crescimento
populacional sistema de reparo de DNA extremamente
eficiente.
 Águas oceânicas claras  morte do bacterioplâncton nas
camadas superiores da coluna d’água.
 Áreas costeiras  alta turbidez protege o
bacterioplâncton dos efeitos nocivos dos raios UV.
Cianobactérias
 Raios UV afetam a motilitade, foto-orientação, processos
bioquímicos e fisiológicos das cianobactérias.
 Synechococcus  resiste à radiação UV alternando a
forma das proteínas do aparato fotossintético.
 Defesas comuns  produção de compostos protetores
(aminoácidos similares à micosporina - MAAs),
migração, produção de carotenóides e superóxido
dismutase, mecanismos de reparo, produção de enzimas
anti-oxidantes.
Fitoplâncton
 Raios UV destroem pigmentos fotossintetizantes,
provocam danos ao DNA e afetam o metabolismo do
nitrogênio.
 Produção de pigmentos protetores (MAAs), síntese de
antioxidantes, reparo do DNA danificado, produção de
xantofilas.
 Fitoplâncton de água doce é mais susceptível à radiação
ultra-violeta do que o fitoplâncton marinho.
Macrófitas
 A susceptibilidade das algas marinhas aos raios UV é
muito variável, o que resulta em uma distribuição
específica de espécies na coluna d’água.
 Principal defesa: produção de MAAs (algas vermelhas >
algas marrons > algas verdes).
 Algas do sublitoral que não estão expostas à radiação UV
não produzem qualquer tipo de composto.
 Algas doe supralitoral (alta exposição à luz solar)
produzem grandes quantidades e MAAs.
 Um terceiro grupo de algas tem a produção de MAAs
induzida pela luz solar.
 Espécies de algas verdes  reprodução vegetativa.
Zooplâncton
 Produção de melanina, carotenóides, MAAs.
 Migração para locais mais profundos na coluna d’água 
espécies com menos pigmentação alcançam maiores
profundidades.
 Lagos situados em altas montanhas  radiação UV é um
dos principais fatores de stress para o zooplâncton.