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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO INSTITUTO DE CIÊNCIAS NATURAIS, HUMANAS E SOCIAIS (ICNHS) Prof. Evaldo Martins Pires Doutor em Entomologia
Aula 02
ECOLOGIA GERAL
Aula de hoje:
ECOFISIOLOGIA, FATORES ECOLÓGICOS, RELAÇÕES ECOLÓGICAS, FATORES LIMITANTES E O AMBIENTE FÍSICO
Ecofisiologia (conceito) É o campo da Ecologia que estuda a influência que os fatores ambientais exercem sobre um organismo e seus processos fisiológicos, podendo aumentar e/ou reduzir seu desempenho/crescimento, etc. Exemplo: Larvas de Aedes aegypti se transformam (emergem) em adultos em média de seis dias a 18oC. Larvas de Aedes aegypti se transformam (emergem) em adultos em média de dois dias a 25oC. Plantas de eucalipto crescem em média 40 m3 / hectare / ano quando há alta incidência de chuvas e calor. Plantas de eucalipto crescem em média 20 m3 / hectare / ano quando há baixa incidência de chuvas e calor.
Estudos clássicos na área de ecofisiologia são: Verificar de que maneira a variação dos fatores ambientais (temperatura, UR, precipitação, fotoperíodo) influencia o desempenho de um determinado organismo.
Obs. Fatores ambientais podem até mesmo impossibilitar que determinado organismo ocorra em certos locais. Exemplo:
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Plantio de café “Arábica” na região de Sinop. O café Arábica se adapta a a uma região com clima mais ameno (frio). Plantio de Teca na região da Zona da Mata de MG. A Teca se adapta a uma região com clima mais quente e chuvoso.
O estudo da ecofisiologia é subdividido em dois grandes grupos:
1- Ecofisiologia vegetal Trata dos processos fisiológicos e das respostas vitais das plantas diante de mudanças que ocorrem no meio ambiente onde vivem.
A importância desses estudos estão em desenvolver e absorver novas tecnologias para a produção de madeira, visando melhorar a qualidade e competitividade dos produtos de origem florestal. Para se obter árvores adequadas a diferentes fins e ambientes, é necessário entender melhor os processos fisiológicos envolvidos na sua adaptação às condições ecológicas, principalmente nos anos com déficit hídrico mais elevado.
Exemplo bem sucedido do estudo da Ecofisiologia Vegetal Um plantio de eucalipto de semente produz em média 38 m3 / hectare / ano de madeira. Um plantio de eucalipto clonal produz em média 70 m3 / hectare / ano de madeira.
A base do estudo de melhoramento genético em eucalipto é a adaptabilidade ao local.
2- Ecofisiologia Animal Refere-se ao estudo do estado ou modificação das funções fisiológicas dos animais mediante as características locais ou funções ecológicas nas quais estão inseridos.
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1- Um exemplo bem sucedido são os programas de controle biológico de pragas agrícolas. Nesses estudos os pesquisadores visam encontrar as melhores condições ambientais para a maior produtividade de inimigos naturais.
2- Produção de gado e frangos para abate, através de estudos ecofisiológicos se sabe qual a melhor temperatura, UR, Fotoperíodo para se obter uma maior produtividade.
Alguns dos Principais Fatores que são avaliados em estudos Ecofisiológicos. Temperatura – dada em oC; oF e K
Umidade Relativa do Ar (UR) – dada em % de água suspensa no ar
Precipitação Pluviométrica – dada em mm de chuva
Velocidade e Direção do Vento – velocidade (km/h); direção (Norte – Sul)
Fotoperíodo - Intervalo de tempo decorrido entre o surgimento e o por do Sol. Também chamado de duração efetiva do dia. O fotoperíodo depende da latitude local e da inclinação do Sol na data considerada. Fotofase – é a fase de claro de um ciclo claro/escuro; dia. Escotofase – é a fase de escuro de um ciclo claro/escuro, noite.
pH (potencial hidrogeniônico) - é um importante fator que pode determinar condições de sobrevivência ou não dos seres vivos.
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FATORES ECOLÓGICOS
Antes de iniciarmos a abordagem sobre fatores ecológicos, devemos deixar bem claro que, todo organismo está submetido no meio onde vive e seus agentes físicos; climáticos; edáficos (relacionados ao solo); químicos e bióticos.
1. Fator Ecológico (conceito) Pode ser definido como fator ecológico todo elemento ou condição do ambiente capaz de agir diretamente sobre os seres vivos, pelo menos em uma fase de seu ciclo vital.
1.1. Ações que os fatores ecológicos podem exercer sobre os seres vivos A influência que os fatores ecológicos exercem sobre os seres vivos pode proporcionar eventos como: * O processo de extinção e recolonização de certas espécies (influência direta na distribuição espacial e temporal);
* Mudanças nas taxas de fecundidade, natalidade e mortalidade (o que pode influenciar diretamente na densidade das populações);
* Favorecer o aparecimento de modificações adaptativas (quantitativas e qualitativas). Seleção natural ou até mesmo estratégias de sobrevivência como hibernação (redução da temperatura corporal e metabolismo do indivíduo, estado de sonolência, com em animais de clima frio), diapausa (interrupção do desenvolvimento de ovos e larvas de insetos – dormência), estivação (como ocorre nos anuros e moluscos, é um tipo de proteção contra o secamento temporário dos habitats com a passagem para o estado de dormência ou quiescência sem perda da vitalidade) e outras.
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1.2. Os fatores ecológicos podem ser classificados em: Fatores ecológicos bióticos; Fatores ecológicos abióticos.
1.2.1 Fatores ecológicos BIÓTICOS (conceito) Em ecologia são considerados como fatores bióticos todos aqueles que estão relacionados aos seres vivos e que se associam com outros de mesma espécie ou de espécie diferente para obter alimento, proteção, transporte e reproduzir. Resumindo, são relações que os seres vivos estabelecem entre si. Essas relações podem ser: INTRA ou INTER-ESPECÍFICA; HARMÔNICA ou DESARMÔNICA
1.2.2. Fatores ecológicos ABIÓTICOS (conceito) Em ecologia entende-se por fatores abióticos como sendo todas as influências que os seres vivos possam receber em um ecossistema, derivadas de aspectos físicos, químicos ou físico-químicos do meio ambiente. Resumindo, são fatores do ambiente que influenciam os seres vivos. Ex: Temperatura, UR, Luminosidade, pH, etc...
2. Relações Ecológicas e Interações Entre as Espécies em caráter Biótico Sabemos que todos os seres vivos se relacionam com outros e essas relações podem ocorrer ao nível: Intraespecífico - ocorre entre indivíduos da mesma espécie; Interespecífico - ocorre entre indivíduos de espécies diferentes; Harmônico - nenhum dos organismos é prejudicado; Desarmônico - pelo menos um dos organismos é prejudicado.
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2.1. Tipos de relações ecológicas do tipo Biótica a) Canibalismo – é quando um animal mata e devora o outro.
Com relação ao nível, o canibalismo pode ser considerado como tipo de relação INTRAESPECÍFICA E DESARMÔNICA.
O comportamento canibal é de forma geral raro, porém sua ocorrência está relacionada e questões como: Falta de alimento Superpopulação o que gera competição por alimento; Deficiência nutricional (fonte de alimentação de baixa qualidade nutricional). Neste caso, o comportamento de canibalismo, se deve a busca por complementação alimentar. Aspectos relacionados ao processo reprodutivo (aranhas)
Figura 1. A – Canibalismo após o acasalamento. B – Canibalismo por falta de alimento.
b) Competição – o conceito de competição está relacionado a luta por alimento, territorialidade, acasalamento.
Com relação ao nível, a competição pode ser considerada como tipo de relação INTRA-ESPECÍFICA DESARMÔNICA ou INTERESPECÍFICA DESARMÔNICA
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A competição é de forma geral um comportamento freqüentemente observado e está relacionado a questões como: Limitação da população (competição entre predadores e presas. Ex. cobras e ratos); Fatores de seleção natural (os menos adaptados são eliminados por seus competidores. a história do Bode dentuço);
Figura 2. A - Competição devido a superpopulação. B – Competição pela fêmea. C – competição por territorialidade.
c) Predativismo ou predação – o conceito de predativismo está relacionado ao fato de que um animal mata outro de espécie diferente para se alimentar.
Com relação ao nível, o predativismo pode ser considerado como tipo de relação INTERESPECÍFICA e DESARMÔNICA.
O predativismo é de forma geral um comportamento freqüentemente observado e está relacionado a questões como: Equilíbrio da população de presas; Fator de seleção natural; É uma prática muito aplicada em programas de controle de pragas nos setores agrícolas e florestais.
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Figura 3. A – Leão predando uma zebra. B – Percevejo predador importante para o controle de pragas.
d) Parasitismo – o conceito de parasitismo está relacionado ao fato de que um organismo vive às custas de outro, vindo a prejudicá-lo.
Com relação ao nível, o parasitismo pode ser considerado como tipo de relação INTERESPECÍFICA e DESARMÔNICA.
O parasitismo é de forma geral um comportamento freqüentemente observado.
Exemplos clássicos de parasitismo: - Ectoparasitos - piolho nos seres humanos, pulgas e carrapatos em cães; - Endoparasitos – Ascaris sp., Isospora sp., Taenia sp. - Fungos parasitando plantas.
OBSERVAÇÃO IMPORTANTE: Não confundir parasitismo com parasitoidismo. Diferente do parasitismo, o parasitoidismo é um tipo de relação na qual o organismo parasitóide desenvolve pelo menos uma etapa de seu ciclo de vida sob um hospedeiro, vindo a matá-lo no final da relação.
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Figura 4. A – Carrapato (ectoparasito). B – Taenia sp. (endoparasito). C – Fungo parasitando planta.
Figura 5. A – Insetos parasitóide ovipositando no interior do corpo do hospedeiro. B – Larvas do parasitóide no interior do corpo do hospedeiro.
e) Amensalismo – o conceito de amensalismo está relacionado a um tipo de associação entre indivíduos de espécies diferentes na qual uma espécie inibe o desenvolvimento de outra. Ex: liberação de antibióticos por determinados fungos, causando a morte de certas bactérias.
Com relação ao nível, o amensalismo pode ser considerado como tipo de relação INTERESPECÍFICA e DESARMÔNICA.
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O amensalismo é de forma geral um tipo de relação mais comumente observada em vegetais, fungos e bactérias.
Exemplos clássicos de amensalismo: - liberação de antibióticos por determinados fungos, causando a morte de certas bactérias; - alelopatia em eucaliptocultura.
Figura 5. A – Fungo liberando compostos que causa a morte de certas bactérias. B – Plantas de eucalipto liberam compostos no solo que matam todos os outros vegetais (alelopatia).
e) Foresia ou forésia – o conceito de foresia está relacionado a um tipo de associação entre indivíduos de espécies diferentes em que um se utiliza do outro para transporte sem parasitismo e sem prejudicá-lo.
Com relação ao nível, a foresia pode ser considerada como tipo de relação INTERESPECÍFICA e HARMÔNICA.
A foresia é de forma geral um comportamento associado a atividade de polinização, onde ocorre a transferência de grãos de pólen de uma flor para o estigma de outra, ou para o seu próprio.
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Exemplos clássicos de foresia: - Relação da rêmora ou peixe-piolho com o tubarão (esse peixe gruda-se nos tubarões e se alimentam de restos alimentares das presas); - Transporte de pólen por abelhas; - Transporte de sementes por pássaros e insetos.
Figura 6. A – Rêmora e tubarão. B – Abelha em atividade de polinização. C – Pássaro transportando material, inclusive sementes.
f) Mutualismo ou Protocooperação – o conceito de mutualismo está relacionado a questão de troca de benefícios entre os seres vivos, com ou sem interdependência.
Com relação ao nível, o mutualismo pode ser considerado como tipo de relação INTERESPECÍFICA e HARMÔNICA.
Exemplos clássicos de mutualismo: - Relação entre o crocodilo e a ave palito (a ave se alimenta de restos de alimento nos dentes dos crocodilos, nisso, promovem a limpeza dos dentes); - Relação entre algumas espécies de formigas e os pulgões (as formigas se alimentam de exsudados liberados pelo pulgão e com isso desenvolvem sua proteção).
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Figura 7. A – Ave palito se alimentando de restos de comida nos dentes de crocodilo e com isso promovendo a limpeza dos mesmos. B – Formiga se alimentando de exsudados liberados pelos pulgões e com isso fazendo a sua proteção contra predadores.
g) Inquilinismo – o inquilinismo trata-se de um tipo de relação ecológica entre organismos de diferentes espécies. Nesta relação, apenas uma espécie é beneficiada sem, entretanto, ocorrer prejuízo para a outra espécie associada.
Com relação ao nível, o inquilinismo pode ser considerado como tipo de relação INTERESPECÍFICA e HARMÔNICA.
Exemplo clássico de inquilinismo: - Bromélia sobre árvores; - Peixe agulha e o pepino do mar.
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Figura 8. A - Bromélia sobre tronco de uma árvore. B – Peixe agulha e o pepino do mar.
h) Comensalismo – o conceito de comensalismo está relacionado ao fato de que um organismo se alimentar de restos alimentares de outro.
Com relação ao nível, o comensalismo
pode ser considerado como tipo de relação
INTERESPECÍFICA e HARMÔNICA.
Exemplos clássico de comensalismo: - Relação rêmora x tubarão; - Relação hiena leão.
Figura 8. A – Rêmora e o tubarão. B – Hiena se alimentando de um pedaço de carcaça deixada pelo leão.
i) Sociedade – o conceito de sociedade está relacionado aos indivíduos com vida gregária onde eles se organizam hierarquicamente, cooperam entre si no que diz respeito a divisão de tarefas e trabalho visando o desenvolvimento da população.
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Com relação ao nível, a sociedade pode ser caracterizada por apresentar um tipo de relação INTRAESPECÍFICA e HARMÔNICA.
Exemplos clássico de sociedade: - Sociedade humana; - Sociedade de formigas; - Sociedade de abelhas.
Figura 9. A – Sociedade humana. B – Sociedade de abelhas. C - Sociedade de formigas.
j) Colônia – o conceito de colônia está relacionado a união de indivíduos anatomicamente e/ou fisiologicamente semelhantes, onde esses indivíduos apresentam um elevado grau de dependência entre si e que em geral perderam a capacidade de viver isoladamente. Podendo ou não ocorrer divisão do trabalho
Com relação ao nível, a colônia pode ser caracterizada por apresentar um tipo de relação INTRAESPECÍFICA e HARMÔNICA.
Exemplos clássico de colônia: - Colônia de corais; - Colônias de bactérias.
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Figura 10. A – Colônia de corais. B – Colônia de certas bactérias.
Observação importante para a diferenciação entre Sociedade e Colônia: É correto falarmos colônia de abelhas, formigas? Não, pois as abelhas e formigas apresentam diferenciação, uma vez que existem rainha e zangões ou machos (que apresentam funções reprodutivas), soldados (destinam-se a proteção) e operárias (destinam-se ao trabalho). Neste caso, cada indivíduo pode sobreviver separadamente, sendo chamados de espécies eusociais, ou seja, formam uma sociedade e não uma colônia.
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3. Relações dos seres vivos com Fatores ecológicos ABIÓTICOS
Os fatores abióticos podem ser:
a) Temperatura É um fator abiótico de grande importância para os seres vivos e influencia seu metabolismo, períodos de atividade, desenvolvimento, reprodução, suas características morfológicas e aspectos comportamentais.
De acordo com as variações de Temperatura os seres vivos ser agrupados da seguinte forma:
- Organismos estenotérmicos - São aqueles que não toleram grandes variações térmicas. Exemplo: lagartixa;
- Organismos euritérmicos - São aqueles capazes de tolerar grandes variações térmicas. Exemplo: lobo;
De acordo com a Temperatura corporal os organismos são agrupados em:
- Heterotérmicos – São seres que a temperatura corporal varia com a temperatura ambiente. Exemplo: répteis, ambíbios;
- Homeotérmicos – São seres que tem temperatura corporal constante. Exemplo: aves, mamíferos;
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Alterações na temperatura podem influenciar em questões relacionadas à adaptabilidade de organismos à condições desfavoráveis, alguns fenômenos são:
- Migração - Os animais percorrem distâncias variadas em busca de ambientes propícios para a reprodução, com melhores condições climáticas e presença de alimentos. Exemplo: Andorinhas, flamingos, Lepidoptera (borboletas).
- Hibernação - Os animais diminuem suas atividades vitais, devido ao frio. Exemplo: Ursos, morcegos.
- Estivação - Algumas espécies diminuem suas atividades vitais, devido ao calor. Exemplo: crocodilos, moluscos, quelônios (tartarugas).
Adaptações que permitem aos animais resistir às condições de temperatura: - Quantidade de gordura Em regiões frias: maior teor de gordura Em regiões quentes: menor teor de gordura
- Tamanho e densidade dos pêlos Em regiões frias: mais densos e compridos Em regiões quentes: menos densos e curtos
- Tamanho das orelhas e focinhos Em regiões frias: orelhas e focinhos curtos Em regiões quentes: orelhas e focinhos compridos
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Em regiões frias, animais que possuem essas características fazem com que a perda de calor seja reduzido. Todavia, em regiões quentes, animais que possuem essas características são favorecidas na perda de calor para o meio e evitam o sobre aquecimento.
Quanto à adaptabilidade das plantas às baixas temperaturas, elas podem ser:
- Anuais - As plantas anuais não suportam o intenso frio do inverno e deixam suas sementes para germinar no ano seguinte. Exemplo: Feijoeiro;
- Bienais - As plantas bienais em baixas temperaturas perdem sua parte aérea, porém mantém sua parte subterrânea. Exemplo: Lírio;
- Perenes ou Vivazes - Estas plantas conseguem manter suas estruturas o ano todo. Exemplo: Papoula;
b) Luz Fundamental no processo fotossintético, responsável pela produtividade nos ecossistemas, fonte de energia essencial a vida no nosso planeta. A luz é um importante fator abiótico e atua sob diversas formas (intensidade, radiação, direção e duração). A luz ainda pode influenciar nas variações da atividade diária e sazonal de alguns animais e estar associada a aspectos reprodutivos onde alguns insetos produzem luz para localização e atração do parceiro sexual (bioluminescência).
O fator abiótico Luz ainda divide os seres vivos em alguns grupos como: - Eurifóticos - seres que suportam grandes variações de luz;
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- Estenofóticos - seres que não suportam grandes variações de luz; - Plantas umbrófitas: vegetais adaptados à sombra.
A luz pode influenciar alguns organismos em diversos aspectos. Existem organismos de hábitos diurnos e noturnos. Há também aqueles que são fortemente atraídos pela luz (mariposas), enquanto outros a evitam (toupeira, larvas de mosca). É importante saber o significado do termo fotoperíodo que é o número de horas de luz por dia, ou seja, a duração do dia. O fotoperíodo pode variar com as estações do ano e também tem importante papel na regulação do relógio biológico, que se manifesta sob forma de diversos ritmos.
c) Água De fundamental importância para todos os seres vivos, e, essencial a vida.
Algumas das principais associações da água com a vida em nosso planeta: - Entra na composição das células de todo ser vivo; - Está presente em todos os processos metabólicos; - Tem papel fundamental na regulação do clima em nosso planeta, na regulação da temperatura corporal dos homeotermos e na distribuição dos seres vivos na biosfera.
Os seres são classificados em função da relação que mantém com a água, podendo ser: Hidrófilos e Hidrófitos- Animais e vegetais que vivem permanentemente na água; Exemplo: peixes, vitória régia. Higrófilos e Higrófitos - Animais e vegetais que vivem em ambientes úmidos. Exemplo: anfíbios, bananeira Mesófilos e Mesófitos – Seres que vivem em áreas mais ou menos úmidas. Exemplo: protozoários, bactérias; Xerófilos e Xerófitos - Animais e vegetais que vivem em ambientes secos.
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Exemplo: mamíferos de deserto, cactáceos. Tropófitas - Seres que suportam grande variação de umidade. Exemplo: alguns tipos de plantas
d) Umidade relativa Assim como a temperatura, a umidade relativa é um fator de grande importância para os seres vivos devido a influencia que exerce no metabolismo, períodos de atividade, desenvolvimento, reprodução, morfologia e aspectos comportamentais dos organismos. Além do com a umidade é um fator desencadeador de outros tipos de relações, como por exemplo, ao nível biótico: Exemplo: a umidade relativa (UR) elevada pode favorecer a presença de fungos sobre outros organismos.
e) pH O pH (potencial hidrogeniônico) é um importante fator abiótico devido a sua representatividade na limitação da vida, ou seja, o pH determina condições de sobrevivência ou não dos seres vivos.
f) Substâncias inorgânicas As substâncias inorgânicas são aquelas envolvidas nos ciclo dos materiais Exemplo: carbono, azoto, oxigênio, etc.
g) Compostos orgânicos Os compostos orgânicos são àqueles que ligam o biótico ao abiótico. Exemplo: nutrientes, substâncias húmicas.
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FATORES LIMITANTES E O AMBIENTE FÍSICO
A Lei do Mínimo
Proposta pelo biólogo alemão Justus Liebig no século XIX, diz que “o sucesso de um organismo em um meio ambiente depende de que nenhum fator de sobrevivência exceda seu limite de tolerância”.
Em outras palavras, para que um ser vivo continue vivo, todos os fatores necessários à sua sobrevivência devem estar presentes, de nada adianta haver excesso de todos se um estiver em falta. Liebig concluiu, acertadamente, que “o organismo não é mais forte que o elo mais fraco de sua cadeia ecológica de necessidades”.
Um componente ambiental é considerado fator limitante quando está em carência, em completa falta ou, quando excede ao nível máximo tolerável. A faixa de tolerância de um fator limitante fica compreendida entre os limites superior e inferior tolerável por um organismo.
Exemplo prático para entendimento: (Carência) 1- Nitrogênio, Fósforo e Potásio (NPK) são alguns dos nutrientes essências para o bom desenvolvimento de mudas de eucalipto. No entanto, se não houver água disponível não haverá desenvolvimento. 2- CO2, água e nutrientes presentes no solo, são indispensáveis para o desenvolvimento vegetal, porém, se não houver luz (Sol) não haverá a fotossíntese e o processo de nutrição vegetal não acontecerá.
(Excesso) 1- Á água é indispensável o desenvolvimento vegetal, porém quando fornecida em excesso, prejudica o solo, fazendo a lavagem dos nutrientes, proporciona condições favoráveis a instalação de microrganismos patogênicos, etc.
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MOMENTO BATE BOCA Temas de hoje Estou desenvolvendo um projeto para estabelecer um plantio de café arábica na região Norte do estado do Mato Grosso. Quais são as expectativas que posso ter para o sucesso do meu empreendimento? Ano passado, houve em grande problema aqui na região Norte do Mato Grosso que acometeu de forma assustadora os pecuaristas locais. Um ataque severo de cigarrinha-das-pastagens causou grandes prejuízos devido a “queima das pastagens” (conseqüência do ataque das cigarrinhas). Como podemos entender este acontecimento, uma vez que foi a primeira vez que ocorreu esta situação com esta intensidade. Ainda, com relação a cigarrinha das pastagens, foi recomendado aos pecuaristas a aplicação de um defensivo agrícola, biológico, chamado Metarhizium anisopliae (uma espécie de fungo entomopatogênico) que apresenta bons resultados no controle dessa praga. No entanto, aqui não foi efetivo no controle. Por que?