Guía de estudio - Universidad Estatal a Distancia
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NATALIA RAMÍREZ ALBÁN BIOLOGÍA III Guía de estudio Código 3113 Revisión filológica María Benavides González Diagramación e ilustraciones Producción académica Evelin Umaña Ramírez Evelin Umaña Ramírez Encargada de cátedra Carolina Godoy Cabrera Esta guía de estudio ha sido confeccionada en la UNED, en el año 2011, para ser utilizada en la asignatura Biología III, código 3113, impartida en el programa Enseñanza de las Ciencias Naturales. Universidad Estatal a Distancia Vicerrectoría Académica Escuela de Ciencias Exactas y Naturales 2 Contenido Presentación ......................................................................................... 4 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan................................................. 6 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la tierra ..................................... 22 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones .......................... 36 Tema 4. Interacciones con la comunidad ............................................. 56 Referencias bibliográficas ................................................................... 66 3 Guía de estudio Biología III (código 3113) Presentación El curso Biología III (código 3113), impartido por la cátedra de Ciencias Biológicas, Escuela de Ciencias Exactas y Naturales, pretende mejorar la visión sobre aspectos colectivos, como lo son las implicaciones de la contaminación ambiental, la utilización de los recursos naturales y el crecimiento de las poblaciones, cuyos efectos se manifiestan en los ecosistemas del planeta. El propósito es incentivar la formulación de respuestas reflexivas y prácticas por parte de los estudiantes, quienes, como futuros docentes, impulsarán a sus alumnos en las prácticas de conservación y utilización racional de los elementos del ambiente. La presente guía de estudio le ofrece pautas sobre cómo utilizar el libro Los seres vivos: su evolución y ecología, de Audersirk, Audersirk y Byers (2011) y el material complementario Temas de biología para Costa Rica, de Audersirk, Audersirk, Byers y Molina (2009). En adelante, a la primera obra se le llamará “el texto” y a la segunda, “el folleto”, los cuales ofrecen los contenidos pertinentes para satisfacer los propósitos de esta asignatura. La guía se encuentra dividida en temas. En cada uno encontrará un sumario y objetivos de aprendizaje, con los cuales el estudiante se orientará en la lectura de los contenidos del texto y folleto. Dichos objetivos serán considerados como parte de los lineamientos para diseñar la evaluación de la asignatura. En la sección guía de lectura, al inicio de cada tema, aparece un cuadro con información sobre las páginas del texto o folleto correspondientes a los detalles de repaso descritos en la respectiva sección. Seguidamente, encontrará el desarrollo de los conceptos más importantes del tema para ser considerados por los estudiantes, quienes participarán en la elaboración de la 4 Guía de estudio Biología III (código 3113) información, a partir de la lectura realizada en el texto y folleto. Se diseñaron figuras, cuadros y actividades para reforzar el aprendizaje de los contenidos y como apoyo práctico para la evaluación del curso. Los temas en la presente guía, serán discutidos en las tutorías correspondientes. Se le sugiere seguir la secuencia indicada en el siguiente cuadro: Tema en la guía de estudio 1 2 Capítulo del texto Ecosistemas: ¿cómo ¿Cómo funcionan los funcionan? ecosistemas? Los diversos ecosistemas Los diversos ecosistemas de la de la Tierra Tierra 3 Poblaciones 4 Comunidades Crecimiento y regulación de las poblaciones Interacciones con la comunidad Páginas del texto 339 a la 359 361 a la 393 297 a la 317 319 a la 337 El estudio del tema dos incluye la lectura de la sección “Ecosistemas de Costa Rica”, localizado entre las páginas 1 y 10 del folleto Temas de biología para Costa Rica. Se le recomienda leer los contenidos del texto y desarrollar los ejercicios al final de cada capítulo para reafirmar su aprendizaje. Posteriormente, realice un repaso temático con esta guía, en donde encontrará actividades y argumentos dinámicos con los cuales complementará el estudio de los conceptos aprendidos. Al finalizar este curso, usted será capaz de aplicar los fundamentos básicos de la ecología en situaciones reales de nuestro país y Latinoamérica. 5 Guía de estudio Biología III (código 3113) Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan Tema 1 ECOSISTEMAS: ¿CÓMO FUNCIONAN? Sumario Vía de la energía y los nutrimentos ¿Cómo fluye la energía a través de las comunidades? ¿Cómo se desplazan los nutrimentos dentro y entre los ecosistemas? ¿A qué se deben la lluvia ácida y el calentamiento global? ¿Qué causa la lluvia ácida o sedimentación ácida? ¿Cómo contribuye la alteración del ciclo de carbono al calentamiento global? Objetivos Al finalizar el estudio de la lectura asignada del texto, entre otras habilidades, usted será capaz de: Definir los conceptos básicos del ecosistema. Explicar las reacciones involucradas en el flujo de energía en un ecosistema. Describir el desplazamiento de los nutrimentos dentro de los ecosistemas y entre ellos. Analizar los efectos de distintos impactos ambientales sobre el funcionamiento de los ecosistemas. 6 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? Guía de lectura Refiérase a los contenidos ubicados entre las páginas 339 y 359 del texto Los seres vivos: su evolución y ecología, correspondiente al capítulo 16, “¿Cómo funcionan los ecosistemas?”. Luego, proceda a repasar el desarrollo temático presentado a continuación. Introducción La Ecología tiene varias definiciones; según Smith y Smith (2001), es el estudio científico de las relaciones entre los organismos y su ambiente. El término ecología deriva de las palabras griegas oikos, entendido como “casa”, y logia, definido como “el estudio de”. Por lo tanto, la ecología es el estudio de la casa. Esta guía comenzará con la definición del concepto de ecosistema y su descripción, se estudiará cada uno de sus componentes hasta llegar a un análisis de su unidad menor. Para iniciar, imagine el planeta Tierra desde el espacio, como se muestra en la figura 11, en la cual puede distinguir la parte donde se encuentran las formas de vida. Toda esa variedad de colores observados representan una amplia variedad de ecosistemas. Al conjunto de los ecosistemas de la Tierra o ecosistema planetario, se le llama biosfera. Un ecosistema, como se mencionó anteriormente, es la mayor unidad de la ecología. Figura 1. Planeta Tierra Fuente: Wikimedia commons1 1 File:Nasa earth.jpg (en línea, <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/Nasa_earth.jpg?uselang=es>, consultado en Julio del 2011) 7 Guía de estudio Biología III (código 3113) ¿Qué significa ecosistema? El prefijo eco se refiere al ambiente; el sistema involucra a un conjunto de partes (factores bióticos y abióticos) interrelacionados, los cuales funcionan como un todo. Regresemos a la figura 1, si acercamos aún más la imagen y logramos distinguir un bosque tropical, como el representado en la figura 2. Identifique cuatro ejemplos para cada una de las variables señaladas en el esquema. Figura 2. Ecosistema de un bosque tropical FACTORES BIÓTICOS FACTORES ABIÓTICOS 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4. 8 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? Los recursos audiovisuales son una excelente ayuda para impartir sus lecciones como docente de Ciencias Naturales. Luego de ingresar en el siguiente vínculo, diríjase a la parte derecha de la página y haga doble clic en el ícono foto 180, conducirá a una ventana en donde se aprecia la imagen de un bosque tropical, visto desde un ángulo de 180º. El video fue tomado en La Estación Biológica La Selva, en Sarapiquí, Heredia, Costa Rica. http://www.nacion.com/Generales/Subsitios/AldeaGlobal/2011/DiaMun dialdelAmbiente.aspx 1.1. Vía de la energía y los nutrimentos Regresemos a la pregunta inicial, ¿cómo funcionan los ecosistemas? Su mecanismo de acción se realiza gracias a un flujo continuo de energía de la luz solar y un reciclado constante de los nutrientes. Según Audesirk et al. (2011), la energía es la capacidad de realizar un trabajo. Una forma de energía es la transmitida por el sol, la cual llega a la Tierra en forma de luz y es captada por los seres autótrofos, como las plantas, en forma de fotones y permite la activación de procesos como la fotosíntesis, el cual convierte la energía lumínica en compuestos orgánicos como los azúcares. Las plantas necesitan, además de la energía lumínica, algunos nutrientes para producir su alimento. Estas sustancias son adquiridas del ambiente y se requieren para la supervivencia, crecimiento y desarrollo de un organismo; se encuentran disponibles en la Tierra gracias a los ciclos biogeoquímicos. El ciclo de los nutrientes, también, responde a procesos de transformaciones de energía, correspondientes a los postulados de las leyes de la termodinámica. 9 Nutrimento se refiere a los alimentos producidos por las plantas, gracias a la acción de la Guía de estudio Biología III (código 3113) Primera ley de la termodinámica Se refiere a la transformación cíclica de la energía sin conocer su origen; dicho de otra manera, la energía no se crea ni se destruye, solamente cambia de forma. No hay ganancia ni pérdida en la energía total (figura 3). Energía calorífica SOL Se irradia de vuelta al espacio ECOSISTEMA 1 Comunidad A ECOSISTEMA 2 Comunidad B Comunidad C Comunidad D Figura 3. Representación de la primera ley de la termodinámica En la figura anterior, las flechas representan el flujo unidireccional continuo de la energía, parte de esta se repone, constantemente, a partir del Sol. La energía, al transformarse o transferirse a distintos niveles tróficos, se libera en forma de calor. 10 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? Segunda ley de la termodinámica Cuando se transforma la energía o se transfiere, parte de ella adopta una forma en la cual no puede ser trasladada a otra parte del ecosistema y por lo tanto se pierde. Esto ocurre con el calor liberado en cada uno de los procesos de cambio de la energía; es así como aumenta la entropía aumenta (figura 4). Figura 4. Representación de la segunda ley de la termodinámica Observe la manera como los nutrientes pasan de forma continua por ciclos y se aprovechan repetidamente dentro y entre los ecosistemas. En cada paso, parte de la energía adquirida junto con los nutrientes se disipa en forma de calor, con lo cual aumenta la entropía en los ecosistemas. 11 Guía de estudio Biología III (código 3113) La entropía es una descripción termodinámica de la medida de energía no aprovechable, la cual se acumula en un sistema y corresponde al desorden molecular Las leyes de la termodinámica dictan las complejas interacciones entre las poblaciones de los ecosistemas, comunidades y su ambiente abiótico (Audesirk et al., 2011). En la página 340 del texto, se encuentra la figura 16-1, la cual representa cómo ocurre el flujo de energía y ciclos de los nutrimentos entre los ecosistemas. 1.2. ¿Cómo fluye la energía a través de las comunidades? Los seres vivos necesitamos fuentes de energía, como los carbohidratos y los combustibles fósiles, para realizar nuestras actividades. ¿Alguna vez se ha Cerca de 0,03% de la energía solar transmitida a la Tierra se utiliza para sostener la vida en el planeta preguntado cuánta energía se necesita para mantener la vida en la Tierra? Observe la figura 2 del bosque tropical y anote, en la siguiente pirámide, el nombre de un organismo representativo para cada nivel trófico. Consumidores terciarios Heterótrofos o consumidores secundarios 1._____________________________ 2._____________________________ 3._____________________________ Heterótrofos o consumidores primarios Autótrofos o productores 4._____________________________ La energía almacenada por los organismos fotosintéticos se encuentra a disposición de otros miembros de la comunidad durante un periodo específico; a este proceso se le denomina productividad primaria neta. 12 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? Refiérase a la figura 16-3 del texto, ubicada en la página 341, en donde se muestra una comparación de la productividad de algunos ecosistemas. Seguidamente, anote en el cuadro 1 y en orden, de mayor a menor productividad, cada uno de los ecosistemas. Recuerde escribir las unidades. Cuadro 1. Comparación de la productividad de distintos ecosistemas Ecosistema Productividad primaria neta media 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Actividad La energía y los nutrientes tienen una dirección determinada en cada nivel trófico de los ecosistemas. Algunos contaminantes se absorben dentro de los organismos y se acumulan. La cantidad de las sustancias químicas aumenta en relación con su posición en la red trófica; de esta forma, los depredadores contienen mayor concentración de sustancias comparado con los cuerpos de sus presas. A este proceso se le conoce como amplificación biológica. Lea la página 345 del texto e investigue otros tipos de contaminantes químicos amplificados en las redes tróficas del trópico. 13 Guía de estudio Biología III (código 3113) 1.3. ¿Cómo se desplazan los nutrimentos dentro y entre los ecosistemas? Los nutrientes son elementos y moléculas pequeñas constituyentes de todos los componentes básicos de la vida; están disponibles para los procesos biológicos gracias a los ciclos, es decir, son reutilizados. Esta reserva de nutrimentos ha sostenido la vida durante más de 3000 millones de años. Se clasifican en macro y micronutrientes, estos circulan entre los sustratos bióticos y abióticos a través de los ciclos biogeoquímicos, dentro y entre las comunidades de los ecosistemas. Los elementos circulan por medio del aire, la tierra, el agua, y entre los seres vivos siguiendo rutas complejas. Todos los materiales naturales necesarios para garantizar la continuidad de la vida se encuentran dentro de la misma biosfera y son los elementos: carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, principalmente. La función ecológica de los seres vivos se basa en el reciclaje de estas sustancias, al consumirlas, utilizarlas y desecharlas; de esta manera, otros organismos (los descomponedores) reintegran las sustancias en sus formas minerales al medio, donde los productores las aprovechan para construir azúcares e incorporar otros nutrientes, los cuales son consumidos e incorporados a los tejidos de otros organismos (Vásquez, 2001). A continuación se estudiará los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, fósforo y agua, comprendidos entre las páginas 348 y 351 de una manera esquemática. 14 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? Actividad Escriba las palabras de la lista en trozos de papel y ubíquelos en la figura 5 para describir el ciclo del carbono. Dibuje flechas para señalar la dirección de este elemento dentro del ecosistema. Para más detalles, refiérase a la figura 16‐8 de la página 348 del texto. CO2 atmosférico, productores acuáticos, consumidores acuáticos, productores, detritos en el agua, respiración celular, bacterias del suelo y detritívoros, consumidores, CO2 disuelto en agua. Figura 5. Refugio Nacional de Vida Silvestre Laguna Mata Redonda, Nicoya, Guanacaste Fuente: Evelin Umaña 15 Guía de estudio Biología III (código 3113) Actividad Complete la figura 6 correspondiente al ciclo del nitrógeno. Utilice las siguientes palabras: Fijación del N (se repite dos veces), nitrito, N2 en la atmósfera, fijación del N, Amonio NH4+, descomponedores, desnitrificación, nódulos radicales de las leguminosas. Figura 6. Ciclo del nitrógeno Fuente: Pearson Education para la cátedra de Ciencias Biológicas de la UNED 16 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? Actividad Complete la figura 7 correspondiente al ciclo del agua con las siguientes palabras: Precipitación, evaporación, transpiración, movimiento neto de vapor de agua, ríos y aguas subterráneas, percolación en el suelo. Figura 7. Ciclo del agua Fuente: Pearson Education para la cátedra de Ciencias Biológicas de la UNED 17 Guía de estudio Biología III (código 3113) Actividades complementarias Con ayuda de sus estudiantes, busque revistas o periódicos y recorte las figuras necesarias para montar un paisaje, en una cartulina o papel periódico, a manera de mural. Deben tener, al menos, vegetación (productores), consumidores, volcanes, fauna edáfica, descomponedores, agua (ríos, lagos, lluvia, mantos acuíferos), quema de combustibles y de madera, nubes (representan atmósfera), entre otros. Represente los ciclos biogeoquímicos y discuta sobre sus alteraciones. 1.4. ¿A qué se deben la lluvia ácida y el calentamiento global? Cuando el flujo de energía y los ciclos biogeoquímicos se ven alterados, se afecta el funcionamiento de los ecosistemas y, por lo tanto, de todos sus componentes. Los seres humanos somos los principales causantes de los problemas ambientales; la población humana aumenta cada día la demanda de productos y extraemos del ambiente recursos de manera no sostenible. Se requiere incrementar la extracción de materias primas, producción de alimentos y se consumen más combustibles fósiles, cuyo resultado es la excesiva generación de nutrimentos y, como consecuencia, se alteran los ciclos respectivos al no poder procesarlos con eficiencia. Ejemplos de resultados directos de la dependencia humana respecto a los combustibles, son la lluvia ácida y el calentamiento global. 18 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? 1.4.1. ¿Qué causa la lluvia ácida o sedimentación ácida? La sobrecarga de los ciclos del nitrógeno y del azufre es la principal causa de la lluvia ácida. Al combinarse con el vapor de agua de la atmósfera, los óxidos de nitrógeno se transforman en ácido nítrico, y el dióxido de azufre, en ácido sulfúrico. Después de un tiempo, y a grandes distancias de la fuente, los ácidos se precipitan junto con la lluvia y causan daños; pueden corroer los edificios, dañar árboles, cultivos, dejar lagos y ríos sin vida, acidificar suelos e inhibir el crecimiento de las plantas. Actividad Después de leer el apartado 4, “¿A qué se deben la lluvia ácida y el calentamiento global?”, entre las páginas 351 y 355. Describa el impacto ambiental de la lluvia ácida representado en la figura 8. Figura 8. Representación de las causas y efectos de la lluvia ácida 19 Guía de estudio Biología III (código 3113) 1.4.2. ¿Cómo contribuye la alteración del ciclo del carbono al calentamiento global? La Revolución industrial propició la explosión de los combustibles fósiles como fuente de energía. Al quemarlos en fábricas, automóviles y centrales termoeléctricas, se emite dióxido de carbono (CO2), el cual se acumula en la atmósfera. Por otra parte, la deforestación genera grandes cantidades de CO2, principalmente, en los trópicos. El carbono almacenado en los enormes árboles regresa a la atmósfera luego de ser cortados; la mayor parte de la madera utilizada termina en procesos de combustión. El CO2 es un gas con la capacidad de producir el efecto de invernadero, lo cual implica una retención del calor. Al unirse este gas junto con el vapor de agua, metano, óxido nitroso y ozono, entre otros, absorben la radiación térmica (calor) emitida por la superficie y la atmósfera de la Tierra. Al existir aumento de emisiones de estos gases hacia la atmósfera, el efecto invernadero natural se amplifica y produce el fenómeno conocido como calentamiento global. Este aumento de temperatura conlleva al deshielo de los casquetes polares y los glaciares, así, se incrementa el nivel del mar y cambia el régimen de precipitación, entre otras consecuencias. 20 Tema 1. Ecosistemas: ¿cómo funcionan? Actividades complementarias Usted puede calcular las emisiones de CO2 de su casa u oficina. ¿Cómo podría reducirlas? Consulte el siguiente enlace para orientar su respuesta: http://www.costaricaneutral.cr/index.php?option=com_wrapper&view=wr apper&Itemid=47 Repase el apartado “Nuestras decisiones tienen consecuencias”, en la página 355 del texto. Además, compleméntelo con la lectura del artículo “Costa Rica está lejos de cumplir meta de ser carbono neutral”, lo encontrará en el siguiente enlace: http://www.nacion.com/Generales/Subsitios/AldeaGlobal/2011/DiaMund ialdelAmbiente/NotasSecundarias/Subsitios2798666.aspx Discuta los criterios de los autores y responda, ¿cómo podríamos contribuir con la reducción de las emisiones de CO2? Puede trabajar este tema con sus estudiantes, primero elabore una lista de las prácticas productoras de emisiones de carbono y luego otra sobre las medidas de mitigación, las cuales pueden desarrollar en la comunidad. Para ampliar su conocimiento sobre las emisiones de carbono, lea los artículos de La Nación digital en los siguientes vínculos: “Sembrar árboles ayuda, pero no es suficiente” http://www.nacion.com/Generales/Subsitios/AldeaGlobal/2011/DiaMundi aldelAmbiente/NotasSecundarias/Subsitios2798675.aspx “MOPT está rezagado en transportes más limpios” http://www.nacion.com/Generales/Subsitios/AldeaGlobal/2011/DiaMundi aldelAmbiente/NotasSecundarias/Subsitios2798674.aspx 21 Guía de estudio Biología III (código 3113) Tema 2. Los diversos ecosistemas de la tierra Tema 2 LOS DIVERSOS ECOSISTEMAS DE LA TIERRA Sumario ¿Qué factores influyen en el clima de la Tierra? ¿Qué condiciones son necesarias para la vida? ¿Cómo se distribuye la vida en los ecosistemas terrestres y acuáticos? ¿Cómo es la clasificación de los ecosistemas en Costa Rica? Objetivos Al finalizar el estudio de la lectura asignada del texto, entre otras habilidades, usted será capaz de: Comparar los diversos ecosistemas de la Tierra. Distinguir las condiciones adecuadas para la vida. Identificar los factores determinantes de los climas de la Tierra. Explicar las condiciones necesarias para la vida. Diferenciar la distribución de la vida en la tierra y el agua. Discutir acerca del uso de los diferentes ecosistemas. Caracterizar los distintos ecosistemas de Costa Rica. Interpretar el marco jurídico de la conservación en Costa Rica. 22 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la Tierra Guía de lectura Los primeros tres temas pertenecen al capítulo 17, “Los diversos ecosistemas de la Tierra”, comprendido entre las páginas 362 y 387 del texto. Además, incluye el tema 1, “Ecosistemas de Costa Rica”, localizado entre las páginas 1 y 10 del folleto Temas de biología para Costa Rica. Luego, proceda a repasar el desarrollo temático presentado a continuación. Introducción Los biomas son las unidades ecológicas más amplias del planeta, distinguidas por su composición biológica y distribución geográfica. Sus ecosistemas se encuentran interrelacionados en la amplia red conocida como biosfera. El territorio continental de Costa Rica es de 51 100 km2 y forma parte de esta red biológica. Para garantizar la protección y conservación de sus ecosistemas, las leyes ambientales promueven el manejo sostenible de los recursos naturales y sanciona a quienes cometan delitos. En este capítulo se estudiarán los ecosistemas terrestres y acuáticos, enfatizando en los factores influyentes en su diversidad y distribución. Igualmente, se presentarán los aspectos más importantes de las zonas de vida de nuestro país. 23 Guía de estudio Biología III (código 3113) 2.1. ¿Qué factores influyen en el clima de la Tierra? El tiempo y el clima son factores físicos influyentes en la distribución de la vida. El estado del tiempo se refiere a las oscilaciones de temperatura, humedad, nubosidad, viento y la precipitación acontecidas en una región durante períodos de horas o días. El clima abarca los regímenes de tiempo atmosférico predominantes a lo largo del año en una región. La cantidad de luz solar, la precipitación y el intervalo de temperaturas determinan el clima. El estado del tiempo afecta a los organismos individuales y el clima interviene en la distribución general de las especies en una región determinada. Diariamente, recibimos información de los medios de comunicación sobre el clima o el tiempo; muchas veces, los términos se utilizan de forma equivocada. Actividad Consulte noticias en periódicos, canales de televisión, radio o internet y preste atención a los pronósticos del tiempo. Establezca los conceptos clima y tiempo se utilizan de la forma correcta o incorrecta. Justifique su respuesta. Debido al eje inclinado del planeta Tierra, existen variaciones climáticas o estaciones a lo largo del ciclo de traslación. En algunos sitios las condiciones son extremas para el desarrollo de vida, en otras, como los trópicos, los ámbitos de temperaturas y precipitación anuales garantizan mayor abundancia de organismos. Sin embargo, hay diferencias climáticas entre regiones debido a la interferencia de algunos elementos abióticos. Observe la figura 9 y complete el cuadro 2 con la descripción los factores determinantes del clima. 24 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la Tierra Energía solar Corrientes de aire Corrientes oceánicas CLIMA Montañas y continentes Latitud Figura 9. Factores influyentes en el clima Cuadro 2. Descripción de la influencia de algunos factores en el clima Factor Descripción Energía solar Latitud Corrientes de aire Corrientes oceánicas Montañas y continentes Para aumentar su conocimiento sobre los factores climáticos, el desarrollo urbano y su crecimiento a través de los años, puede consultar el libro de Kohlmann, Wilkinson y Lulla. (2002). Costa Rica desde el espacio. San José: Editorial Heliconia. 25 Guía de estudio Biología III (código 3113) 2.2. ¿Qué condiciones son necesarias para la vida? A continuación, se muestran los recursos necesarios para permitir el desarrollo de la vida: Nutrientes Agua líquida Energía Temperaturas Su distribución y proporción es desigual en todo el planeta; consecuentemente, las especies se ubican en función de estos en los ecosistemas terrestres y acuáticos. De no estar presente uno o varios de estos recursos, no se desarrolla la vida; igualmente, si algunos de ellos sufren alteraciones por el impacto humano, afecta la vida en los ecosistemas. Actividad Diríjase a un ecosistema cercano a su casa (puede ser un parque, el jardín de su casa, un bosque, un potrero, área de cultivo, río, quebrada o laguna, entre otras). Observe su composición y tome nota de lo siguiente: ¿cómo es la temperatura, la luz, y la humedad? Trate de identificar los componentes bióticos y su patrón de distribución. Comente las posibles consecuencias de eliminar algunos de los componentes de este ecosistema, como los árboles o las aves. Puede desarrollar este ejercicio con sus estudiantes. 26 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la Tierra 2.3. ¿Cómo se distribuye la vida en los ecosistemas terrestres y acuáticos? Los recursos bióticos y abióticos determinan la estructura de los ecosistemas, de esta manera, los organismos estarán ubicados en donde se reúnan las condiciones adecuadas para la supervivencia (cuadro 3). Cuadro 3. Distribución de los recursos abióticos en ambientes terrestre y acuáticos Factores Ambiente terrestre Ambiente acuático Tienden a concentrarse en el Nutrientes En gran cantidad, pero fondo y limita la vida acuática afectados por las lluvias debido a la falta de luz para realizar fotosíntesis La absorbe considerablemente, Energía lumínica Se recibe en abundancia pero su intensidad disminuye con la profundidad Es limitada, distribución desigual, según la región y Agua periodo de tiempo. Patrones de lluvias relacionados con la Abundante vegetación característica de un bioma Son más moderadas e idóneas Temperatura Favorables para la vida; para la vida, en comparación con distribución desigual en tiempo el aire, debido a la capacidad del y espacio agua de calentarse y enfriarse más lentamente 27 Guía de estudio Biología III (código 3113) Actividad Collage (colásh): consiste en colocar recortes de papel sobre una cartulina o lienzo tratando de formar figuras ¿Cuáles son los ecosistemas más abundantes de su lugar de residencia? ¿Son acuáticos o terrestres? Realice una descripción detallada de su estructura y la función. ¿Qué pasaría si se eliminan estos ecosistemas? Este ejercicio se ajusta para desarrollarse con ayuda de sus estudiantes, a quienes les puede solicitar la confección de un collage relativo a la constitución del hábitat seleccionado. 2.3.1. Características y usos de los distintos ecosistemas Observe la figura 102. Imagine cómo sería la fotografía si correspondiera al siglo XVI, en el periodo de la colonia. Probablemente, se distinguiría un color verde uniforme debido a la abundancia de bosques. Actualmente, una imagen aérea del territorio nacional muestra un mosaico de colores, los cuales consisten en parcelas de cultivos, áreas residenciales, carreteras y Figura 10. Imagen satelital de Costa Rica Fuente: J. Schmaltz1 bosques. En alrededor de 500 años cambió, abruptamente, la fisonomía del paisaje y, por ende, la utilización de los recursos naturales. 2 Fuente: J. Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA/GSFC (en línea, http://www.zonu.com/mapas_costa_rica/Mapas_Mapa_Satelital_Foto_Imagen_Satelite_Costa_Rica.ht m, consultado julio del 2011. 28 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la Tierra El crecimiento demográfico es proporcional a la demanda de recursos naturales y procesos de contaminación. Algunos ecosistemas son más vulnerables y su proceso de recuperación es más difícil. Muchos de esos ecosistemas no están presentes en Costa Rica, sin embargo, las alteraciones negativas acarrean consecuencias para todo el planeta. Actividad Elabore fichas informativas sobre los biomas descritos en el texto, para ello se le recomienda el uso del siguiente formato: Bioma Descripción Distribución mundial Tipo de uso por parte del ser humano Impactos negativos En términos generales, discuta sobre el impacto del ser humano en los biomas, ¿cuáles serían los efectos a largo plazo sobre la vida si no se protegen los ecosistemas acuáticos y terrestres? 2.4. ¿Cómo se clasifican los ecosistemas en Costa Rica? Debido a su ubicación geográfica y topografía variada, Costa Rica posee condiciones climáticas particulares, responsables de la diversidad y abundancia de ecosistemas. 29 Recuerde leer las páginas entre 1 y 10 del folleto para facilitar la comprensión de esta sección Guía de estudio Biología III (código 3113) Estudios científicos determinaron las semejanzas de algunos ecosistemas y los agruparon considerando aspectos físicos como la altitud, precipitación, temperaturas, flora y fauna. Uno de los investigadores más relevantes en estas investigaciones, fue el ecólogo Leslie Holdridge, quien implementó un sistema de categorías para los ecosistemas costarricenses, el cual se fundamenta en tres variables climáticas y la altitud. Se considera a estos factores como formadores de una asociación vegetal conocidas como zonas de vida. Observe el esquema de clasificación de las zonas de vida de Costa Rica en la página 2 del folleto. Actividad De acuerdo con la clasificación, identifique la zona de vida donde usted reside. Ingrese al siguiente vínculo para ubicarse: http://www.cct.or.cr/mapas/zonas‐de‐vida‐costa‐rica.pdf Describa el tipo de vegetación característica. Indique la altitud, así como la precipitación y temperatura promedio para el lugar. Señale las principales amenazas ambientales sobre esta zona de vida. Retome la figura 10 e imagine el territorio de Costa Rica en el siglo XVI, La fragmentación del bosque se refiere a la transformación de la unidad en porciones pequeñas y aisladas cuando no existía la fragmentación de los ecosistemas a gran escala, debido al leve impacto de las actividades humanas. Conforme fue creciendo la demanda por los recursos naturales, tanto en Costa Rica como en otras regiones, la fragmentación aceleró, drásticamente, transformando el paisaje en zonas urbanas, ecosistemas artificiales o agroecosistemas. 30 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la Tierra En Costa Rica se han desarrollado algunas normas para manejar los recursos naturales, las cuales fueron tomadas como modelo para el diseño de acciones similares. En otros países. Sin embargo, la regulación no es el único paso, sino que la vigilancia, educación y aplicación de las sanciones son el conjunto de herramientas ideales para el uso sostenible de la naturaleza. Según Bonilla y Meza (1994), el desarrollo sostenible pretende la búsqueda, transformación y orientación de los recursos e inversiones, así como la canalización del desarrollo tecnológico y cambios institucionales enfocados en la atención de las necesidades humanas actuales y futuras. Para lograrlo, las políticas de desarrollo incentivan la producción con equidad ambiental; además, el crecimiento demográfico ha de desarrollarse en función de la capacidad de carga de los ecosistemas productivos. En otras palabras, se busca un desarrollo destinado a satisfacer las necesidades del presente sin comprometer las de generaciones futuras. Se trata de utilizar los recursos naturales a un ritmo acorde con su potencial de renovación, esto Equidad o justicia ambiental es un concepto utilizado en términos del empleo uniforme de los recursos naturales; además, se refiere a los problemas ambientales como parte de toda la sociedad y no solamente de un grupo se logra al obtener una distribución más equitativa de los beneficios del progreso económico, con la inminente protección del ambiente; así, se mejorará, la calidad de vida. El Sistema Nacional de Conservación (SINAC), es una institución encargada de administrar el uso de los recursos naturales, con el fin de mejorar la protección de los ecosistemas en Costa Rica. Así, estableció la creación de las Áreas Silvestres Protegidas (ASP), correspondientes a regiones geográficas del país con características ecológicas similares. Cada una de esos territorios cuenta con una división administrativa para vigilar el manejo de la naturaleza. 31 Guía de estudio Biología III (código 3113) En vista de las distintas perturbaciones al bosque y la fragmentación, se han establecido, además, las categorías de manejo para formaciones naturales, las cuales conforman la red de corredores biológicos, cuyo objetivo es facilitar la migración de especies de flora y fauna, para asegurar alguna medida de conservación y continuidad de la variabilidad genética de las especies luego de quedar aisladas en las porciones de bosque, producto de las actividades humanas, como la construcción de carreteras, espacios urbanos y campos agropecuarios. En la página 7 del folleto, repase las definiciones de las categorías de manejo para las áreas silvestres protegidas en Costa Rica; luego, complete el cuadro 4. Cuadro 4. Categorías de manejo para áreas silvestres protegidas en Costa Rica Área silvestre protegida Característica distintiva 1. Parque nacional 2. Reserva biológica 3. Reserva forestal 4. Humedal 5. Refugio de vida silvestre 6. Zona protectora 7. Monumento nacional 32 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la Tierra Actividad Elabore una lista de sitios con categorías de manejo ubicadas cerca de la localidad donde usted vive. Indique las especies de flora y fauna características, así como las principales amenazas sobre estos lugares. Describa cómo es la percepción que tiene la comunidad sobre esas áreas protegidas, ¿están de acuerdo, se sienten orgullosos de dichos sitios, o consideran innecesaria su existencia? Para ampliar su conocimiento sobre los corredores biológicos, puede visitar los siguientes vínculos: http://www.sinac.go.cr/corrbilogico.php http://www.catie.ac.cr/BancoMedios/Documentos%20PDF/publica_c orredores_integrado.pdf 2.4.1. Marco jurídico de la conservación de ecosistemas en Costa Rica En 1969, Costa Rica decretó algunas leyes relativas a la protección del ambiente, las cuales, de acuerdo con Kohlmann, Wilkinson y Lulla (2002), redujeron la destrucción del bosque de 60 705 hasta, aproximadamente, 4857 hectáreas por año, en 1995. Este logro colocó al país como ejemplo de conservación en el continente americano. La protección de los ecosistemas es, también, un beneficio económico para Costa Rica, debido al valor turístico responsable del ingreso de capital, inclusive es mayor al percibido por otras actividades industriales. 33 Guía de estudio Biología III (código 3113) Con el fin de garantizar la protección del ambiente, instituciones, como el Ministerio del Ambiente, Energía y Telecomunicaciones (MINAET), adjunto al SINAC, organizaciones no gubernamentales y otros particulares, se encargan de velar por la conservación de los recursos naturales. Estas instituciones tienen, entre sus funciones, velar por el cumplimiento de la legislación ambiental, la cual está orientada a la regulación de las actividades relacionadas con el uso de los recursos naturales. Igualmente, se dedican a la formulación, aplicación y evaluación de medidas orientadas al uso sostenible de la naturaleza e implicaciones sobre los ciudadanos. Tal es el caso de la Estrategia nacional de conservación y uso sostenible de la biodiversidad (ENB), desarrollada por el SINAC en el año 2000. Con ayuda de planes como la ENB, se pretende crear mayor conciencia en la población, al divulgar información sobre los recursos naturales del país, su importancia de protección y el modo adecuado de utilizarlos, con el fin de garantizar usos posteriores para las generaciones futuras. Sin embargo, la labor de protección se hace difícil debido a las constantes presiones del aumento demográfico y la necesidad de materiales provenientes del medio, la expansión del espacio para levantar nuevas construcciones, aunado a la falta de recursos humanos y financieros, sin obviar la urgencia de agilizar los procedimientos profesionales para investigar y aplicar las sanciones correspondientes a los infractores de las leyes, así como de incumplimiento de proyectos y protocolos ambientales. 34 Tema 2. Los diversos ecosistemas de la Tierra Actividad En la página 9 del folleto, se encuentran los objetivos de algunas leyes sobre biodiversidad de Costa Rica. Busque otras leyes que se relacionen con el uso y conservación de los recursos naturales e indique sus respectivos propósitos. Actividad complementaria Planee un debate con sus estudiantes, a manera de dramatización. Primero, presente un caso donde podría existir impacto al ambiente o donde ocurrió un daño grave (como la explotación petrolera, cultivos de camarones, minería a cielo abierto, infraestructura turística, entre otras). Usted da a conocer la legislación vigente involucrada en el caso. Seguidamente, organizarán una sala de debate. Se forman subgrupos; uno representará la parte acusada (quienes causaron el daño ambiental), otro tendrá el papel de ambientalistas (demandantes), y un tercer grupo, la parte imparcial (quienes escuchan las versiones de ambas partes para emitir un criterio). Analicen los puntos de vista respecto a intereses sociales, políticos, económicos, ambientales, así como los derechos de los ciudadanos. 35 Guía de estudio Biología III (código 3113) Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Tema 3 CRECIMIENTO Y REGULACIÓN DE LAS POBLACIONES Sumario ¿Cómo crecen las poblaciones? ¿Cómo se regula el crecimiento de las poblaciones? ¿Cómo se distribuyen las poblaciones en el espacio y el tiempo? ¿Cómo está cambiando la población humana? Objetivos Al finalizar el estudio de la lectura asignada del texto, entre otras habilidades, usted será capaz de: Explicar el crecimiento de las poblaciones. Explicar el mecanismo de regulación del crecimiento de las poblaciones. Determinar los mecanismos de distribución de las poblaciones en tiempo y espacio. Distinguir las tres modalidades básicas de supervivencia. Describir cómo está cambiando la población humana. Valorar los efectos de la tecnología sobre la calidad de vida de los seres humanos. Describir el tipo de crecimiento de una población con base a su estructura de edades. 36 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Guía de lectura Refiérase a los contenidos ubicados entre las páginas 297 y 317 del texto, Los seres vivos su evolución y ecología, correspondiente al capítulo 16, “¿Cómo funcionan los ecosistemas?”. Luego, proceda a repasar el desarrollo temático presentado a continuación. Introducción Un grupo de individuos de la misma especie, localizados en una misma región, en un determinado periodo de tiempo, reciben el nombre de población. Estos individuos pueden reproducirse entre ellos y tener descendencia fértil. Al estudiar las poblaciones, se observan patrones cuyas variables afectan a la totalidad o mayoría del grupo, las cuales se utilizan para describir conductas o tendencias a lo largo del tiempo. Según Vásquez (2007), el estudio de individuos tiene la limitante de realizarse, solamente, en un momento dado y sus patrones de conducta pueden verse alterados por situaciones ambientales puntuales, las cuales afectarían a otros miembros de la especie; en cambio, la población puede ser analizada por un tiempo más prolongado, en el mismo lugar. Este capítulo sugiere actividades y ejercicios especialmente diseñados para futuros docentes de Ciencias Naturales, estos pueden desarrollarse con estudiantes y analizar la ecología de poblaciones. Se brinda un mayor enfoque a la población humana, la cual ha cambiado de forma acelerada en los últimos años. 37 Guía de estudio Biología III (código 3113) 3.1. ¿Cómo crecen las poblaciones? El tamaño de la población se refiere a la cantidad de individuos presentes en un tiempo y espacio determinados. Las variables como los nacimientos, muertes, inmigraciones y emigraciones determinan la cantidad de individuos integrantes de una población (figura 11). Nacimientos Tamaño poblacional Migración Muertes Figura 11. Factores influyentes en el tamaño de la población Una población puede tener una cantidad de individuos constante o estable cuando el número de muertes es similar al número de nacimientos. Además, los individuos pueden migrar a esa población y aumentar, así, el tamaño; pero, si salen o mueren el tamaño se mantiene estable. Es decir, la cantidad de ingresos es relativamente equitativa a los egresos de individuos. 38 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Si la reproducción supera la cantidad de muertes o emigraciones, la población se incrementa. Por el contrario, el decrecimiento ocurre cuando hay más muertes y emigraciones. El tamaño de una población se define mediante la siguiente ecuación: (Nacimientos – muertes) + (inmigrantes – emigrantes) = tamaño de la población Actividad La lapa roja (Ara macao) puede ser observada en los parques nacionales Carara (Pacífico Central) y Corcovado (Pacífico Sur), entre otros. Es un animal con fuerte presión de caza (emigración de individuos). Un grupo de estudiantes de la Uned realizó un breve estudio y encontró los siguientes datos: Factores P.N. Carara P.N. Corcovado Nacimientos 150 200 Muertes 30 65 Emigración 40 0 Inmigración 10 25 ¿Cuál sería el tamaño de la población de lapas rojas en el Parque Nacional Carara y en el Parque Nacional de Corcovado? Una población no crece de forma infinita, esto debido a la interacción de dos factores: el potencial biótico y la resistencia ambiental. El primer aspecto, también, recibe el nombre de índice máximo al cual la población podría crecer en condiciones ideales y es propio para cada especie. Vásquez (2007) lo define como la capacidad con la cual se reproducen los organismos de una población, en condiciones óptimas. Es la proporción de crecimiento más elevada si todas las hembras desarrollaran su mayor capacidad 39 Guía de estudio Biología III (código 3113) reproductiva y la totalidad de su descendencia sobreviviera hasta alcanzar la madurez y así sucesivamente. Para lograr el potencial biótico, la especie debe contar con los recursos idóneos, no tener enfermedades ni competencia y estar a salvo de depredadores. Estas condiciones ideales, como sabemos, no se dan en la naturaleza. A este potencial de crecimiento se oponen los factores bióticos y abióticos, los cuales forman una resistencia ambiental e impiden alcanzar el potencial biótico de una población. Por ejemplo, sin una temperatura óptima durante la estación seca, no se lograría la germinación de una especie de semilla, asimismo, las bacterias no logran reproducirse debido a las condiciones deficientes de humedad. Actividad Si n es el índice de natalidad, m es el índice de mortalidad y c es el índice de crecimiento, obtenemos la relación: N – M = C ¿Cuál sería el índice de crecimiento anual de una población de nematodos en un cultivo de maíz y una plantación de banano? Compare los índices de crecimiento para ambos cultivos. ¿La población de nematodos en ambos cultivos aumentó o disminuyó? Factores Maíz Nacimientos 1500 4000 Mortalidad 500 1000 10 000 20 000 Población original Índice de crecimiento 40 Banano Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Actividad Con los datos de la actividad anterior, calcule cuántos nematodos se integran a la población del cultivo de maíz y a la plantación de banano durante el primer y segundo años. Asuma el índice de crecimiento constante. Puede consultar la página 298 del texto para mayor información. Reclutamiento de individuos Maíz Banano Primer año Segundo año En los ecosistemas no alterados por la acción del ser humano, podemos encontrar distintas tendencias características de cada población a lo largo del tiempo (figura 12). Unas poblaciones tienden a tener un tamaño estable, cíclico y otras varían esporádicamente en función de variables ambientales. Número de individuos A B C Tiempo Figura 12. Variaciones poblacionales de tres especies en función del tiempo: A) estable; B) cíclica; C) con variaciones esporádicas 41 Guía de estudio Biología III (código 3113) A) Estable. La población humana en Europa Oriental mantiene este patrón de distribución, probablemente, por tener una mejor educación, mayor disponibilidad de anticonceptivos y más opciones profesionales para la mujer, entre otros aspectos, los cuales podrían evitar incrementos desmedidos como ocurre en India y China, por ejemplo. B) Cíclico. Los escarabajos de mayo, por lo general, la mayor parte de su ciclo, se encuentran en estado de larva y pupa; cuando inician las lluvias del mes de mayo, del año siguiente, ocurre la eclosión los adultos, los cuales, solamente, son funcionales para la reproducción y luego mueren. Los huevecillos incuban, salen las larvas, se tornan pupas y esperan las lluvias del año siguiente para pasar a la fase adulta. C) Variaciones esporádicas según una variable ambiental compleja. Las tortugas marinas lora (Lepidochelys olivacea) desovan durante todo el año, pero en los meses lluviosos, de julio a noviembre, llegan a la vez miles de tortugas a depositar los huevos en playa Ostional (Guanacaste), lo cual incremente, de forma breve, la población local de estos reptiles durante un periodo de tiempo. 42 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Actividades complementarias Como futuro docente, puede realizar un cultivo de organismos con sus estudiantes cuando corresponda estudiar el crecimiento poblacional. Consiga individuos del escarabajo harinero (Tribolium sp.) o la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Colóquelos en recipientes limpios (estériles), pueden ser frascos de colado para bebé. Aporte una fuente de alimento como maní para los escarabajos Tribolium sp., y trozos de banano u otras frutas maduras para la mosca. Determine cómo diferenciar los sexos y coloque un macho y una hembra de una especie, por recipiente, y elabore una bitácora de los cambios acontecidos. Solicite a los estudiantes elaborar una tabla para anotar la cantidad de individuos por día o semana. Cuando el espacio o el alimento disminuyen, los individuos compiten, lo cual afecta el tamaño de la población. Usted puede limitar dichos recursos con el fin de observar algunos cambios. Realicen un gráfico de dispersión (el eje x es el tiempo y el eje y corresponde al número de individuos) y discutan los resultados. Consulte la página 299 del texto para obtener mayor información sobre el tipo de curvas para el crecimiento de la población. 43 Guía de estudio Biología III (código 3113) 3.2. ¿Cómo se regula el crecimiento de las poblaciones? 3.2.1. El crecimiento exponencial de una población Anteriormente, hicimos referencia a la dificultad de obtener crecimiento ilimitado de una población en condiciones naturales; sin embargo, este fenómeno es posible en periodos muy cortos de tiempo, o bien, si lo desarrollamos en condiciones de laboratorio. Por ejemplo, si se elimina un depredador natural, entonces, el alimento y el espacio son abundantes durante un tiempo y el resultado es un incremento precipitado de la población, limitado por la competencia interespecífica. También, cuando se introduce una especie exótica, la cual resulta adaptarse exitosamente y aumenta su población al punto de extinguir otras especies nativas, como ocurrió con los arbustos de guayaba (Myrtaceae) en las Islas Galápagos, a donde llegó como una especie invasora de rápido crecimiento y fácil dispersión, la cual, al poco tiempo, pasó a ser una plaga y cambió el paisaje de la isla. Una población con crecimiento exponencial llega a estabilizarse con el tiempo; en la gráfica de los valores, se obtiene una línea en forma de S (figura 13). El ecosistema tiene capacidad de sostenimiento limitada, es decir, está sujeta a la disponibilidad de recursos renovables (nutrientes, agua y luz) y no renovables (espacio). Por ejemplo, en la isla San Lucas se introdujeron venados y su reproducción fue exitosa, al no tener depredadores, la población aumentó y hubo mayor competencia entre ellos, finalmente, lograron agotar el alimento. De esta forma, se permite la cacería de este animal como una medida para controlar el tamaño poblacional. 44 Número de individuos Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Tiempo Figura 13. Crecimiento exponencial de una población Actividad Investigue en su comunidad un ejemplo de poblaciones invasoras o exóticas y describa cómo ha sido el cambio ecológico luego de la propagación de esa especie y si se han tomado medidas para regular el crecimiento de la población. Investigue sobre los efectos invasivos de la tifa (Typha dominguensis) en el Parque Nacional Palo Verde, Guanacaste. 45 Guía de estudio Biología III (código 3113) 3.2.2. Factores independientes y dependientes de la densidad que limitan el tamaño poblacional La densidad es una de las propiedades de la población y corresponde al número de individuos de una especie presentes en un área dada (Fournier, 2001). Las condiciones ambientales, las actividades humanas y los hábitos ecológicos de otras poblaciones en la comunidad, pueden afectar la tasa con la cual aumenta o disminuye la densidad poblacional de una especie. Factores independientes de la densidad Los factores ambientales ejercen influencia sobre la densidad de una población, asimismo, las actividades humanas tienen participación en este proceso (figura 14). Figura 14. Factores independientes de la densidad del tamaño de la población 46 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Actualmente, el fenómeno llamado cambio climático ha incrementado las temperaturas ambientales, esto provoca el decrecimiento de las poblaciones, las cuales podrían llegar a puntos críticos, al borde de la extinción. Por otro lado, algunas especies se han beneficiado del calor y logran sobrevivir reproduciéndose exitosamente. Actividad Seleccione dos especies de flora y dos de fauna de Costa Rica. Desarrolle un esquema como el de la figura 16, donde se mencionarán los efectos de los diferentes factores físicos sobre la densidad de las poblaciones seleccionadas. En algunas ocasiones las poblaciones sobreviven ante los cambios drásticos de temperatura, para lo cual se trasladan a sitios donde encuentren condiciones más favorables. Por ejemplo, muchas aves y ballenas jorobadas emigran en invierno hacia territorios de temperaturas más cálidas para alimentarse, reproducirse, o bien, prepararse para la época reproductiva, lo cual permite mantener un tamaño poblacional a pesar de las variables climáticas. Algunas especies con mayor longevidad han desarrollado diversos mecanismos para burlar la regulación del tamaño poblacional independiente de la densidad, tal es el caso de las aves rapaces. Para conocer más detalles de este fenómeno, ingrese al enlace: http://www.museocostarica.go.cr/es_cr/ent‐rese‐./migraci‐n‐de‐ aves‐rapaces.html?Itemid=62 47 Guía de estudio Biología III (código 3113) Factores dependientes de la densidad Por otra parte, el tamaño de la población se ve afectado, además, por factores cuya eficacia depende de la densidad, estos son: la depredación, parasitismo y competencia, y ocurren dentro de la comunidad o entre los individuos de la misma especie. En la figura 15, los círculos representan el tamaño de una población, conforme crece, más se traslapa con estos tres factores. A mayor número de individuos, más serán las interacciones debidas a las presiones ecológicas. Por ejemplo, la población de venados en la isla San Lucas creció constantemente, sin depredadores o parásitos, pero la competencia intraespecífica afectó, significativamente, los recursos espacio, alimento y hembras maduras. Parasitismo Competencia POBLACIÓN Depredación Figura 15. Efecto de los factores dependientes de la densidad cuando el tamaño de la población crece Actividad Busque ejemplos de especies de flora y fauna características para las variables depredación, parasitismo y competencia. Mencione cuáles son sus estrategias para desempeñarse en ese rol. 48 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones 3.3. ¿Cómo se distribuyen las poblaciones en el espacio y el tiempo? 3.3.1. Distribución espacial Las poblaciones se distribuyen de acuerdo con sus requerimientos o características ecológicas y relaciones con otras especies; también, obedecen a cambios ambientales. Así, influyen la disponibilidad de nutrientes en el suelo, alimentos, refugio, agua, abundancia de depredadores o presas, agentes dispersores de semillas o interferencia del ser humano. En el cuadro 5, coloque ejemplos de especies cuya distribución espacial es de tipo uniforme, agrupada o aleatoria. Cuadro 5. Distribución espacial de algunas poblaciones Distribución Ejemplo 1. Uniforme 2. 3. 1. Agregada 2. 3. 1. Aleatoria 2. 3. 49 Guía de estudio Biología III (código 3113) La distribución de las poblaciones puede variar en el tiempo. En una población, los individuos pueden tener patrones solitarios la mayor parte del año, pero en la época reproductiva, se pueden agregar en busca de hembras. Otros individuos, por ejemplo, forrajean solos durante el día pero durante la noche duermen agregados. Los opiliones, moscas, abejas y zanates son ejemplos de esta distribución temporal. Las plagas afectan la distribución espacial de otras especies. Al ingresar en el siguiente enlace, encontrará información respecto al control de estos organismos: http://www.mapa.es/ministerio/pags/biblioteca/plagas/BSVP‐20‐ 02‐287‐301.pdf 3.3.2. Distribución temporal A lo largo del tiempo, las poblaciones presentan tres modalidades básicas de supervivencia llamadas curvas de supervivencia (figura 16). I II III Figura 16. Curvas de supervivencia 50 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Complete el cuadro 6con la información correspondiente a las descripciones de los tipos de curva de supervivencia. Consulte las páginas 307 y 308 del texto para orientar su respuesta. Cuadro 6. Descripción de las curvas de supervivencia Curvas Descripción Ejemplos I II III 3.4. ¿Cómo está cambiando la población humana? La historia de población humana se ha visto acompañada de un constante crecimiento. Distintos inventos, organización del pensamiento social, la revolución agrícola, industrial y médica, entre otros aspectos, han contribuido con las mejores condiciones de vida, en términos generales. Actualmente, la población humana tiene un incremento anual aproximado de 8,2 millones de personas, según Audesirk et al. (2011). Aunque la resistencia ambiental influye en el tamaño de las poblaciones el ser humano ha podido, de cierta forma, vencerla y prosperar a pesar de los altos costos sociales implícitos, debido a la desigualdad de recursos para todos los individuos. 51 Guía de estudio Biología III (código 3113) Con el desarrollo de productos como los antibióticos, vacunas, trasplantes de órganos, controles adecuados durante un embarazo (evita la muerte fetal y de la madre), medicina preventiva, nutrición, vestimenta, refugios, medios de transporte, tecnologías de la información, políticas comerciales entre países y manejo de los recursos naturales, entre otros aspectos, han fomentado el aumento de la población, al facilitar los nacimientos, controlar los parásitos y enfermedades y reducir la exposición a factores ambientales perjudiciales. Sin embargo, como ya se mencionó, existe desigualdad en la distribución de recursos, servicios y otros beneficios, en consecuencia hay sectores de la población mundial más vulnerables a padecimientos, muertes y emigraciones, pero mantienen una tasa de nacimientos bastante alta, lo cual provoca más problemas sociales Con el fin de contribuir a una mejor comprensión de los contenidos de esta sección, se le recomienda realizar las siguientes actividades, enfocadas en datos de la población costarricense. Repase la información de las páginas 308 a la 312. Además, consulte el siguiente enlace para obtener la información indicada para resolver las siguientes actividades: http://www.inec.go.cr/Web/Home/pagPrincipal.aspx 52 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Actividad Cambio poblacional Ingrese al vínculo señalado a continuación, correspondiente a la cantidad de individuos de la población costarricense, entre los años 1950 al 2000, y realice los ejercicios. http://www.inec.go.cr/A/MT/Población%20y%20Demografía/Población/ Estimaciones/Resultados/C1.%20Población%20total%20estimada%20por %20sexo,%20según%20años%20calendario.%20%201950‐2000.xls Elabore un gráfico, en una hoja de cálculo de Excel, donde el eje x corresponda a los años y el eje y al número de habitantes o población total. Discuta sobre las causas del incremento poblacional en Costa Rica. Investigue los datos del cantón donde usted vive y realice el mismo procedimiento. 53 Guía de estudio Biología III (código 3113) Actividad Estructura de edades Con el análisis de la distribución de edades se puede predecir el crecimiento de la población. Analice los datos del INEC correspondientes a los porcentajes de la población del 2000 al 2010, según las edades. ¿Por qué cree usted que varía el porcentaje entre el 2000 al 2015? Observe que en el 2000 los niños y adolescentes de 14 años conformaban el 31.% del total de la población mientras que en el 2015 se proyecta un porcentaje menor de la población 22.3% mientras que aumenta los porcentajes de adolescentes y adultos y el de los adultos mayores. http://www.inec.go.cr/A/MT/Población%20y%20Demografía/Población/Proyecci ones/Resultados/C3.%20Indicadores%20demográficos%20proyectados%20por%2 0años%20simples.%202000‐2015.xls Estructura de la población en grupos de edades proyectados por el INEC Grupos de edad 2000 2005 2010 2015 0 a 14 31.8 27.9 24.7 22.3 15 a 64 62.9 66.2 68.7 70 65 y más 5.3 5.8 6.6 7.7 54 Tema 3. Crecimiento y regulación de las poblaciones Actividades complementarias Población mundial En el vínculo señalado más abajo, encontrará una lista de países y un gráfico sobre los registros poblacionales de Costa Rica (entre los años 1960 y el 2009). Esta actividad puede realizarla con sus estudiantes. Seleccione una lista de países con los cuales Costa Rica comparta similitudes como tamaño del territorio, ubicación geográfica, situación socio‐política, entre otros. Puede escoger otros países cuyas poblaciones y territorios son mucho más grandes, como China o Estados Unidos. Sugiera a sus estudiantes tener un mapa del mundo para esta actividad. Compare las curvas del crecimiento poblacional entre Costa Rica y los otros países. Discutan sobre las causas y consecuencias de este crecimiento poblacional. Analice las consecuencias para el planeta ante un incremento acelerado de la población. ¿Qué pasaría en Costa Rica? Considere debatir las implicaciones sobre el tamaño del territorio y los recursos naturales. http://www.google.co.cr/publicdata/explore?ds=d5bncppjof8f9_&met_y=s p_pop_totl&idim=country:CRI&dl=es&hl=es&q=costa+rica+poblaci%C3%B3 n#ctype=l&strail=false&nselm=h&met_y=sp_pop_totl&scale_y=lin&ind_y=f alse&rdim=country&idim=country:CRI&ifdim=country&hl=es&dl=es 55 Guía de estudio Biología III (código 3113) Tema 4. Interacciones con la comunidad Tema 4 INTERACCIONES CON LA COMUNIDAD ¿Por qué son importantes las interacciones con la comunidad? ¿Cuáles son los efectos de la competencia entre especies? ¿Cuáles son los resultados de las interacciones entre los depredadores y sus presas? Sumario ¿Qué es la simbiosis? ¿Cómo influyen las especies clave en la estructura de la comunidad? Sucesión: ¿Cómo cambia una comunidad a través del tiempo? Objetivos Al finalizar el estudio de la lectura asignada del texto, entre otras habilidades, usted será capaz de: Analizar las interacciones en la comunidad. Explicar los efectos de la competencia entre especies. Conocer las diversas relaciones entre especies. Estudiar la influencia de las especies en la estructura de las comunidades. Explicar cómo la comunidad cambia a través del tiempo. Valorar los tipos de sucesión y los estados de las comunidades. 56 Tema 4. Interacciones con la comunidad Guía de lectura Refiérase a los contenidos ubicados entre las páginas 319 y 337 del texto Los seres vivos su evolución y ecología, correspondiente al capítulo 15 “Interacciones con la comunidad”. Luego, proceda a repasar el desarrollo temático presentado a continuación. Introducción Las interacciones entre los elementos bióticos con los abióticos dan origen al reciclaje de los nutrientes, como parte de los procesos de las redes tróficas. La complejidad del ecosistema está determinada por el número y variedad de integrantes en dichas relaciones, en donde el componente biótico más grande lo conforman las comunidades. Dentro de las comunidades, una especie puede ser clave para determinar el equilibrio de las interacciones; al reducir la población de esta especie clave o eliminarla por completo, el ecosistema entra en crisis. Los fenómenos naturales, muchas veces, ocasionan grandes desequilibrios en los ecosistemas; sin embargo, los seres humanos, también, somos responsables. Muchas personas han tomado acciones para revertir o mitigar los efectos negativos sobre los ecosistemas, aunque luchan con amenazas como el crecimiento de la población humana, discutida en el próximo tema. Usted como docente, debe fomentar el uso racional de los recursos naturales y las buenas prácticas ambientales. 57 Guía de estudio Biología III (código 3113) 4.1. ¿Por qué son importantes las interacciones en la comunidad? Imagine un ecosistema donde hay una cantidad definida de recursos y los habitantes son organismos con una alta tasa de crecimiento; en un momento dado, hay escases y la población colapsa en vista de la insuficiencia de condiciones adecuadas para la supervivencia. ¿Qué sucedería si las condiciones adecuadas para la vida son limitadas en el planeta Tierra? Lo anterior no ocurriría de esa forma dada las interacciones entre las comunidades, como la depredación, competencia, parasitismo, mutualismos y mecanismos de regulación del tamaño poblacional; de esta manera, los recursos no se agotan totalmente. Sin embargo, todo proceso de perturbación invasiva de una población puede conducir a su extinción, con lo cual se manifiestan consecuencias sobre otras poblaciones. Las flores polinizadas por las aves producen gran cantidad de néctar y suelen ser grandes, inodoras y de color rojo Las interacciones dentro y entre poblaciones son reflejos de la selección natural; muchas veces, las relaciones entre especies se vuelven muy estrechas e inclusive se aprecia cómo una afecta a la otra al punto de obtener cambios adaptativos a lo largo del tiempo evolutivo, este proceso recibe el nombre de coevolución. Es decir, las adaptaciones de una especie tienen un efecto selectivo sobre las de la otra especie (Nabors, 2004). Los insectos, las aves y los murciélagos han coevolucionado con las plantas. Actividad Visite un ecosistema e identifique las distintas interacciones. Aporte ejemplos de coevolución y explique cómo se lleva a cabo la interacción ecológica entre las especies involucradas (ejemplos: flores y polinizadores). 58 Tema 4. Interacciones con la comunidad Actividad complementaria Realice una gira a un parque, área silvestre protegida o un ecosistema a su alcance. Solicite a sus estudiantes observar las interacciones en la comunidad. Discuta sobre la importancia de estas. ¿Qué pasaría si una de las especies involucrada desapareciera? 4.2. ¿Cuáles son los efectos de la competencia entre especies? Podría establecerse la similitud ecológica entre especies como un factor promotor de la competencia, debido a la necesidad por los mismos recursos o recursos similares. Según el principio de exclusión competitiva de Gause, si dos especies luchan por un recurso limitado, una de las dos resultará eliminada, debido a la imposibilidad de compartir el nicho ecológico (figura 17). Sin embargo, hay algunas con hábitos ecológicos similares, las cuales coexisten en una región y tiempo determinados; también se da la superposición de nichos, pero no son competencia debido a los distintos usos del hábitat. Este proceso recibe el nombre de partición de recursos y está ligado a la coevolución de especies. Nicho compartido Especie A Especie B Figura 17. Traslape de nichos de especies similares 59 Guía de estudio Biología III (código 3113) Los zopilotes comparten los mismos recursos y existe competencia si el alimento es escaso. De las cuatro especies de esta ave presentes en Costa Rica, los cabecirroja (Cathartes aura) y los zonchos o zopilote común (Coragyps atratus) son las más abundantes; generalmente, se les observa sobrevolando juntas. El primero tiene mejor desarrollo del olfato para detectar la carroña y el segundo mayor agudeza visual, por lo cual, da seguimiento a los cabecirroja y, así, llegan al mismo recurso. Una vez encontrado el cadáver, los zonchos dominan y hasta pueden forzar a los cabecirroja a abandonar el área mientras ellos se alimentan; cuando han quedado satisfechos, los primeros pueden acercarse. En casos donde hay mucho alimento, todas las especies pueden comer sin acciones competitivas entre ellas (Janzen, 1991). Complete el siguiente cuadro con la descripción del nicho ecológico y el hábitat de cada organismo. Cuadro 7. Descripción de las relaciones ecológicas para diferentes organismos Organismo Nicho ecológico Hábitat 1. Lombriz de tierra 2. Árbol de guanacaste 3. Libélula 4. Bacteria (E. coli) 5. Humano Actividad Investigue, al menos tres ejemplos de partición de recursos en Costa Rica. 60 Tema 4. Interacciones con la comunidad 4.3. ¿Cuáles son los resultados de las interacciones entre los depredadores y sus presas? Se define a los depredadores como los responsables del control de ciertas especies, de las cuales se alimentan y cuyas poblaciones son más numerosas comparada con estos. Depredadores y presas han coevolucionado como resultado de sus interacciones. Entre las páginas 323 y 327, encontrará ejemplos de estrategias para cazar y ser cazado, como el camuflaje, mimetismo, obtención o producción de sustancias químicas, entre otros. Actividad Seleccione cinco especies de depredadores presentes en Costa Rica y señale cuáles son las adaptaciones físicas para desempeñarse exitosamente. Además, elija otras cinco especies de organismos cuyas características físicas les permita evadir depredadores. 4.4. ¿Qué es la simbiosis? La interacción estrecha entre organismos de especies diferentes durante un período de tiempo, se conoce como simbiosis (Audersirk et al., 2011). A continuación se mencionan algunos ejemplos, los cuales usted debe investigar y describir el tipo de relación simbiótica (parasitismo, mutualismo, comensalismo). Para ello, complete el cuadro 8, como se desarrolló en el ejemplo 1. 61 Guía de estudio Biología III (código 3113) Cuadro 8. Relaciones simbióticas Ejemplo Descripción Tipo de simbiosis Los membrácidos proveen su excremento 1. Membrácidos con hormigas rico en azúcares (proviene de la digestión de la savia de las plantas). Las hormigas, a Mutualismo cambio de alimento les dan protección (figura 18; Godoy, Miranda y Nishida, 2006) 2. Líquenes 3. Higuerón y avispa (Agaonidae) 4. Planta de frijol con bacterias (Rhizobium sp.) 5. Mosca tórsalo y animal hospedero 6. Boa constrictor y ratones Figura 18. Relaciones simbióticas entre membrácidos y hormigas Fuente: Godoy et al. (2010) 62 Tema 4. Interacciones con la comunidad 4.5. ¿Cómo influyen las especies clave en la estructura de la comunidad? Todas las especies cumplen una función dentro de la comunidad, pero algunas de ellas, indistintamente de su cantidad de individuos, tienen un papel crucial en el ecosistema; a estas se les conoce como especies claves (figura 19). Figura 19. Relación de la especie clave en una comunidad En algunos casos, es difícil ubicar a la especie clave en una comunidad, debido a las implicaciones ecológicas del estudio, como el realizado por R. Paine; sin embargo, cuando ocurre un daño ambiental y alguna población se ve reducida en número de individuos, resalta su importancia en la red biológica. Por lo tanto, es crucial comprender las relaciones ecológicas y conservar las poblaciones, debido las consecuencias irreversibles para el ambiente al eliminar a la especie clave. Es posible lograr la regeneración de un hábitat al recuperar la especie clave, pero los costos económicos, logísticos y ambientales involucrados podrían aportar resultados no deseados. 63 Guía de estudio Biología III (código 3113) Actividad complementaria Observe los vídeos en los enlaces correspondientes y discuta en base a las interrogantes planteadas. http://audiovisuales.uned.ac.cr/mediateca/videos/133/para‐que‐no‐me‐ olviden.‐puma http://audiovisuales.uned.ac.cr/mediateca/videos/131/para‐que‐no‐me‐ olviden.‐cocodrilo Investigue algunos de los hábitos ecológicos del puma (Panthera onca) y del cocodrilo (Crocodilus acutus). Mencione aspectos importantes sobre cada una de estas especies dentro de los ecosistemas donde habitan. ¿Cuál sería el impacto ecológico al eliminarlas? 4.6. Sucesión: ¿cómo cambia una comunidad a través del tiempo? ¿Ha tenido la oportunidad de observar cómo un terreno donde se eliminó la vegetación, luego de un tiempo, presentó nuevos crecimientos de plantas, e inclusive fue utilizado por distintos animales? Observe la figura 15-5 de la página 331 del texto, la cual muestra diferentes procesos de colonización o regeneración de terrenos luego de ser sometidos a cambios en su fisonomía. 64 Tema 4. Interacciones con la comunidad La secuencia de cambios de comunidades bióticas se conoce como sucesión, y es uno de los procesos naturales de mayor relevancia en el desarrollo de los ecosistemas naturales. La sucesión se puede presentar tanto en el medio acuático como terrestre (Fournier, 2001). Actividades complementarias El cerro Chirripó es un buen ejemplo del proceso de sucesión a través del tiempo. Si usted ha recorrido la ruta hasta la cima, observó las distintas comunidades vegetales, algunas sufrieron los efectos de incendios en distintas épocas. Posteriormente, crecieron nuevas especies producto de la sucesión. Si no ha visitado este lugar, ingrese al siguiente enlace, en donde encontrará el documental “Costa Rica tesoro natural. Chirripó”. http://audiovisuales.uned.ac.cr/mediateca/videos/201/costa‐rica‐tesoro‐ natural.‐chirripó Dibuje un triángulo para representar al cerro Chirripó y señale cada uno de los tipos de vegetación según la altura. Describa en qué consiste la sucesión primaria y secundaria del cerro Chirripó. Mencione un ejemplo de especie pionera en el cerro. ¿Cómo sería una comunidad clímax en el cerro Chirripó? Para conocer más ejemplos sobre sucesión vegetal en Costa Rica, ingrese al siguiente enlace, donde encontrará un artículo “Cronología de la regeneración del bosque tropical seco en Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. II. La vegetación en relación con el suelo”. http://www.latindex.ucr.ac.cr/rbt‐57‐3/rbt‐57‐3‐2009‐29.pdf 65 Guía de estudio Biología III (código 3113) Referencias bibliográficas Audesirk, T.; Audesirk, G. y Byers, B. E. (2011). Los seres vivos: su evolución y ecología. México: Pearson Educación de México. Audesirk, T., Audesirk, G. Byers y Molina R.M. (2009). Temas de biología para Costa Rica. México: Pearson Educación de México. Fournier, L. A. (2001). Recursos Naturales. San José, Costa Rica: Editorial Universidad Estatal a Distancia. Godoy,C., Miranda, X. y Nishida, K. (2006). Membrácidos de América Tropical /Treehoppers of tropical America. Santo Domingo de Heredia, Costa Rica: Instituto Nacional de Biodiversidad. Janzen, D. H. (1991). Historia Natural de Costa Rica. San José, Costa Rica: Editorial de la Universidad de Costa Rica. Kohlmann, B.; Wilkinson, J. y Lulla, K. (2002). Costa Rica desde el espacio. San José, Costa Rica: Editorial Heliconia. Nabors, M. (2006). Introducción a la botánica. Madrid, España: Pearson Educación, S.A. Schmaltz, J. Imagen satelital de Costa Rica. MODIS Rapid Response Team, NASA/GSFC (en línea, 66 Guía de estudio Biología III (código 3113) <http://www.zonu.com/mapas_costa_rica/Mapas_Mapa_Satelital_Foto_I magen_Satelite_Costa_Rica.htm>, consultado en julio del 2011. Smith, T.M. y Smith, R. L. (2007). Ecología. 6ta ed. España: Pearson Educación, S.A. de Madrid. Vásquez, G. A. (2001). Ecología y formación ambiental. 2da ed. México: McGrawHill Interamericana Editores, S. A. Wikimedia commons. (2011). File:Nasa earth.jpg (en línea, <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/Nasa_earth.jpg?u selang=es>, consultado en Julio del 2011) 67
