el medio ambiente y los organismos

MATURITA DE BIOLOGÍA
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EL MEDIO AMBIENTE Y LOS ORGANISMOS.
1. INTRODUCCIÓN.
2. CLASIFICACIÓN DE ECOSISTEMAS. PRINCIPALES BIOMAS.
3. FACTORES ECOLÓGICOS.
4. ECOLOGÍA DE POBLACIONES Y ADAPTACIÓN.
5. ACCIÓN DEL HOMBRE SOBRE LOS ECOSISTEMAS.
6. RELACIONES TRÓFICAS.
7. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS.
1. INTRODUCCIÓN.
La ecología es la ciencia que estudia las relaciones entre los seres vivos y su medio. Una especie
puede ocupar diferentes biotopos, siempre que se den en ellos las condiciones adecuadas para su
desarrollo. El área en la que un organismo puede vivir y obtiene alimento recibe el nombre de hábitat.
Cada especie ocupa hábitat específicos y realiza en ellos ciertas funciones. A la combinación de función y
hábitat se le denomina nicho ecológico.
biotopo (área natural)
Biocenosis o comunidad
ECOSISTEMA = BIOTIPO + BIOCENOSIS
Las especies de animales y plantas que
podemos encontrar en un ecosistema poseen
unas adaptaciones y características evolutivas
diferentes a las especies presentes en otro
ecosistema.
2. CLASIFICACIÓN DE ECOSISTEMAS. PRINCIPALES BIOMAS TERRESTRES Y ACUÁTICOS.
Para facilitar su estudio y clasificación los ecosistemas los vamos a clasificar según la localización,
ésta muy relacionada con la temperatura y las precipitaciones medias anuales de la zona correspondiente.
- Ecosistemas acuáticos:
•
•
Marinos. Son de agua salada. Se clasifican de acuerdo con la zona determinada por la
distribución de la luz y la proximidad del fondo, encontramos ecosistemas en litorales
costeros, en llanuras abisales, fondos oceánicos, …
Continentales, generalmente son de agua dulce. Pueden ser a su vez:
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-
Lóticos. Los que se desarrollan en las aguas en movimiento, ríos , remansos,
torrentes.
Lénticos. Los de aguas estancadas, como lagos, zonas pantanosas, salinas.
- Ecosistemas terrestres:
-
Llanuras y prados, bosques (de alta montaña, mediterráneos, tropicales), sabanas,
desiertos, estepas, …
Pueden
describirse
como
ecosistemas zonas tan reducidas como los
charcos, y tan extensas como un bosque
completo pero, en general, no es posible
determinar con exactitud dónde termina un
ecosistema y empieza otro.
En éstas gráficas podemos
observar , que dependiendo de la
temperatura y las precipitaciones
encontramos los distintos biomas
terrestres, corresponden con una
determinada zona geográfica, que
no sólo estará influida por su
posicionamiento
(latitud
longitud), también por su altura,
y por la presencia de otros
factores geomorfológicos.
Por tanto los biomas son grandes áreas geográficas del planeta que comparten clima, vegetación y
fauna. Los principales biomas terrestres del planeta son ocho:
1. Bosque tropical lluvioso
Aparece en regiones ecuatoriales, donde las condiciones climáticas
son constantes todo el año, y se caracteriza por una temperatura suave y elevada humedad. Son los
ecosistemas con mayor diversidad biológica y con una gran vegetación arbórea.
2. Sabanas
Aparece en regiones cálidas, con una estación seca muy prolongada que limita el
crecimiento de los árboles. Predominan las especies herbáceas y resistentes al fuego.
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3. Desiertos
La casi total ausencia de precipitaciones caracteriza este bioma. Su escasa
vegetación presenta adaptaciones (tejidos suculentos, espinas,…) y ciclos de vida muy cortos para
aprovechar la lluvia. La fauna es nocturna.
4. Bosque mediterráneo
Los contrastes climáticos a lo largo del año, con inviernos suaves,
veranos secos y calurosos y otoños lluviosos, caracterizan este bioma. La vegetación presenta hojas
pequeñas y coriáceas y su fauna es muy variada.
5. Bosque caducifolio
Está compuesto por grandes árboles de hoja caduca adaptados al frío
invierno en que paralizan su crecimiento y pierden sus hojas. El sotobosque es rico en herbáceas y
arbustos y es zona de grandes mamíferos. La precipitación es abundante todo el año.
6. Praderas y estepas
Son grandes extensiones herbáceas de escasa vegetación arbórea.
Aparecen en zonas de clima templado y precipitaciones poco abundantes con una marcada estación seca.
Es zona de grandes herbívoros.
7. Taiga
La vegetación predominante son los bosques de coníferas de hojas perennes que
soportan bajas temperaturas y evitan la perdida de agua. Las condiciones son extremas y su fauna es
migradora e hibernante.
8. Tundra
El bioma más extremo en sus condiciones. Presente en zonas muy frías, el agua se
congela en el invierno. La vegetación es de musgos, líquenes y arbustos enanos.
Los ecosistemas de agua salada son los mares y océanos, las zonas costeras, marismas, manglares
y estuarios. Los organismos de estos ecosistemas se diferencian en tres grupos: Organismos planctónicos
de pequeño tamaño que viven en suspensión en el agua y a merced de las corrientes. Distinguimos
fitoplancton (algas, vegetales y cianobacterias) y zooplancton (animales). Organismos nectónicos
animales de gran tamaño (5cm-10m) nadadores y capaces de dominar las corrientes y movimientos
propios del agua. Organismos bentónicos organismos del fondo marino, semienterrados, fijos a rocas o
próximos a la arena.
Los ecosistemas oceánicos se dividen en tres zonas:
Zona fótica. Abarca la capa de agua desde la superficie hasta los 200 metros de profundidad,
máxima profundidad a la que penetra la luz. Soporta a los organismos fotosintéticos y a un necton
compuesto de peces, cetáceos, cefalópodos, tortugas y aves.
Zona pelágica. Situada entre los 200 metros y los 6000 metros. La luz desaparece y los organismos
son sometidos a bajas temperaturas, altas presiones y completa oscuridad, excepto los bioluminiscentes.
Zona abisal. Aparece en las fosas marinas por debajo de los 6000 metros de profundidad. La fauna
aparece asociada a fuentes hidrotermales y formada por organismos adaptados a condiciones extremas.
3. FACTORES ECOLÓGICOS.
Los factores que permiten la existencia de las distintas especies de animales y plantas en un
biotopo determinado, los podemos clasificar en :
-
Factores abióticos
son factores como humedad, temperatura, luz, son factores que afectan
de forma especial a los seres vivos.
Factores bióticos
es la influencia de unos seres vivos con otros, son las interacciones que se
producen entre los individuos de las poblaciones. Por ejemplo: una especie puede tener
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disponibilidad de alimento, condiciones ambientales adecuadas como luz, agua, etc. pero la
existencia de un depredador imposibilita su desarrollo, y por tanto esa especie no estará
presente en dicho ecosistema, o al contrario ciertas especies de árboles pueden vivir en las
zonas en que viven gracias a la asociación con un tipo de hongos (hongos micorrizoides).
El exceso de un determinado factor, ya sea en cantidad o en calidad, puede impedir que una
especie se desarrolle. El valor máximo y mínimo dentro de los cuales puede sobrevivir una especie
constituyen los límites de tolerancia. A continuación estudiamos algunos de estos factores :
3.1. Factores abióticos.
A) Temperatura
La mayor parte del calor que recibe la superficie de la tierra procede del Sol.
Sin embargo la temperatura que alcanza varía, según el lugar y la época del año. En la superficie de los
continentes se producen grandes oscilaciones de temperaturas, sobre todo en los lugares secos. Las
temperaturas máximas se alcanzan en los desiertos donde se llega a 70-80º C al sol. Las mínimas -80 ºC
en Siberia y la Antártida.
En los océanos y lagos las variaciones de temperatura son mucho menores, ésta regulación se debe
al alto calor específico del agua.
A lo largo de la evolución los seres vivos han desarrollado mecanismos para regular su temperatura
corporal, evitando así los daños que puedan ocasionar los cambios de temperatura.
- los animales de temperatura elevada reciben el nombre de homeotermos y estos organismos regulan su
temperatura utilizando diversos mecanismos: sudoración, reacciones exotérmicas, envolturas aislantes
como grasa, pelos ,plumas, por lo general un tamaño corporal grande y una relación superficie/volumen
baja, favorecen la conservación del calor.
- los animales y plantas cuya temperatura es función del medio se denominan poiquilotermos. Algunos de
ellos regulan parcialmente su temperatura, aumentando o evitando su exposición al sol, colocándose
debajo de piedras que acumulan calor …
La cantidad de vapor de agua presente en la atmósfera se expresa en g/m3 en
forma de humedad absoluta.Las variaciones que tienen lugar en
la atmósfera, en cuanto a la humedad, son muy elevadas. Como
consecuencia los seres vivos , que poseen una elevada
proporción de agua, han desarrollado mecanismos adaptativos
que evitan una pérdida excesiva de humedad.
Las plantas terrestres absorben agua por sus raíces y la
pierden por transpiración. Estas plantas se marchitan y pueden
llegar a morir La adaptación de éstas especies implica: buen
desarrollo del sistema radicular, existencia de pelos que
disminuyen el efecto evaporador del aire, hojas transformadas en
espinas…
En los animales la incorporación del agua se hace a través
de la comida, a través de la superficie corporal como ranas y babosas. Otros organismos como pececillos
plata o ratones del desierto obtienen el agua a través de reacciones metabólicas. Las adaptaciones para
evitar la pérdida de agua pueden ser limitar la evaporación superficial, evitar pérdidas de agua por la
respiración, el comportamiento del animal que reconoce la falta de humedad y
busca lugares para conservarla (enterrándose, etc…).
B)Humedad
La radiación de onda corta es muy energética y altera la
C) Luz
organización molecular de los seres vivos y la radiación infrarroja tiene
importancia como fuente de calor.
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El tipo de radiación, la intensidad de la misma y la duración del día son importantes desde el punto de
vista ecológico, pues de éstos cambios depende la actividad fotosintética.
En el medio aéreo la luz no suele ser un factor limitante, las plantas se adaptan para conseguir
suficiente iluminación, colocando las hojas de manera que reciban la iluminación adecuada. En el medio
acuático, el agua actúa de filtro, impidiendo que la luz entre hacia el interior de la masa de agua. Ello
explica que la capa vegetal quede reducida a los primeros 50 ó 100 m de profundidad.
La luz como factor ecológico es causante de tres fenómenos, la fotosíntesis, la visión y capacidad
de ciertos organismos de producir luz.
Además de éstos factores anteriormente indicados, la presencia de una especie está también
determinada por una serie de 3.2. Factores bióticos. que están determinados por las interacciones de unos
individuos con otros, pueden ser entre especies distintas (interespecíficas) o de la misma especie
(intraespecíficas). Las interacciones que se establecen entre los individuos de una misma comunidad
pueden clasificarse en función de las consecuencias que tienen: 0 cuando las consecuencias para la especie
carecen de importancia, + cuando la interacción suponen un beneficio, y – cuando la interacción supone
un daño.
Competencia
Se dice que dos especies compiten cuando utilizan
el mismo recurso, de modo que cualquier ventaja de una de las especies
supone la eliminación de la otra con el tiempo. La competencia por los
polinizadores ha favorecido en las flores el desarrollo de colores y formas tan
atractivas.
Depredación, parasitismo y antibiosis
Estas interacciones tienen
es un tipo de
en común que una de las especies aparece beneficiada y otra perjudicada. Parasitismo
prelación en el que el parásito no provoca la muerte del hospedador. Suele ser frecuente que parásito y
hospedador desarrollen adaptaciones que les permitan coexistir en equilibrio. ej. el piojo suele alimentarse
de sangre del hospedador , suelen ser parásitos accidentales. Antibiosis
una especie produce una
sustancia perjudicial para otra: determinados hongos producen antibióticos como la
penicilina y la estreptomicina que inhiben el desarrollo de otros microorganismos.
Comensalismo y mutualismo
Se trata de asociaciones entre individuos
de diferentes especies, que reportan beneficios para una de ellas o para ambas
es frecuente en medio acuático, entre especies
especies. Comensalismo
animales y vegetales que viven fijos al sustrato. Los comensales se aprovechan de
mudas, descamaciones y otros productos de su cuerpo sin producir beneficio ni
daño. Ejm. los innumerables canales de las esponjas son lugares adecuados para
que se establezcan comensales como peces y moluscos. Pero también son utilizados
con otros fines diferentes a la ingestión como alimento, por ejemplo los cangrejos
ermitaños utilizan los caparazones de individuos muertos para alojarse en su
interior. Mutualismo
es la asociación entre individuos de diferentes especies y
reporta beneficios a los dos asociados. Son muy frecuentes los casos de hongos
asociados a plantas, a éste mutualismo se le conoce como simbiosis.
Además de éstas relaciones entre individuos de distintas especies, los de la misma
especie en ocasiones se agrupan, los efectos que ello tiene en su población son muy
diversos, para protegerse frente a depredadores, para obtener más fácilmente el
alimento, pero también aparecen una serie de problemas asociados, como puede ser
la competencia entre ellos, la falta de alimento, … los efectos que pueden aparecer
son :
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-
efecto de grupo
se refiere a las modificaciones que aparecen cuando individuos de la
misma especie se agrupan. La consecuencia más importante de ello es el aumento en la
velocidad de crecimiento de la población. La vida en grupo facilita la fecundación de las
hembras, la obtención de alimento y la lucha contra enemigos.
-
Efecto de masa
son los efectos que se producen en los espacios superpoblados. Para cada
población existe una densidad óptima donde las consecuencias beneficiosas del efecto son
máximas. Las causas de los efectos perjudiciales se deben a la acumulación de excrementos y
sustancias tóxicas , a la dificultad de encontrar lugares para no ser molestados en la
reproducción y a la saturación de lugares de puesta.
-
Competencia intraespecífica
dentro de las poblaciones la competencia se refiere a la
obtención de alimento, incluyendo la humedad y la luz. Esa competencia se pone de manifiesto
en la defensa del territorio, la aparición de jerarquías sociales con individuos dominantes y
dominados, etc.
A pesar de la competencia, los individuos de la misma especie forman asociaciones, la formación de
grupos aporta beneficios a los individuos de la misma especie. - Familiar (formada por individuos
estrechamente emparentados entre sí y que tienen una finalidad , procrear y el cuidado de las crías).
Colonial ( formada por individuos procedentes de un único progenitor y que permanecen unidos, ejemplos
pólipos y medusas). Gregarias ( formadas por individuos no necesariamente emparentados, que se unen
mas o menos tiempo con diferentes fines : búsqueda de alimento , defensa, reproducción, emigración, etc.
aves bandadas, mamíferos manadas, peces bancos).
Estatales ( formadas por individuos que constituyen auténticas sociedades, en las que se observa una
jerarquización y una distribución del trabajo).
4. ECOLOGÍA DE POBLACIONES
La población es el conjunto de individuos de una misma especie que viven en un área determinada
en cierto instante y que por tanto pueden reproducirse entre sí. La ecología de poblaciones estudia los
factores que influyen en el número de individuos que forman la población en condiciones naturales. Los
principales parámetros de estudio de la ecología de poblaciones son: la densidad de una población, que
se define como el número de individuos por unidad de superficie o volumen, ésta depende de la tasa de
natalidad, mortalidad, inmigración y emigración.
Las poblaciones pueden ver reducida su fertilidad, supervivencia y crecimiento debido a que no
permanecen aisladas de otras poblaciones, sino que interactúan con ellas, compitiendo por los recursos
limitantes. El principio de exclusión competitiva afirma que dos especies que compiten por un recurso
limitante no pueden coexistir. En el estudio de la biocenosis se tienen en cuenta además los siguientes
parámetros:
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Abundancia Número de individuos de una especie por unidad de área.
Diversidad. Variedad de seres vivos, especies o poblaciones de un área.
Dominancia. Grupo de especies que caracterizan la comunidad y que suele dar nombre al
ecosistema.
En ocasiones los factores abióticos y bióticos pueden ser modificados, cambios en las condiciones
climáticas, como la disminución de precipitaciones, calentamiento, introducción de especies más
resistentes, … por todo esto las especies tienen que adaptarse,
ADAPTACIÓN
Es la capacidad de los seres vivos para sobrevivir a cambios de los factores
ecológicos del medio. Los seres vivos se adaptan, con modificaciones en el organismo, algunas son
estructurales, afectan a determinados órganos (lengua de los camaleones) , otras modificaciones afectan
al funcionamiento del organismo(metabolismo de los osos), cambios en el comportamiento los lobos
cazan en grupo, esta estrategia les permite obtener presas con mayor eficacia.
Los más aptos sobreviven y dejaran descendientes, y mediante el proceso de selección natural se
eliminan los más débiles. Adaptación o extinción: cuando una especie no se adapta esta destinada a la
extinción, muchas veces de forma lenta y gradual aunque otras han sido bruscas y catastróficas.
1.adaptaciones a cambios de temperatura: plantas pierden hojas y detienen la fotosíntesis en épocas
frías, los animales mayor cantidad de pelo, mamíferos de zonas polares abundante pelo + capa gruesa de
grasa.
2.adaptaciones a la escasez de agua: la radiación solar y el viento ayudan a la evaporación del agua
para evitar la deshidratación las plantas tienen una capa impermeable en las hojas, la cutícula y unas raíces
que se introducen a gran profundidad para absorber el agua subterránea. los animales tienen la capacidad
de movimiento y se desplazan ademas estan protegidos por capas o estructuras impermeabilizadas que
reduce la evaporacion.
3.salinidad de los océanos y lagos: requiere adaptaciones específicas, los salmones preparados para
desenvolverse en diferentes salinidades.
4.bajas temperaturas: en estos medios varian poco los mares polares, los fondos oceánicos son
extremadamente fríos, algunos peces tienen proteínas en sus tejidos y en su sangre que actúan como
anticongelantes, otros como las ballenas tienen una gruesa capa de tejido adiposo.
En ocasiones se producen cambios rápidos en las condiciones medioambientales de los
ecosistemas, que hacen que las especies no tengan tiempo para una adaptación, y produce su desaparición,
en la actualidad existen especies en extinción en la gran mayoría de los ecosistemas, y el número aumenta
año tras año, debido a la acción del hombre, a la sobreexplotación de los recursos y la contaminación.
5. LA ACCION DEL SER HUMANO SOBRE LOS ECOSISTEMAS
La mayor parte de las especies crecen exponencialmente hasta que el alimento disponible, la aparición de
enfermedades, etc. tiende a estabilizar su número. En ocasiones especies foráneas se convierten en plagas
al no encontrar competidores, debido a ello su número crece de forma exponencial como ocurrió con los
conejos en Australia.
La especie humana se comporta del mismo modo, hemos conseguido eliminar casi por completo a
nuestros depredadores y nuestros competidores tróficos, y una vez adaptados a los ecosistemas, los
modificamos según nos conviene.
Desde la aparición de la especie humana las poblaciones han ido sufriendo cambios, inicialmente
dedicadas a recolección, caza, posteriormente con el desarrollo de al agricultura posibilitó la aparición de
asentamientos más poblados, entre el inicio de la era cristiana y la revolución industrial la población se
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duplicó. La peste del siglo XIV redujo considerablemente la población europea. La revolución industrial
iniciada en el siglo XVIII hizo posible un aumento extraordinario de la población y provocó un mayor
impacto de los seres humanos sobre los ecosistemas naturales.
En la actualidad los individuos que viven en las grandes ciudades de países desarrollados
consumen grandes cantidades de energía, no sólo ligadas a satisfacer necesidades alimenticias, sino
también otras no ligadas a la biología de la especie como transporte, calefacción, industria, ..para obtener
esa energía el ser humano explota y transforma los ecosistemas.
Muchos ecosistemas son transformados hasta conseguir en ellos una diversidad mínima , como
ocurre en un gran bosque convertido en un campo de maíz. Además producimos y acumulamos gran
cantidad de residuos, que al dispersarse por la biosfera producen contaminación. Las acciones del ser
humano sobre el medio ambiente pueden concretarse en los siguientes apartados.
A. La contaminación del agua.
La excesiva utilización del agua por parte de industrias y
zonas
superpobladas como grandes ciudades y centros de vacaciones, y
la
transformación de zonas de secano en zonas de regadío provoca
una
escasez de éste elemento en su ciclo natural, ello provoca una
mayor
utilización de las aguas subterráneas y el consiguiente
agotamiento y salinización de los acuíferos.
El vertido en los cursos de agua de productos residuales
tóxicos
o cantidades de materia orgánica superiores a las cantidades de
autodepuración provoca el envenenamiento de los mismos, la
eutrofización y la
destrucción de los
ecosistemas. Un ejemplo a
destacar
es la eutrofización, que consiste en que al existir un gran contenido
de materia orgánica , las bacterias que descomponen la materia
orgánica aumentan su actividad consumiendo oxígeno, provocando
una disminución del oxógeno.
B. La contaminación de la atmósfera.
Es consecuencia de la utilización masiva de fuentes de energías no renovables, principalmente
carbón y petróleo, cuya combustión libera gran cantidad de gases nocivos y provoca consecuencias
desastrosas : lluvia ácida, contaminación atmosférica…
Son muchos los contaminantes que encontramos en el aire que respiramos: óxidos de nitrógeno,
óxidos de azufre, hidrocarburos, monóxido de
carbono,
partículas en suspensión…los efectos sobe la
población son:
-. Dañan nuestros ojos, - irritan los pulmones,
- alteran
las cosechas y ocultan la luz solar, - el
corazon
aumenta el número de latidos al aumentar la
concentración de CO y disminuir el O2
presente.
- El SO2 deteriora el tejido pulmonar y su
acción
está asociada a la mayor incidencia de asma,
enfisema
y bronquitis.
C. La superpoblación.
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El aumento constante de la población requiere una producción masiva de alimentos. De la
población actual el 10 por 100 se halla subalimentada y no llega a la
ración diaria de 2500 kcal, mientras que 1/3 de la población está mal
nutrida.
El rápido incremento de la población mundial está provocando la
explotación incontrolada de recursos naturales, se destruyen espacios
naturales, se crean campos de cultivo, se aumenta el consumo de
fertilizantes, éstos procesos provocan graves desequilibrios ecológicos :
erosión, desertización, aparición de plagas, etc. imagen. estación de trenes en
Bombay
D. Las grandes concentraciones urbanas.
Suelen estar unidas a la destrucción del paisaje, eliminación de tierras fértiles, contaminación de la
atmósfera y del agua, acumulación de basuras, …
Actualmente vivimos en una era del desperdicio sin precedentes: la mayor parte de los envoltorios
envases y recipientes son de usar y tirar, de ahí las ingentes cantidades de desperdicios que producimos.
Los vertederos de basura ocupan extensiones cada vez más
importantes, a la vez crean áreas cuyas condiciones son
detestables : invasión de ratas, malos olores, no hay que
olvidar además el precio que pagamos por todos esos
desperdicios.
E. Otros hechos
Desecación de zonas húmedas como marjales , albuferas o
marismas para su utilización como campos de cultivo o zonas
residenciales.
La economía destructora se pone de manifiesto en los
monocultivos tropicales como el maíz, el cafetal o la caña de azúcar que
arruinan las tierras que son abandonadas para buscar lugares más fértiles
, que pronto serán abandonados.
La caza incontrolada provoca la desaparición de numerosas
especies, lo que provoca una disminución del patrimonio natural,
además de crear desajustes en muchos ecosistemas.
6 . RELACIONES TRÓFICAS.
Son las basadas en la transferencia de materia y energía de unos organismos a otros mediante la
alimentación. Se distinguen dos tipos de relaciones:
•
Cadenas tróficas. Está formada por una serie de organismos que se comen unos a otros, cada uno
de los cuales es un eslabón y constituye un nivel trófico.
Ej. romero
abeja
abejarruco
culebra de escalera
Aguila culebrera.
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•
Red trófica. Se llama red trófica al entramado de cadenas tróficas interconectadas, en las que
existen organismos que forman parte de ellas y pueden ocupar distintos niveles tróficos. Parece
imposible que un animal se alimente únicamente de otro concreto, lo normal es que se alimente de
una amplia gama.
Em. Las abejas se alimentan del polen de otras muchas plantas aparte del romero y los abejarrucos
a pesar de su nombre comen otros insectos , no sólo abejas.
Los diferentes niveles tróficos son los correspondientes a los productores, consumidores y
descomponedores.
Productores
Son los encargados de transformar la luz solar en energía química mediante la
fotosíntesis. Son los organismos autótrofos (plantas , algas y organismos fotosintéticos). Los productores
primarios son los organismos que hacen entrar la energía en los ecosistemas. Los principales productores
primarios son las plantas verdes terrestres y acuáticas, incluidas las algas, y algunas bacterias. Forman el
99,9% en peso de los seres vivos de la biosfera.
Fotosíntesis y respiración
La fotosíntesis es el proceso por el que se capta la energía luminosa que procede del sol y se convierte
en energía química. Con esta energía el CO2, el agua y los nitratos que las plantas absorben reaccionan
sintetizando las moléculas de carbohidratos (glucosa, almidón, celulosa, etc.), lípidos (aceites, vitaminas,
etc.), proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN) que forman las estructuras vivas de la planta.
Las plantas crecen y se desarrollan gracias a la fotosíntesis, pero respiran en los periodos en los que no
pueden obtener energía por fotosíntesis porque no hay luz o porque tienen que mantener los estomas
cerrados. En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía
necesaria para los procesos vitales. En este proceso se consume O2 y se desprende CO2 y agua, por lo que,
en cierta forma, es lo contrario de la fotosíntesis que toma CO2 y agua desprendiendo O2.
Fotosíntesis y respiración
La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es
6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa
C6H12O6 + 6 O2
La energía luminosas es captada por la clorofila de las células verdes de las
plantas y utilizada para regenerar moléculas de ATP y NADPH (Fase
luminosa). En una segunda fase la energía química contenida en el ATP y el
NADPH es utilizada para reducir moléculas de CO2 hasta gliceraldehido, a
partir del cual se sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente
glucosa. Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos
esenciales en la constitución de las plantas
La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global:
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O + Energía
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La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH
que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía.
Producción primaria bruta y neta
Cuando se habla de producción de un ecosistema se hace referencia a la cantidad de energía que ese
ecosistema es capaz de aprovechar. Una pradera húmeda y templada, por ejemplo, es capaz de convertir
más energía luminosa en biomasa que un desierto y, por tanto, su producción es mayor.
La producción primaria bruta de un ecosistema es la energía total fijada por fotosíntesis por las plantas.
La producción primaria neta es la energía fijada por fotosíntesis menos la energía empleada en la
respiración, es decir la producción primaria bruta menos la respiración.
Cuando la producción 1ª neta es positiva, la biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando. Es lo
que sucede, por ejemplo, en un bosque joven en el que los árboles van creciendo y aumentando su
número. Cuando el bosque ha envejecido, sigue haciendo fotosíntesis pero toda la energía que recoge la
emplea en la respiración, la producción neta se hace cero y la masa de vegetales del bosque ya no
aumenta.
Consumidores
Son organismos heterótrofos, incapaces de fabricar materia orgánica, lo que
significa que tienen que alimentarse de otros seres vivos. existen varios tipos de consumidores.
- Primarios. Son los herbívoros y se alimentan de productores.
- Secundarios. Son los carnívoros depredadores que se alimentan de herbívoros.
- Finales. Son carnívoros superdepredadores y se alimentan de herbívoros y de otros carnívoros.
Descomponedores
Organismos que obtienen la materia y la energía mediante la
descomposición de cadáveres y restos orgánicos. Son los hongos y algunas bacterias. Su misión es
transformar la materia orgánica en inorgánica o sales minerales utilizables nuevamente por los
productores.
Dentro del grupo de los productores secundarios, además de los animales grandes y longevos, está
el grupo de los detritívoros o descomponedores, formado fundamentalmente por los hongos y las
bacterias.
Son muy pequeños, están en todas partes, con poblaciones que se multiplican y se desvanecen con rapidez.
Desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía son despilfarradores y aprovechan poco la
energía: su eficiencia es pequeña.
Los descomponedores tienen gran importancia en la asimilación de los restos del resto de la red trófica
(hojarasca que se pudre en el suelo, cadáveres, etc.). Son agentes necesarios para el retorno de los
elementos, que si no fuera por ellos se irían quedando acumulados en cadáveres y restos orgánicos sin
volver a las estructuras vivas. Gracias a su actividad se cierran los ciclos de los elementos.
En los ecosistemas acuáticos abundan las bacterias. Los hongos son muy importantes en la biología del
suelo. Su biomasa supera frecuentemente la de los animales del ecosistema. La biomasa bacteriana de los
ecosistemas terrestres está comprendida habitualmente entre 0,2 y 15 g C/m2 (la de los animales
raramente sobrepasa 2 g C/m2), y en los ecosistemas acuáticos oscila entre 0,1 y 10 g C/m2.
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Relación Productividad/Biomasa
Al analizar la productividad en los
ecosistemas resulta muy interesante el
cociente productividad neta / biomasa.
Así, por ejemplo, en una población de
algas en la que cada alga se dividiera en
dos iguales cada 24 horas, ese cociente
sería de 1 (eficiencia del 100%).
Significa que cada gramo de algas dobla
su peso en 24 horas
La relación productividad / biomasa es
muy alta en el plancton, puede ser
cercana al 100% diario. Esto quiere decir que la población se renueva con gran rapidez. Significaría que
pueden llegar a tener tasas de renovación de hasta un día.
En la vegetación terrestre el valor suele estar entre un 2 y un 100% anual lo que significa tasas de
renovación de entre 1 y 50 años.
7. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Funcionamiento del ecosistema
El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una fuente de energía que,
fluyendo a través de los distintos componentes del ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los
minerales y otros componentes físicos del ecosistema. La fuente primera y principal de energía es el sol.
En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continuo de los materiales. Los diferentes
elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta
que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire.
En el ecosistema la materia se recicla -en un ciclo cerrado- y la energía pasa - fluye- generando
organización en el sistema.
Figura 4-2 > Ciclo energético del ecosistema
Estudio del ecosistema
Al estudiar los ecosistemas interesa más el conocimiento de las relaciones entre los elementos, que el
cómo son estos elementos. Los seres vivos concretos le interesan al ecólogo por la función que cumplen
en el ecosistema, no en sí mismos como le pueden interesar al zoólogo o al botánico. Para el estudio del
ecosistema es indiferente, en cierta forma, que el depredador sea un león o un tiburón. La función que
cumplen en el flujo de energía y en el ciclo de los materiales son similares y es lo que interesa en
ecología.
Rafael A. Medel Martínez
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Como sistema complejo que es, cualquier variación en un componente del sistema repercutirá en todos
los demás componentes. Por eso son tan importantes la s relaciones que se establecen.
Los ecosistemas se estudian analizando las relaciones alimentarias, los ciclos de la materia y los flujos
de energía.
a) Relaciones alimentarias.La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y pasa de unos
organismos a otros a través de la cadena trófica.
Los ciclos biogeoquímicos representan el flujo de los elementos químicos más importantes para los seres
vivos, siendo los principales el oxígeno, el hidrógeno, el carbono, el nitrógeno, el azufre y el fósforo.
Ciclo del Nitrógeno.
El nitrógeno forma parte de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Su mayor reservorio es la atmósfera
pero este nitrógeno (N2) no puede ser utilizado por la mayoría de los seres vivos. El ciclo consta de cinco
pasos.
1- Fijación del nitrógeno atmosférico. El nitrógeno atmosférico (N2) es transformado (fijado) en
amoníaco NH3 por bacterias fijadoras como el Rhizobium que actúan en nódulos radiculares
(raíces) de plantas leguminosas o en heterocistos de cianobacterias.
N2 + 3H2 → 2NH3
2- Nitrificación. El amoníaco (NH3) es transformado en nitritos (NO2-) por bacterias nitrificantes
como Nitrosomonas y los nitritos en nitratos (NO3-) por bacterias como Nitrobacer.
NH3 ↔ NO2- ↔ NO33- Asimilación. El nitrato (NO3-) ya puede ser absorbido y utilizado por las plantas.
Rafael A. Medel Martínez
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4- Amonificación. El nitrógeno es liberado de nuevo en compuestos nitrogenados orgánicos (urea,
ácido úrico y organismos muertos) y como amoníaco (NH3) por bacterias amonificantes.
5- Desnitrificación. Los nitratos (NO3-) del suelo y de las aguas puede ser transformado en nitrógeno
molecular (N2) por bacterias desnitrificantes anaerobias como Pseudomonas y hongos.
NO3- → N2
Ciclo del Carbono.
El carbono (C) es quizás el elemento químico más destacable en el proceso de la vida puesto que forma
parte de los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos de los seres vivos.
En la naturaleza se encuentra principalmente en la atmósfera en forma de dióxido de carbono (CO2;
aunque su concentración es muy pequeña: 0,03 %), en el océano y el agua dulce en forma de carbonatos
(CO32-) y bicarbonatos (HCO3-) y en rocas calizas en forma de carbonato cálcico (CaCO3).
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- + ↔ 2H+ + CO32El carbono es fijado por los productores primarios en la fotosíntesis.
6CO2 + 6H2O + energía → C6H12O6 + 6O2
Después se transmite al resto de eslabones de la cadena trófica. Parte de este carbono es devuelto a la
atmósfera y el agua por los procesos respiratorios de todos los seres vivos aunque la mayor parte del
carbono es devuelto por los descomponedores al procesar los materiales de desecho y los restos muertos
de todos los niveles tróficos. Existe una devolución adicional en el proceso de combustión de incendios y
combustibles fósiles, en la erupción de volcanes y en el proceso de erosión de la roca caliza.
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Ciclo del fósforo.
El fósforo (P) forma parte de los ácidos nucleicos, de los fosfolípidos de membrana y de las moléculas
energéticas (ATP, ADP y AMP) de los seres vivos.
La mayor parte de este elemento se encuentra en forma de fosfatos inorgánicos (PO43-) en las rocas. Es
liberado por erosión y solubilizado por el agua como ácido ortofosfórico o fosfato orgánico (PO42-) que de
esta manera puede ser absorbido por los productores primarios. Después se transmite al resto de eslabones
de la cadena trófica y es devuelto al medio natural por los descomponedores al procesar los materiales de
desecho y los restos muertos de todos los niveles tróficos.
Ciclo del azufre.
El azufre (S) es un elemento esencial para todos los seres vivos ya que forma parte de los aminoácidos de
las proteínas y otros tipos de moléculas.
La descomposición de depósitos orgánicos e inorgánicos del suelo produce sulfatos (SO42-) que son
captados por los productores. Éstos son reducidos a sulfuro de hidrógeno (H2S) e incorporados a los
aminoácidos. De aquí el azufre pasará a otros niveles tróficos para volver al suelo por actividad bacteriana
una vez cesada la vida del organismo.
Además las erupciones volcánicas, la combustión de combustible fósiles y la desintegración de la materia
liberan azufre a la atmósfera. Éste se transforma en dióxido de azufre (SO2) que reacciona con la luz para
producir trióxido de azufre (SO3) y a su vez dar ácido sulfúrico (H2SO4) con el agua que precipita en
forma de lluvia ácida.
H2S + ½ O2 ↔ S + H2O
S + O2 ↔ SO2
SO2 + luz ↔ SO3
SO3 + H2O ↔ H2SO4
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Ciclo hidrológico (ciclo del agua).
El agua (H2O) es la molécula más importante para el mantenimiento de la vida.
La evaporación de la hidrosfera (océanos, mares, lagos, ríos,…) pasa el agua a la atmósfera donde se
condensa y precipita en forma de lluvia, nieve o granizo sobre la superficie de la biosfera. Parte de esta
agua es retenida por los seres vivos que la consumen para mantener su metabolismo y es devuelta a la
atmósfera en forma de transpiración.
El oxígeno (O2) de la atmósfera (21 %) procede de la fotosíntesis que realizan los organismos autótrofos y
es utilizado por los seres vivos para respirar.
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