Unidad Temática 20. Interacciones entre organismo y ambiente

Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
¿Qué es el ambiente?
Concepto de factor ambiental
Tipos de respuesta de los organismos frente a los factores ambientales
Ecotipos y Clinas
Factores directos: luz, temperatura, radiación y disponibilidad hídrica
Factores indirectos: altitud y profundidad
Óptimo fisiológico y óptimo ecológico
Concepto de hábitat
Unidad Temática 20.
Interacciones entre
organismo y ambiente
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Fuentes: Universidad de Liverpool, www.primates.com, www.dkimages.com, energiaslimpias.org
Universidad de
Liverpool
Siglo XXI
Michael Begon
Ecología (19951), p.124
…el objetivo principal de la
ecología: describir, explicar y
comprender la distribución y
abundancia de los organismos.
Altamira
9000 adC
Homo sapiens
1
Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
-- Medio ambiente. Tiene una connotación muy antropógena:
“El medio ambiente es el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y
sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto o
largo, sobre los seres vivos y las actividades humanas.” (Definición de la
Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente en Estocolmo 1972).
Una definición operativa de compromiso
Conjunto de componentes físicos (ambiente abiótico) y vivos (ambiente biótico)
con los que interaccionan los organismos.
Æ Esto implícitamente asume que las características climáticas y las matrices acuáticas,
terrestres y atmosféricas son los principales condicionantes de la vida de un determinado
organismo…
pero Æ los organismos con los que se convive modifican las condiciones
generales determinadas por esos compartimentos de los ecosistemas
Æ …y que tales matrices son independientes de los organismos
pero Æ los propios organismos modifican esas matrices a través de su metabolismo y
comportamiento (p.e., la composición química de la atmósfera depende de los gases
que los organismos retiran y añaden, los suelos son restos vegetales descompuestos
por microorganismos)
-- Ambiente: el concepto clásico más generalizado:
“Conjunto de componentes que afectan a los organismos”
¿Qué es el ambiente?
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Fuente: Ecología. Begon et al. 1995. Cap. 2 (modificaciones propias)
¿Qué ejemplos podemos dar de factores ambientales comunes (p.e.
recordando las prácticas)?
Las condiciones
para la simple
supervivencia son
menos restrictivas
que para la
reproducción
Sin embargo la diferencia entre factores y recursos no siempre es clara: la luz y el
CO2 ¿son un factor o un recurso?
-- A diferencia de los recursos, los factores ambientales no pueden ser
consumidos ni agotados, aunque sí alterados por un organismo.
-- Un factor ambiental (en el sentido más restringido) es una condición
abiótica variable en el espacio y en el tiempo, que frecuentemente
suscita distintas respuestas en los organismos que la enfrentan
Factor ambiental
2
Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Fuente: Ecología. Begon et al. 1995. Cap. 2 (modificaciones propias). Ecología de la vegetación.Terradas 2001. Cap. 1
Y de las poblaciones
Desde el punto de vista Las condiciones
para la simple
del individuo
supervivencia son
menos restrictivas
que para la
reproducción
-Ley de la tolerancia de Shelford (1913)-
Factor ambiental
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Æ pero algunos En (como insectos:
polillas) usan el calor metabólico para
regular por un tiempo su temperatura
Ectotermos: dependen de
fuente de energía exterior
Endotermos: regulan su t
produciendo calor
Æ algunos P (peces antárticos) tienen t
constante porque t ambiental no varía. Los
reptiles tienden a H con comportamiento
Æ pero algunos H (osos, erizos,
vencejos…) sufren hibernación o torpor
Homeotermos: ante variación t
exterior su t ~ constante
Poiquilotermos: t variable
-- Relaciones organismo
temperatura (t) :
-- La temperatura se considera como el factor ambiental que, aisladamente,
tiene mayor influencia en la distribución y abundancia de los seres vivos
Factores de acción directa: temperatura
3
¿compensación?
Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Fuente: Ecology. Begon et al. 2006. Cap. 2.
¿factor limitante?
Las temperaturas
mínimas son un
típico limitante de la
distribución de las
plantas en nuestras
latitudes (¿hasta
donde se cultiva el
olivo en España?)
Æ (1) Límites absolutos a la distribución de los seres vivos
-- Las temperaturas (peligrosamente) BAJAS
congelan el agua en tejidos (daños físicos y cambios iónicos)
-- Las temperaturas (peligrosamente) ALTAS
desnaturalizan las proteínas irreversiblemente
fuerzan cambios en el equilibrio metabólico (R>P en plantas)
deshidratación
¿Qué influencia tiene?:
Factores de acción directa: temperatura
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Factores de acción directa: temperatura
Fuente: Ecología. Begon et al. 1995. Cap. 2. Ecology. Molles. 2005. Cap 4.
-- Estos rangos varian intra e interespecíficamente
[diapositiva anterior sobre factores]
Y un rango de temperaturas SUBÓPTIMAS en el que tales procesos disminuyen
- rango en que se da la mayor capacidad de trabajo (perspectiva sistémica)
Æ difícil de medir, se suele atender a componentes de la eficacia biológica
-- (2) Existe un rango de temperaturas ÓPTIMAS en el que un organismo dado se
desarrolla mejor:
- rango en que se da el mayor potencial reproductivo (perspectiva evolutiva)
¿Qué influencia tiene?:
4
Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Fuente: Biogeography. Cox y Moore 2005. Cap. 4 (modificaciones propias).
Las curvas de tiempo de
germinación en estas
especies muestran su
respuesta a
temperaturas óptimas
(mínimos) y subóptimas
-- (3) Las especies próximas desarrollan
respuestas funcionales ligeramente diferentes,
acopladas a las condiciones que soportan
¿Qué influencia tiene?:
Factores de acción directa:
temperatura
germinación
primaveral
(continental)
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
germinación
amplia
(oportunista de
la estepa)
germinación
otoñal
(mediterránea)
Fuente: Ecology. Molles. 2005. Cap 5.
menores humedades relativas o
mayores déficits de presión significan
mayores pérdidas de agua del
organismo al ambiente (deshidratación
y enfriamiento)
Que también puede expresarse a través del déficit de
presión de vapor, o diferencia entre la presión del VA
en el aire y la máxima presión con saturación de VA
agua (VA):
Humedad relativa (g H20/m3) =
(Densidad de VA / Dens. de VA en saturación) x 100
-- El factor ambiental relevante aquí es la humedad
relativa, o grado de saturación del aire con vapor de
-- La cantidad de humedad en el aire determinará, en
organismos terrestres, si se produce una tendencia
hacia la pérdida de agua
-- Los organismos vivos dependen del agua ya que el funcionamiento último de sus
mecanismos bioquímicos se da en las fases acuosas de los tejidos y las células
Factores de acción directa: disponibilidad hídrica
5
Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Fuente: Ecology. Molles. 2005. Cap 5.
hídrico
-- En vegetales, el agua
también fluye a favor del
gradiente de concentración,
conocido como potencial
-- De manera análoga, en
ambientes acuáticos el
movimiento del agua a
favor de gradientes de
concentración por las
membranas
semipermeables de las
células genera una presión,
la presión osmótica, cuya
regulación requiere la
inversión de energía
Factores de acción directa: disponibilidad hídrica
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Fuente: Ecología. Begon et al. 1995. Cap. 3. Ecology. Begon et al. 2006. Cap 3.
Mapa mundial de radiación absorbida (J cm-2 min-1)
- un factor ambiental: como limitante a grandes escalas de la distribución de
los seres vivos y determinante de gradientes mundiales de riqueza de especies
- un recurso: para los vegetales (fotosíntesis), que la interceptan y atenúan
-- La radiación (solar) se puede entender como:
¿Factores? de acción directa: radiación
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Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Æ las plantas montanas tienden a ser bajas, pegadas al suelo y con
colores grisáceos (se interpreta como adaptación al frío y radiación)
Æ los insectos de montaña buscan refugios bajo las piedras
altas temperaturas diurnas y enfriamiento nocturno acusado (el flujo de
calor del suelo al aire se ve favorecido por el viento, típico en montaña)
-- La intensidad de radiación solar crece con la altura, pues decrece la
capa atmosférica que la filtra, lo que es particularmente relevante para la
radiación infrarroja (que se emite) y la ultravioleta (que se recibe)
en latitudes tropicales (y polares): la precipitación aumenta hasta un
máximo intermedio y después disminuye, la temperatura disminuye
Fuente: Ecología I. F.J.Pineda. 1993. Cap 2.
-- La presión atmosférica disminuye con la
altitud y, de forma más relevante, la
presión parcial de oxígeno (<80% a
2000 m), lo que puede afectar a la
distribución de animales endotermos (p.e.,
mal de altura, que también afecta al
ganado)
-- El ascenso de masas húmedas puede
originar fenómenos de precipitación
horizontal, por el que la vegetación
intercepta las gotas de agua empujadas por
el viento, que se derivan por escorrentía
hacia el suelo (p.e., laurisilva Canaria)
-- El aire, al ascender, tiende a expandirse tomando la energía cinética para
hacerlo del entorno y disminuyendo la temperatura (gradiente adiabático
seco [~1ºC/100] y húmedo [~0.6ºC/100])
en montañas de latitudes medias: la precipitación aumenta y la
temperatura disminuye con la altitud
-- La humedad absoluta desciende con la
altura (pues el aire frío puede contener
menos agua) pero la relativa aumenta
Factores de acción indirecta: altitud y profundidad
-- ACCIÓN INDIRECTA: la variación en estos factores lleva aparejada una
variación concomitante de muchos otros factores (o recursos) que son los
que tienen un efecto en última instancia
Factores de acción indirecta: altitud y profundidad
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
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La “calidad” de la luz se
modifica (vira al azul)
Las aguas se
estratifican
térmica y
lumínicamente,
dando una
zonación
característica y
relevante para los
organismos
arrecife profundo
Fuente: Ecology. Molles. 2005. Cap 3 (modificaciones propias). Estratificación térmica de un lago: fuente desconocida
arrecife de coral poco
profundo
Factores de acción indirecta: altitud y profundidad
Riqueza peces (200 m)
Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
La radiación “fotosintética” se extingue con la profundidad (unos 100 metros).
El rojo, naranja, amarillo y verde, se absorben más rápidamente que el
azul, dando una coloración viva en los primeros 10 m pero azulada al fondo marino.
Æ y su composición espectral se modifica
El calor se pierde en superficie por evaporación y se transmite hacia abajo
lentamente por conducción (o más rápido si hay turbulencias).
La mayor parte de la energía calorífica (radiación de alta longitud de onda) se
detiene en superficie. El 80% de la radiación solar se absorbe en los primeros 10 m.
Æe.d., la radiación solar decrece exponencialmente con la profundidad
-- La profundidad es un factor relevante en ambientes acuáticos, donde el
agua refleja, absorbe y dispersa la radiación incidente, que se atenúa
según la ley de Lambert-Beer: Iλz= Iλ0 e-kλz
Factores de acción indirecta: altitud y profundidad
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Riqueza invertebrados bentónicos
(2000 m)
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Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Fotografías: www.ct.botanical.society.org, www.plant-identification.co.uk y ichn.iec.cat/bages/alzinar/cfulles.htm
Æ Un ejemplo clásico son las poblaciones de plantas que crecen en
zonas mineras y desarrollan resistencia a los metales pesados del suelo
(quizás Spergularia rubra en la desembocadura del Odiel y
Anthoxanthum odoratum en el sur de Gales)
Æ Definido originalmente para plantas, “Raza”, se emplea como término
equivalente.
Æ Existen respuestas fenotípicas determinadas por el ambiente (y
no por el genotipo): lo que se conoce como plasticidad
fenotípica (p.e. hojas de distinta morfología según la edad y la altura a
la que se encuentren en encinas).
-- El término ecotipo se da a formas dentro de una especie que surgen
como consecuencia de ajustes, determinados genéticamente, a factores
ambientales locales (adaptación local)
Ecotipos y clinas
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Ecotipos y clinas
Fuente: The Encyclopaedia of Ecology and Environmental Management. Calow, P. 1998 (modificaciones propias)
altitud (temperatura)
-- Una ecoclina es un gradiente en la configuración genética de una
especie de acuerdo con un factor ambiental como la altitud, salinidad,
fotoperiodo, etc.
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Mg, Ca
Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Fuente: Ecología. Begon et al. 1995. Cap. 2. Ecology. Molles. 2005. Cap 4.
-- Respuesta umbral: aparece
cuando el factor sobrepasa un umbral
-- Respuesta óptima: los
incrementos en un factor (o recurso)
favorecen la actividad de los
organismos hasta llegar a un punto
óptimo a partir del cual el efecto es
negativo.
-- Respuesta de saturación: el
incremento del factor (o recurso)
favorece la actividad del organismo
hasta un punto de saturación a partir
del cual no hay variación en la
respuesta (asíntota).
P.e.: eclosión de
huevos en
insectos, al
alcanzarse una
temperatura
umbral
P.e.:
respuesta a la
intensidad de
luz en la
fotosíntesis
P.e.: efecto de
micronutrientes
Tipos de respuestas de los organismos a los
factores del medio
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
1.0
0.5
0.0
-0.5
fitted function
fitted function
fitted function
-1.0
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
0.0
0
100
0.2
10
160
30
40
0.6
PCOD (3.8%)
0.4
CMAT (10.3%)
20
NDVI (31.7%)
140
50
0.8
180
1.0
60
200
Respuesta
cuadrática (óptimo
intermedio) a la
productividad
primaria
120
10
0.5
0.0
0
1200
1000
20
1.5
30
40
CHB (1.8%)
1800
60
2.5
70
3.0
2000
5
10
15
20
0
20
0.0
0.2
60
0.6
PBRZ (0%)
0.4
CARB (5.9%)
40
25
80
0.8
Respuesta positiva
y creciente (a más
cobertura mayor
probabilidad de
encontrar la
especie)
HARB (19.6%)
Respuesta umbral
a la altura del
arbolado (sólo
aparece con
árboles grandes)
Sin respuesta (esta
variable ambiental
no influye)
50
2.0
HMAT (6.9%)
1.0
1600
ALT (20%)
1400
Pinzón azul en Tenerife. Efecto de distintos descriptores
ambientales sobre su distribución (sobre su probabilidad de presencia)
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
1.0
0.5
0.0
fitted function
fitted function
fitted function
-0.5
-1.0
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
1.0
0.5
0.0
fitted function
fitted function
fitted function
-0.5
-1.0
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
1.0
30
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Ecología. Lic. Biología. 2009-2010. Javier Seoane
Fuente de la cita: Aves del Archipiélago Canario. A. Martín y J.A.Lorenzo. 2001
p.e.: tanto las algas del fitobentos como muchos invertebrados bentónicos viven en rocas
sumergidas, pero mientras que las algas ocupan más frecuentemente las partes expuestas (para
captar mejor la luz) los invertebrados tienden a preferir las partes inferiores y ocultas (para
protegerse de la corriente y los depredadores)
Æ pueden subdividirse en microhábitats (ubicación más precisa), de acuerdo
con el grado de adecuación que se juzga para una especie
p.e.: “Especie muy ligada a zonas con agua dulce, tanto en el cauce de barrancos como en
ambientes artificiales (…). Con frecuencia penetra en núcleos urbanos, y excepcionalmente se la
puede ver en la zona intermareal” [Para la lavandera cascadeña, Motacilla cinerea]
-Las diversas definiciones coinciden en:
Æ debe describir los rasgos ambientales clave que determinan la distribución
de una especie (o comunidad)
p.e. “zona alta intermareal”, “barrancos calizos”, “sabana arbolada”
-- ¿Qué es?:
- El hábitat es el lugar donde vive una especie (o comunidad) normalmente
- Se describe en términos de aspectos físicos como la topografía o el tipo de
suelo (y en animales, frecuentemente, la propia vegetación)
Hábitat
Unidad temática 22. Interacciones entre organismo y ambiente
Estas propiedades
exigirán unas
adaptaciones apropiadas
en las especies que los
ocupan
constante: condiciones favorables o no un tiempo determinado
estacional: alternancia regular entre periodos favorables y adversos
impredecible: ambos periodos se intercalan con duración indeterminada
efímero: periodo favorable predeciblemente corto
Æ tiempo: constantes, estacionales, impredecibles, efímeros
continuo: área favorable más extensa de lo que puede desplazarse el organismo
aislado: área favorable limitada y alejada del resto más que la capacidad de
desplazamiento normal
mosaico: áreas favorables y desfavorables entremezcladas; el organismo es capaz de
trasladarse entre ellas
Æ espacio: continuos, aislados, en mosaico
Hábitat
-- Caracterización ecológica
Se suelen dividir según sus propiedades en el espacio y en el tiempo, desde el
(supuesto) punto de vista de los organismos que viven en ellos:
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