28 Audesirk capítulo 28

Capítulo 28
¿Cómo funcionan los
ecosistemas?
Lecture Outlines by Gregory Ahearn,
University of North Florida
Copyright © 2011 Pearson Education Inc.
Contenido de la sección 28.1
• 28.1 ¿Cómo se mueven la energía y los
nutrientes a lo largo de los
ecosistemas?
– La función de un ecosistema está sujeta a
dos leyes básicas:
Trayectorias de la energía y los
nutrimentos
• La energía se desplaza de una comunidad
a otra dentro de los ecosistemas en un
flujo unidireccional continuo.
– La energía que impulsa las actividades de la
vida proviene del sol.
– Es captura por los organismos fotosintéticos
y transformada por las reacciones químicas
que alimentan la vida.
– Termina convertida en energía calorífica que
se irradia de regreso hacia el espacio.
Trayectorias de la energía y los
nutrimentos
• Los nutrimentos constantemente se
reciclan dentro y entre de los ecosistemas.
– Las moléculas de la vida se construyen a
partir de componentes químicos básicos que
se obtienen del medio ambiente.
– Los nutrimentos pueden cambiar en cuanto a
su forma y distribución, e incluso ser
transportados entre diferentes ecosistemas,
pero permanecen en la Tierra.
Contenido de la sección 28.2
• 28.2 ¿Cómo fluye la energía a través
de las comunidades?
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• Las ondas electromagnéticas llevan
energía del sol a la Tierra.
– Gran parte de la energía solar que llega a la
Tierra es reflejada o absorbida.
– Sólo alrededor del 1% de la energía está
disponible para la fotosíntesis.
– Los organismos fotosintéticos capturan el 3% o
menos de esta cantidad.
– Gracias a la fotosíntesis, ellos sirven como
conducto tanto de energía como de
nutrimentos hacia las comunidades ecológicas.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• La energía fluye en las comunidades a
partir de los productores fotosintéticos a
través de varios niveles de consumidores.
– Cada nivel de organismos se llama nivel
trófico.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• Los autótrofos (o productores)
producen su propio alimento utilizando
nutrimentos y energía del ambiente (luz
solar).
– Forman el primer nivel trófico.
• Directa o indirectamente también
producen alimento para casi todas las
formas de vida.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• Los heterótrofos (o consumidores) no
pueden sintetizar su propio alimento, así
que obtienen la energía y nutrimentos de
los productores.
– Ocupan varios niveles tróficos.
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
• Los consumidores ocupan varios niveles
tróficos.
– Los que se alimentan directa y
exclusivamente de los productores se
llaman herbívoros o consumidores
primarios.
– Los que se alimentan principalmente de
consumidores primarios se llaman
carnívoros o consumidores
secundarios.
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
• Los consumidores ocupan varios niveles
tróficos.
– Los que se alimentan principalmente de
consumidores primarios se llaman
carnívoros o consumidores
secundarios.
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
• Los consumidores ocupan varios niveles
tróficos.
– Algunos carnívoros se alimentan en
ocasiones de otros carnívoros y actúan
como consumidores terciarios.
energía de la
luz solar
productores
calor
calor
consumidores
primarios
nutrimentos
calor
FIGURA 28-1 Flujo de
energía, ciclo de
nutrimentos y relaciones
tróficas en los ecosistemas
descomponedores
consumidores de
nivel superior
energía solar
energía térmica
energía almacenada
en enlaces químicos
nutrimentos
calor
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• La energía que los organismos
fotosintéticos almacenan y ponen a
disposición de otros miembros de la
comunidad a lo largo de un periodo
específico se denomina productividad
primaria neta.
– Determina la cantidad de vida que un
ecosistema determinado puede sostener.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• En la productividad primaria neta del
ecosistema influyen:
– La cantidad de nutrimentos y luz solar de la
que disponen los productores.
– La disponibilidad de agua.
– La temperatura.
plataforma
continental (140)
mar
abierto
(125)
tundra
(140)
bosque de
coníferas (800)
bosque
caducifolio
templado (1200)
bosque
lluvioso (2200)
estuario
(1500)
pastizal (600)
desierto (90)
FIGURA 28-2 Comparación de la productividad de los ecosistemas
Cadenas tróficas
• Una cadena trófica es una relación lineal
de alimentación con un solo
representante de cada nivel trófico.
– Los distintos ecosistemas tienen cadenas
alimentarias radicalmente diferentes.
– Las comunidades naturales rara vez
contienen grupos bien definidos de
consumidores primarios, secundarios y
terciarios.
FIGURA 28-3
Cadenas tróficas
terrestre y marina
Redes alimentarias
• Una red trófica muestra las relaciones
alimentarias de una comunidad e incluyen
sus múltiples cadenas interconectadas.
FIGURA 28-4 Una red alimentaria simple en una pradera de pastos cortos
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
• Algunos animales son omnívoros, y
actúan en diferentes ocasiones como
consumidores primarios, secundarios y,
ocasionalmente, terciarios.
– Ejemplo: los seres humanos.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Los comedores de detritos
(detritófagos) y los descomponedores
(saprófitos) liberan nutrimentos que se
reutilizan.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Los comedores de detritos viven de los
desperdicios orgánicos: exoesqueletos
mudados, hojas caídas, desechos y
cadáveres.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Comedores de detritos.
– Ejemplos: lombrices de tierra, protistas,
cochinillas, y buitres.
– Consumen materia orgánica muerta y la
excretan en un estado de descomposición
más avanzado.
– Sus productos de excreción sirven de
alimento a otros comedores de detritos y a
los descomponedores.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Los descomponedores digieren el
alimento que encuentran afuera de su
cuerpo mediante la secreción de enzimas
digestivas.
– Son principalmente hongos y bacterias.
– Absorben los nutrimentos y los compuestos
ricos en energía que necesitan, liberando
aquellos que quedan.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Los comedores de detritos y los
descomponedores reducen el cuerpo y
los residuos de los organismos vivos a
moléculas simples.
– Reciclan los nutrimentos, que vuelven a
quedar disponibles para los productores
primarios.
– Si no existieran, la productividad primaria
se detendría por falta de nutrimentos y la
comunidad colapsaría.
La transferencia de energía es
ineficiente
• La transferencia de energía de un nivel
trófico a otro es ineficiente.
• Un pequeño porcentaje de la energía
disponible se transfiere al siguiente nivel
trófico porque:
– La conversión de energía siempre implica
pérdidas en forma de calor.
– Algunas de las moléculas de los organismos
no pueden ser digeridas o absorbidas.
La transferencia de energía es
ineficiente
• Un pequeño porcentaje de la energía
disponible se transfiere al siguiente nivel
trófico porque:
– Una parte de la energía se utiliza en cada
nivel trófico para mantenimiento,
reparación, movimiento, etcétera.
– Algunos organismos mueren en cada nivel
sin ser comidos y pasan su energía a los
comedores de detritos y descomponedores.
FIGURA 28-5
Transferencia
y pérdida de energía
Pirámides de energía
• Las pirámides de energía ilustran la
transferencia de energía entre niveles
tróficos.
Pirámides de energía
• La transferencia neta de energía entre los
niveles tróficos tiene una eficiencia
aproximada del 10%.
– Una pirámide de energía representa esto,
con los productores primarios en la base y
los niveles tróficos apilados en la parte
superior.
consumidor
terciario
(1 caloría)
consumidor
secundario
(10 caloría)
consumidor
primario
(100 caloría)
productores
(1000 caloría)
FIGURA 28-6 Pirámide de energía de un ecosistema de pradera
Pirámides de energía
• Este patrón de transferencia de energía
tiene algunas ramificaciones importantes:
– Las plantas dominan casi todas las
comunidades porque disponen de más
energía, seguidas por los herbívoros y los
carnívoros.
– Se puede alimentar a un número mucho
mayor de personas con cereales que con
carne.
Contenido de la sección 28.3
• 28.3 ¿Cómo se desplazan los
nutrimentos dentro de los ecosistemas
y entre ellos?
Ciclos de nutrimentos
• Los nutrimentos son los elementos y las
pequeñas moléculas que constituyen
todos los componentes básicos de la
vida.
Ciclos de nutrimentos
• Los organismos necesitan de los
macronutrimentos en grandes cantidades.
– Incluyen: agua, carbono, hidrógeno,
oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y calcio.
Ciclos de nutrimentos
• Los micronutrimentos son necesarios sólo
en muy pequeñas cantidades.
– Incluyen: zinc, molibdeno, hierro, selenio y
yodo.
Ciclos de nutrimentos
• Los ciclos de nutrimentos (o ciclos
biogeoquímicos) describen las
trayectorias que siguen los nutrimentos
entre las comunidades y las partes
inanimadas de los ecosistemas.
– Las fuentes y los lugares de
almacenamiento de nutrimentos se
denominan reservas.
– Las reservas principales se encuentran, por
lo general, en el ambiente abiótico.
El ciclo hidrológico
• La reserva principal de agua es el
océano.
– Contiene más del 97% del agua de la
Tierra.
• La energía solar evapora el agua, y la
gravedad la trae de vuelta a la Tierra en
forma de precipitación.
El ciclo hidrológico
• El agua que cae en tierra sigue varias
rutas:
– Un poco de agua se evapora del suelo, los
lagos y las corrientes de agua.
– Una fracción escurre de la tierra y vuelve a
los océanos.
– Una pequeña cantidad penetra hasta los
depósitos subterráneos.
El ciclo hidrológico
• La mayoría del agua se evapora en la
superficie del océano.
• Las raíces de las plantas absorben agua,
que en buena parte se evapora de las
hojas y regresa a la atmósfera.
depósitos
procesos
vapor de agua
en la atmósfera
precipitación
sobre la tierra
precipitación
sobre el
océano
evaporación de
la tierra y
transpiración
de las plantas
evaporación
del océano
evaporación de
lagos y ríos
lagos y ríos
filtración en el
suelo
agua
subterránea,
incluidos
acuíferos
escurrimiento
desde ríos y
tierra
agua en el
océano
extracción para
agricultura
FIGURA 28-7
Ciclo hidrológico
El ciclo hidrológico
• A medida que la población humana ha
crecido, el agua dulce ha comenzado a
escasear.
– Debido a que el agua es escasa, el
crecimiento de los cultivos, se limita.
– El bombeo del agua de los mantos
acuíferos se está agotando rápidamente.
El ciclo hidrológico
• A medida que la población humana ha
crecido, el agua dulce ha comenzado a
escasear.
– El agua contaminada se consume por más
de mil millones de personas al año en los
países en desarrollo, y mata a millones de
niños.
El ciclo del carbono
• El marco estructural de todas las
moléculas orgánicas, que son los
componentes básicos de la vida, está
formado de cadenas de átomos de
carbono.
El ciclo del carbono
• El carbono entra en la comunidad viviente
cuando los productores captan dióxido de
carbono (CO2) durante la fotosíntesis.
– En tierra, los productores obtienen CO2 de
la atmósfera.
– Los productores acuáticos encuentran
abundante CO2 disuelto en el agua.
El ciclo del carbono
• Los consumidores primarios se alimentan
de los productores y se apropian del
carbono almacenado en sus tejidos.
– Estos herbívoros liberan un poco de
carbono al respirar.
– Guardan el resto, que es consumido a
veces por organismos de niveles tróficos
más elevados.
El ciclo del carbono
• Todos los seres vivos mueren tarde o
temprano y los detritófagos y saprófagos
se encargan de degradar sus cuerpos.
• La respiración celular de estos
organismos devuelve CO2 a la atmósfera
y a los océanos.
El ciclo del carbono
• Los combustibles fósiles se forman
cuando los restos de plantas y animales
antiguos se entierran y se someten a
altas temperaturas y presiones durante
millones de años.
– Cuando quemamos combustibles fósiles
para aprovechar esta energía almacenada,
se libera CO2 en la atmósfera.
depósitos
procesos
niveles tróficos
CO2 en la
atmósfera
quema de
combustibles
fósiles
CO2 disuelto
en el océano
CO2 en la
atmósfera
fuego
fotosíntesis
productores
consumidores
detritófagos
y saprófitos
descomposición
combustibles fósiles
(carbón, petróleo, gas
natural)
FIGURA 28-8 Ciclo del carbono
El ciclo del nitrógeno
• El nitrógeno es un componente fundamental
de las proteínas, de muchas vitaminas y de
los ácidos nucleicos ADN y ARN.
• Aunque el nitrógeno gaseoso (N2) conforma
el 79% de la atmósfera, esta forma de
nitrógeno no puede ser utilizada por las
plantas; sólo por algunas bacterias.
• Las plantas utilizan el nitrato (NO3-) o el
amoniaco (NH3) como fuentes de nitrógeno.
El ciclo del nitrógeno
• Ciertas bacterias convierten el (N2) en
amoniaco (fijación de nitrógeno).
– Algunas de estas bacterias viven en el
agua y en la tierra.
– Otras viven en asociaciones simbióticas
con plantas leguminosas.
El ciclo del nitrógeno
• Otras bacterias en el suelo y el agua
convierten el amoniaco en nitrato (NO3-).
• Los nitratos también se producen durante
tormentas eléctricas, cuando la energía
de los relámpagos combina nitrógeno y
oxígeno atmosférico para formar
compuestos de óxido de nitrógeno que se
disuelven en la lluvia.
El ciclo del nitrógeno
• Las plantas asimilan los compuestos
nitrogenados disponibles en el suelo y
agua.
• Los consumidores obtienen nitrógeno de
su alimento a través de los niveles tróficos.
• Los detritófagos y saprófitos producen
amoniaco a partir de los organismos que
descomponen.
El ciclo del nitrógeno
• Las bacterias desnitrificantes
descomponen el nitrato y devuelven
nitrógeno gaseoso a la atmósfera.
depósitos
procesos
niveles tróficos
N2 en la
atmósfera
quema de
combustibles
fósiles
N2 en la
atmósfera
aplicación de
fertilizante fabricado
consumidores
amoniaco y
nitratos en el agua
productores
N2 en la
atmósfera
N2 en la
atmósfera
bacteria fijadora de
nitrógeno en suelo
y raíces de
leguminosa
descomposición
bacteria
desnitrificante
amoniaco y
nitratos en el
suelo
FIGURA 28-9 Ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno
• Los compuestos nitrogenados producidos
por los seres humanos ahora dominan el
ciclo del nitrógeno, creando serios
problemas ambientales.
– La aplicación de fertilizantes químicos
podría cambiar la composición de las
comunidades vegetales.
– La quema de bosques y combustibles
fósiles libera nitrógeno que produce la
acidificación del hábitat.
El ciclo del fósforo
• El fósforo es un componente fundamental
del ATP y el NADP, los ácidos nucleicos y
los fosfolípidos de las membranas
celulares.
El ciclo del fósforo
• La reserva principal de fósforo de los
ecosistemas es la roca, donde se encuentra
unido al oxígeno en forma de fosfato.
– Las rocas ricas en fosfato expuestas a la
intemperie se erosionan y la lluvia disuelve el
fosfato.
– El fosfato disuelto, lo absorben los autótrofos,
que lo incorporan a las moléculas biológicas
que pasan por las redes alimentarias.
El ciclo del fósforo
• La reserva principal de fósforo de los
ecosistemas es la roca, donde se
encuentra unido al oxígeno en forma de
fosfato.
– En cada nivel se excreta el fósforo
excedente y los descomponedores liberan
fosfato.
– El fosfato puede ser reabsorbido por los
autótrofos o incorporarse de nuevo a la
roca.
depósitos
procesos
niveles tróficos
elevación
geológica
fosfato en
roca
aplicación de
fertilizante
fabricado
escurrimiento
de ríos
consumidores
productores
ingesta por
productores
detritófagos
y saprófitos
descomposición
fosfato en
suelo
escurrimiento
de campos
fertilizados
fosfato en
agua
Fosfato en
sedimento
FIGURA 28-10 Ciclo del fósforo
formación de
roca que
contiene fosfato
El ciclo del fósforo
• Las rocas ricas en fosfatos se emplean
para producir fertilizantes.
• El suelo que se erosiona de los campos
fertilizados arrastra grandes cantidades
de fosfatos hacia lagos, corrientes de
agua y el mar.
– Estimula un crecimiento tan abundante de
algas y bacterias, que se trastornan las
interacciones naturales en la comunidad.
Contenido de la sección 28.4
• 28.4 ¿A qué se debe la “lluvia ácida”?
¿A qué se debe la lluvia ácida?
• Muchos de los problemas ambientales
que aquejan a la sociedad moderna son
consecuencia de la interferencia humana
en el funcionamiento de los ecosistemas.
¿A qué se debe la lluvia ácida?
• Hemos expuesto a los ecosistemas a una
variedad de sustancias que son extrañas
y a menudo tóxicas para ellos.
FIGURA 28-11 Una sustancia
natural fuera de lugar
¿A qué se debe la lluvia ácida?
• Sintetizamos sustancias que nunca se
habían hallado en la Tierra y que son
dañinas para muchas formas de vida.
– Ejemplos: pesticidas y solventes.
¿A qué se debe la lluvia ácida?
• Desde el inicio de la Revolución hemos
dependido enormemente de la energía
extraída de los combustibles fósiles para
calentar, iluminar y transportar, así como
para la agricultura y las diversas industrias.
• La dependencia en los combustibles fósiles
provoca dos problemas ambientales:
– La lluvia ácida
– El calentamiento global
¿A qué se debe la lluvia ácida?
• La lluvia ácida (sedimentación ácida) se
debe a la producción industrial excesiva
de óxidos de nitrógeno y dióxido de
azufre que nuestros ecosistemas
naturales no pueden absorber y reciclar.
Ciclos sobrecargados
• Dióxido de azufre:
– Liberado principalmente por plantas
generadoras que usan carbón y petróleo.
– Al combinarse con el vapor de agua de la
atmósfera, se transforma en ácido sulfúrico.
Ciclos sobrecargados
• Óxidos de nitrógeno:
– Liberados por vehículos, plantas
generadoras, e industrias.
– Al combinarse con el vapor de agua de la
atmósfera se transforman en ácido nítrico.
Ciclos sobrecargados
• Algunos días después, y con frecuencia a
cientos de kilómetros de la fuente, los
ácidos se precipitan.
– Corroen las estatuas y los edificios
– Dañan los árboles y los cultivos
– Dejan los lagos sin vida
FIGURA 28-12
La sedimentación ácida
es corrosiva
Daños por sedimentación ácida
• El 25% de todos los lagos y estanques de
los montes Adirondack (Nueva York) son
demasiado ácidos para permitir la vida de
peces en ellos.
Daños por sedimentación ácida
• Los peces mueren, porque se destruye
gran parte de la red alimentaria que les da
sustento
• La acidificación afecta primero a las
almejas, los caracoles, los langostinos y
las larvas de insectos, después a los
anfibios y finalmente a los peces.
• El resultado es un lago cristalino—
hermoso, pero muerto.
Daños por sedimentación ácida
• La lluvia ácida disminuye la productividad
de los cultivos y la salud de las plantas
silvestres.
– Al penetrar en el suelo disuelve y arrastra
consigo nutrimentos indispensables al
tiempo que mata los microorganismos
descomponedores.
– Las plantas, envenenadas y privadas de
nutrimentos, se debilitan y quedan a merced
de las infecciones y el ataque de los
insectos.
Daños por sedimentación ácida
• La lluvia ácida disminuye la productividad
de los cultivos y la salud de las plantas
silvestres.
– Ejemplo: los bosques del monte Mitchell,
en Carolina del Norte.
FIGURA 28-13 La sedimentación ácida destruye los bosques