TEMA 48. ecosistema en acción. estructura, funcionamiento t autorregulación del ecosistema.
2. estructura del ecosistema. 1
3. funcionamiento del ecosistema. 5
3.3. producción y productividad del ecosistema. 7
4. Dinámica y autorregulación del ecosistema. 8
El ecosistema es el objeto de estudio de la ecología, y para la ecología no existen seres vivos asilados, sino que estos interaccionan entre sí y con el medio que los rodea.
Al conjunto de organismos que ocupan una zona determinada se le denomina comunidad o biocenosis y al medio físico que ocupan con el que interaccionan biotopo.
El ecosistema es la suma de la biocenosis y el biotopo.
Nota: el hábitat es el espacio físico que ocupa una población en un ecosistema.
El biotopo es el conjunto de características físico- químicas del medio que ocupan los seres vivos. A los elementos del medio que actúan directamente sobre los seres vivos se les denomina Factores abióticos o ecológicos. Estos factores influyen en las características de las comunidades.
Todas las especies están capacitadas para soportar variaciones en las características del medio dentro de unos márgenes de tolerancia. Cuando los factores abióticos sobrepasan estos márgenes se convierten en factores limitantes.
En función de los márgenes que toleran las especies, encontramos:
· Especies eurioicas: son aquellas que tienen márgenes de tolerancia amplios. Suelen ser especies generalistas.
· Especies estenoicas: son especies con márgenes de tolerancia bajas respecto a uno o varios factores abióticos. Suelen ser especies especialistas, y en muchos casos son utilizados como marcadores biológicos.
A pesar de esto, cuando las condiciones del medio cambian gradualmente, las especies son capaces de adaptarse a estos cambios, este proceso se denomina aclimatación.
Hay algunos factores abiótocos que actúan como disparadores o relojes biológicos en algunas especies, desencadenando procesos orgánicos, por ej la presencia de agua en la germinación de semillas, el número de horas luz en la floración, etc.
Son tanto factores físicos como compuestos químicos: H2O, O2, CO2, sales, P…etc.
Los principales factores abióticos reguladores son aquellos factores ambientales abióticos que varían en el espacio-tiempo y al que los organismos responden de forma diferente. Entre los más importantes tenemos:
1. Temperatura.
La temperatura pude influir tanto en la distribución de los organismos como en su actividad.
En la superficie terrestre la temperatura tiene grandes fluctuaciones, desde 50ºC en un desierto cálidos hasta -50ºC en desiertos fríos. La temperatura también varía tanto con la latitud como con la altitud, con lo que podemos encontrar ecosistemas semejantes en lata montaña y en bajas latitudes, ej cerca de los polos.
En el medio acuático las fluctuaciones de temperatura son muchos menores, debido al elevado calor específico, al elevado calor latente de fusión (energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido) y de evaporación, por lo que se necesita mucha energía para elevar la temperatura del agua 1ºC.
En el agua la mayoría de la radiación solar se absorbe en la parte superficial de la misma, y gracias al viento y al movimiento que este produce, se da una homogeneización en la temperatura del agua en los primeros metros de la superficie. Esta zona se denomina “zona de mezcla”. Debajo de esta encontramos un área de transición donde la temperatura cae rápidamente (1ºC cada 10m), la termoclina, y debajo encontramos el “área de fondo” con una temperatura constante.
Adaptaciones.
Los seres vivos viven en márgenes determinados de temperatura por encima de los cuales se desnaturalizan sus proteínas y por debajo de los cuales los cristales de hielo dañarían sus tejidos. Para ellos los animales han desarrollado distintas estrategias:
· homeotermia. Las especies homeotérmicas regulan la temperatura corporal dentro de unos límites independientemente de la temperatura ambiental. El proceso consume energía química procedente de los alimentos, y estos organismos tienen mecanismos de termorregulación para producir calor en ambientes fríos o para ceder calor en ambientes cálidos. Dentro de este grupo encontramos a las aves y mamíferos.
· Poiquilotermia. Las especies poiquilotérmicas no disponen de mecanismos químicos para regular su temperatura corporal. Un ejemplo de esto lo tenemos en los reptiles, que pasan largas horas al sol para conseguir la temperatura necesaria para que su metabolismo funcione. Como los ectotermos no gastan energía para producir calor, pueden estar largos periodos sin alimentarse. Por ejemplo, una serpiente puede estar meses sin comer, mientras que un mamífero necesita alimentarse diariamente.
2. Luz.
Es la primera fuente de energía de los ecosistemas, por lo que es un importante factor que interviene en la distribución de los organismos, tanto en los productores como en los consumidores que dependen de estos.
La tasa de fotosíntesis aumenta al aumentar la intensidad de la luz hasta llegar a un máximo. En el medio terrestre la máxima tasa fotosintética se da antes del mediodía y por la tarde. A mediodía las plantas cierran sus estomas para evitar la pérdida de agua.
En el medio acuático: cuando la luz entra en el agua se produce una disminución de la radiación tanto en porcentaje como en calidad en relación con la profundidad. La luz infrarroja y roja se queda en la superficie mientras que la violeta y UV llega más al fondo, por ello los organismos que viven en el fondo tienen más caroteno que clorofila y los que viven en la superficie más clorofila que carotenos. Es decir en la superficie encontramos las algas verdes y pardas y en el fondo las algas azuladas.
Adaptaciones.
En plantas terrestres: fototropismos positivos, plantas epífitas (plantas que crecen sobre otro vegetal usándolo solamente como soporte, pero que no lo parasita. Van buscando la luz),
En animales: pigmentación en la piel, visión, etc.
En agua: distintos pigmentos en función de la luz que llega, distribución de los organismos en zona fótica y afótica.
3. Humedad.
Este factor solo es relevante en el medio terrestre. Es un factor decisivo en la distribución de los ecosistemas terrestres, formándose diferentes ecosistemas según el agua disponible.
La humedad absoluta es la cantidad de agua en el aire (gr/m3) a una temperatura y presión dada y la humedad relativa es el cociente entre la humedad absoluta y la cantidad máxima de agua que admite el aire por unidad de volumen. Se mide en tantos por ciento y está normalizada de forma que la humedad relativa máxima posible es el 100%.
Adaptación:
Animales: en zonas de escasez de agua los animales tienen muchas adaptaciones para evitar la deshidratación, como por ejemplo escamas, exoesqueleto, pelos, plumas, expulsión de heces muy desecadas, actividad nocturna, etc.
Plantas: aparatos radiculares muy desarrollados, en cactáceas hojas transformadas en espinas para evitar la apertura de estomas y transpiración, tallos engrosados donde se almacena el agua, metabolismo de plantas CAM y C4. CAM: transpiración bajísima y temperatura óptima de crecimiento a 35ºC y C4: transpiración baja y temp óptima de crecimiento a 30ºC, etc.
4. Presión.
En ambientes terrestres la presión se debe a la atmósfera, por tanto esta desciende con la altitud con el inconveniente de que baja la presión de O2, por lo que los animales que viven en alturas elevadas tienen mayor cantidad de glóbulos rojos y tipos de hemoglobina con más afinidad por el O2.
En el medio acuático la presión aumenta con la profundidad. Las adaptaciones que podemos encontrar son animales con cuerpos aplanados, pérdida de vejiga natatoria para evitar la descompresión, etc.
5. Nutrientes.
Muchos de los bioelementos son obtenidos por los productores de las sales inorgánicas disueltas. La limitación de las sales, limita el desarrollo de estos y por lo tanto del resto de los seres vivos. Los macronutrientes más importantes son NO3, SO4, PO3, sales de K, Fe, Mg y P.
Las concentraciones de O2 y CO2 también son muy importantes. El O2 puede ser un factor limitante en muchos ecosistemas acuáticos, un claro ejemplo lo encontramos en medios con eutrofización.
6. pH.
Influye en la distribución de las especies en el ecosistema, sobre todo en la distribución de los productores. Afecta especialmente a organismos que carecen de mecanismos de regulación del medio interno.
Grandes cambios en el pH pueden provocar la extinción del ecosistema, puesto que desestabilizan estructuras de los seres vivos.
En el medio terrestre dependiendo del pH del suelo, los nutrientes van a estar o no disponibles. Un ph alto hace que unos nutrientes estén disponibles y un pH bajo hacen que estén otros, por lo que una alternancia de pH, siempre dentro de unos límites tolerables, indica disposición de nutrientes.
Por tanto sabiendo el pH, conocemos cuales nutrientes están disponibles y cuales son deficientes.
pH bajo: Fe y Al; N y P . Con pH< 6,5, encontramos las plantas calcífugas (viven en ambientes ácidos.
pH alto: Fe y Al, N y ½ P. Con pH > 6,5 encontramos plantas calcícolas, que viven en ambientes calizos.
La biocenosis o comunidad está constituida por la totalidad de los organismos del ecosistema, es el conjunto de las poblaciones que lo forman.
Las características básicas de una comunidad son:
1. Abundancia. Es la proporción entre el número de individuos de una especie y el número total de individuos de una comunidad.
2. Dominancia. Dominancia. Se refiere a la especie que sobresale en una comunidad, ya sea por el número de organismos, el tamaño, su capacidad defensiva, etc. La comunidad, por lo general, lleva el nombre de la especie que domina, por ejemplo, un pinar. Las especies dominantes influyen sobre el ambiente local proveyendo la estructura espacial y regulando los recursos de los cuales la mayoría de las especies dependen de él.
3. Diversidad. Depende de la riqueza y de la abundancia, por lo que cuanto mayor sean estos parámetros mayor es la diversidad del ecosistema.
La riqueza es el número de especies distintas por unidad de espacio, o el número total de especies en relación al número total de individuos.
4. Estratificación/ distribución.
Las especies en las comunidades se distribuyen en estratos o capas dependiendo de los factores abióticos y de las interacciones con otras especies. Podemos encontrar una estratificación en:
· Horizontal. Esta a su vez, puede tener una distribución:
o Uniforme, debido a un crecimiento en un medio homogéneo.
o En agregados, debido a la forma de crecimiento, dispersión de semillas , comportamientos gregarios, o a algún factor limitante.
o Al azar.
· Vertical. En los ecosistemas terrestres la estratificación viene dada por la vegetación predominante, mientras que en los ecosistemas acuáticos viene dada por factores físico-químicos, tales como luz, temperatura, oxígeno disuelto. A continuación se exponen los estratos que nos encontramos en ambos ecosistemas.
Ecosistema terrestre | Ecosistema acuático |
· Suelo o subsuelo. · Criptógamo, formado por musgos y líquenes que crecen a ras del suelo. · Herbáceo. · Arbustivo · Arbóreo. | · Capa de mezcla. · Termoclina · Zona afótica, en la que predomina fauna detrítica. · Zona bentónica o fondos, que la que encontramos fauna detrítica y depredadora. |
5. Límites de la comunidad, y en consecuencia del ecosistema. Pueden ser de dos tipos:
o Ecoclina. La línea divisoria entre dos ecosistemas no es brusca, sino gradual. Es la zona de transición gradual entre dos ecosistemas ( matorral noble – bosque)
o Ecotono. Es la zona de separación entre dos ecosistemas muy diferentes. En el ecotono hay especies de los dos ecosistemas más las especies propias del ecotono. En estas zonas se produce un incremento de la diversidad conocida como efecto borde. Ej de ecotono, zona de transición entre una marisma y un pinar, ej Doñana.
3. funcionamiento del ecosistema.
Para que un ecosistema funcione es necesario que hay un flujo de materia en energía entre los distintos niveles tróficos.
En cada nivel se incluyen los organismos que obtienen la materia y energía por procesos semejantes.
· Productores, son el primer nivel trófico. Captan la energía del sol y mediante la fotosíntesis la transforman en energía química. También lo forman los organismos quimiosintéticos, aunque tienen menor importancia que los fotosintéticos.
· Consumidores primarios: se alimentan de los productores, por tanto son heterótrofos.
· Consumidores secundarios, son heterótrofos que se alimentan de los consumidores primarios.
· Descomponedores y transformadores. Se alimentan de la materia orgánica que existe en los restos de los seres vivos de cualquier nivel trófico, y la transforman en materia inorgánica. Son bacterias
Se llama cadena trófica a la representación lineal de las relaciones existentes entre los niveles tróficos. Representa por tanto la trasferencia lineal de materia y energía entre las distintas especies que forman un ecosistema. En base a la eficiencia ecológica no puede tener muchos eslabones. También se conoce como cadena alimenticia.
Red trófica: es el conjunto de cadenas tróficas que hay en un ecosistema. Las cadenas tróficas no están aisladas, sino que se encuentran interrelacionadas, y es frecuente que una misma especia sea el alimento de más de un depredador, y que esta especia a su vez se alimente de más de una especie.
Todos los seres vivos necesitan energía para vivir. El principal aporte de energía lumínica entra en la biosfera procedente del sol, en forma de energía lumínica que los organismos autótrofos transforman en energía química que pueden utilizar el resto de los niveles tróficos.
De toda la energía recibida, tan solo el 1-2% es utilizada por los productores, el resto es absorbida o reflejada (superficie, polvo, nubes).
El flujo de energía es unidireccional, acíclico y abierto, puesto que la energía lumínica es captada por los organismos fotosintéticos y va pasando a los distinto niveles tróficos y al final la energía que entra en el ecosistema es la misma que se va transformando energéticamente o disipándose en forma de calor.
De la biomasa incorporada en los distintos niveles tróficos, gran parte se utiliza en la respiración, otra parte no se utiliza y pasa a los descomponedores, y solo una pequeña parte, entre un 13-20% estará disponible para el resto de los niveles tróficos, siendo menor a medida que aumenta el nivel trófico. De esto se deduce:
· Que los niveles tróficos disponen de mucha más energía de la que consumen.
· Que a medida que ascendemos en los niveles tróficos la energía consumida en la respiración celular es mayor. Por lo que los niveles inferiores tróficos han de tener una mayor biomasa o tasa de renovación muy alta para poder mantener a los niveles tróficos superiores.
· Se produce una disminución de la energía disponible en cada nivel trófico, por lo que el número de niveles tróficos en el ecosistema es limitado, generalmente 4 o 5.
· A medida que madura un ecosistema la eficacia del mismo es menor, puesto que gasta mucha energía en el mantenimiento de los organismos.
3.3. producción y productividad del ecosistema.
A continuación se describen los parámetros mencionados en la explicación anterior.
Biomasa (B): es la cantidad de materia acumulada en un individuo, un nivel trófico, una población o un ecosistema.
Producción: cantidad de biomasa producida/ unidad de tiempo en un nivel trófico.
Producción primaria bruta (PPB): B producida por productores/t.
Producción primaria neta (PPN): PPB-respiración.
Producción secundaria bruta (PSB): B producida por consumidores/t.
Producción secundaria neta (PSN): PSB-respiración.
Productividad: P/B. permite conocer los límites de explotación del ecosistema.
Productividad bruta: Producción bruta/biomasa, refleja el flujo de energía a través del ecosistema por unidad de tiempo.
Productividad neta: Producción neta/biomasa. También se llama tasa de renovación y expresa la velocidad con la que se renueva la biomasa del ecosistema.
La vida, además de estar ligada al flujo de energía, depende de la disponibilidad de elementos químicos presente en los seres vivos y necesarios para la actividad vital.
La movilidad de estos elementos químicos es cíclica y cerrada, ya que no hay ningún aporte externo como en el caso de la energía y fluyen cíclicamente dentro del ecosistema, y reciben el nombre de ciclos biogeoqúimicos. Estos pueden ser: N, CO2, O2, P, S,Ca, etc
4. Dinámica y autorregulación del ecosistema
Las poblaciones sufren variaciones a lo largo del tiempo cuanto al número y tipo de individuos que las componen. Existen distintos tipos de cambios en el ecosistema, entre ellos tenemos:
Fluctuaciones. La realidad es que las poblaciones no crecen exponencialmente hasta explotar al máximo la capacidad de carga, sino que fluctúan por encina y por debajo de la capacidad máxima del ambiente. Son por tanto cambios cíclicos que se producen debido a cambio físicos en el medio o interacciones entre individuos de la misma o con los de otra población.
Son muy intensas en los ecosistemas jóvenes y poco organizados y más suaves en los ecosistemas maduros, en los que los cambios en el medio son amortiguados por la red trófica y la relación que se dan en la misma.
Como ejemplos de mecanismos de regulación cabe mencionar:
ü La autorregulación: la población se regula en función de la disponibilidad de alimentos. Como ejemplo de autorregulación tenemos la inhibición de la ovulación y la emigración masiva de una especie.
ü Sistema depredador- presa.
Extinciones. Se produce la extinción de una población cuando el número de individuos decrece a cero. Las causas más frecuentes son el agotamiento de la capacidad del medio, imposibilidad de competir con otras especies, la sobreexplotación humana, etc.
Ritmos. Son cambios en el tiempo que se repiten en la población de forma cíclica. Suelen estar vinculados ritmos de mareas, ritmos lunares, etc.
La sucesión ecológica son los cambios que se producen de manera natural en un ecosistema por el cual va cambiando las especies que lo integran. Esta sucesión termina cuando se alcanza un estado estable en equilibrio con las condiciones ambientales. Este estado se denomina climax.
A medida que avanza una sucesión encontramos:
ü Un aumento de la complejidad del ecosistema, de la diversidad y de las interrelaciones entre las especies que lo forman.
ü Incremento de biomasa.
ü Mayor eficiencia y aprovechamiento energético.
ü Aumento de la estratificación.
Se llama sucesión primaria a la que arranca en un terreno desnudo, exento de vida, es decir, es aquella que se desarrolla en una zona carente de comunidad preexistente. A las especies que colonizan estos medios se llaman especies pionera, y cambian en ambiente haciéndolo idóneos para el asentamiento de otras especies, que a su vez van siendo sustituidas por las especies que mejor se vayan adaptando al medio hasta llegar al climax.
Se llama sucesión secundaria a la que se produce después de una perturbación importante, es decir, es aquella que se establece sobre una ya existente que ha sido eliminada por incendio, inundación, enfermedad, talas de bosques, cultivo, etc.. Estos reinician la sucesión, pero a partir de condiciones especiales, en las que suelen ocupar un lugar especies muy adaptadas a este tipo de perturbaciones, como las plantas que por ellos llamamos pirófitas. Además esta sucesión secundaria es más rápida que la sucesión primaria puesto que existe un remanente de materiales del ecosistema anterior, por ej tras un incendio pueden quedar estructuras de resistencia como ej esporas.