Tema 48B – El ecosistema en acción. Estructura, funcionamiento y autorregulación del ecosistema.

Tema 48B – El ecosistema en acción. Estructura, funcionamiento y autorregulación del ecosistema.

0. Introducción:

Este tema está íntimamente relacionado con el tema anterior de Ecología y estudio de las poblaciones e interacciones entre ellas (ver tema 47). En cualquier caso el estudio de los ecosistemas abarca a las poblaciones y comunidades, por lo que solo me centraré en el desarrollo de los ecosistemas como unidad energética y funcional utilizando los * para indicar un desarrollo de alguna parte que está en el tema anterior (ej. Relaciones interespecíficas, etc.).

1. Definición de Ecosistemas. Límites y zonación.

Se denomina Ecosistema al conjunto formado por los seres vivos que habitan en un lugar (biocenosis), los factores físico-químicos de dicho lugar (biotopo) y las interacciones que se establecen entre ellos.

ECOSISTEMA = BIOCENOSIS + BIOTOPO

El tamaño de un ecosistema puede ser muy variable, cualquier espacio que contenga seres vivos en su interior y reciban suficiente energía para sobrevivir; puede ser una charca, un continente, un lago, e incluso una gota de agua.
Los límites de un ecosistema vienen definidos por cambios más o menos bruscos de las características de las biocenosis y el biotopo

La zona de transición entre dos comunidades estructuralmente diferentes se conoce como ecotono. Como los vegetales son las especies dominantes en la mayoría de los ecosistemas, los ecotonos se corresponden con la transición entre zonas con distintos tipos de vegetación.

– La variedad y densidad de seres vivos son a menudo mayores en y cerca de los ecotonos. Este fenómeno se conoce como efecto de borde y se debe a que estas zonas comparten rasgos y, por tanto, especies de las dos comunidades colindantes.

– Considerado a gran escala, lo normal es que encontremos una transición gradual (como consecuencia de gradientes ambientales de lluvias, temperaturas, concentración de nutrientes, …) entre los grandes ecosistemas biomas). Estas zonas de transición gradual reciben el nombre de ecoclinas.

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En los ecosistemas terrestres la estratificación está definida por la vegetación. En un ecosistema boscoso bien desarrollado podemos distinguir los siguientes estratos: zona de copas, sotobosque, estrato arbustivo, estrato herbáceo, estrato criptogámico y subterráneo.

Las comunidades que presentan un grado de estratificación mayor son las que ofrecen la mayor diversidad puesto que contienen mayor número de hábitats y de nichos diferentes.

En los ecosistemas acuáticos los estratos vienen determinados por la penetración de luz y por gradientes de temperatura y nutrientes. Así podemos distinguir entre una zona superficial fótica, en la que puede haber organismos fotosintéticos, y una zona profunda afótica.

Por otro lado se puede diferenciar entre una zona superficial cálida y oxigenada denominada epilimnion, otra intermedia, el metalimnion, que se caracteriza por presentar una termoclina (zona de rápida disminución de la temperatura) y el hipolimnion, la capa más profunda, densa, fría y con poco oxígeno.

2. Estructura de los Ecosistemas

En un ecosistema podemos distinguir dos componentes diferentes:

ECOSISTEMA = Componentes bióticos + Componentes abióticos

C. Abióticos: Los factores abióticos son las características físicas y químicas del medio ambiente

(T, Humedad, Luz, salinidad, composición del suelo, abundancia de O2 etc.

Estos componentes abióticos de un ecosistema concreto se denomina Biotopo.

Pueden cambiar a lo largo del tiempo produciendo diferentes respuestas por parte de los seres vivos.

Si representamos gráficamente el nº de individuos de una especie frente a las intensidades de determinado factor abiótico, obtendríamos una curva en la que podremos diferenciar:

1. Una Zona Central: determinada por el valor del factor que permite la reproducción y el crecimiento. En dicha zona existe un valor óptimo de para los requerimientos de esa especie con respecto a ese factor.

2. Dos Zonas Subóptimas,: situadas a ambos lados de la anterior no permiten la reproducción

3. Dos Zona Letales: los valores extremos del factor determinan la muerte del organismo.

Si Todos los factores abióticos son favorables menos uno, este será el factor limitante, que determinará la supervivencia de un organismo

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C. Bióticos: son el conjunto de seres vivos (microorganismos, plantas, animales, etc.). Este conjunto de seres vivos de diversas especies que habita en un ecosistema se denomina biocenosis o comunidad (pinos, abetos, helechos, distintas especies de aves, insectos,…); y si consideramos cada especie de un ecosistema, por sí sola, tendríamos las poblaciones*.

Tanto el estudio de las poblaciones como el de las comunidades ya los hemos desarrollados en el Tema 47 (Crecimiento, estrategias R y K, evolución…..)

3. Funcionamiento de Los Ecosistemas: Flujo de Energía y de Materia.

3.1 Esquema general del flujo de Materia y energía

El planeta es un gran ecosistema (Ecosfera), donde se desarrollan los seres vivos (Biosfera) en las diferentes sistemas (biotopos) del planeta (Atmósfera, hidrosfera y geosfera).

Este funcionamiento general del ecosistema viene determinado por los dos factores principales que caracterizan al metabolismo: Energía y materia

De esta manera podemos describir el flujo de materia y energía en la ecosfera

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3.2 Niveles Tróficos: Relaciones, Parámetros y Pirámides Tróficas

Para conocer mejor el trasiego de materia y energía que se produce en los ecosistemas, agruparemos los seres vivos en niveles tróficos. Un nivel trófico es el grupo de seres vivos que obtienen materia y energía de forma semejante.

Distinguiremos, por tanto, los siguientes niveles tróficos:

1. Los productores. Constituyen el primer nivel trófico, ya que la energía procedente del Sol se transfiere a éstos y es aprovechada. Son autótrofos y producen materia orgánica por fotosíntesis. Son, fundamentalmente, vegetales y fitoplancton. La fotosíntesis o reacción química de los autótrofos la podríamos representar de forma sencilla:

clip_image009CO2 + H2O + SALES MINERALES + LUZ MATERIA ORGANICA + O2

2. Los consumidores primarios (herbívoros). Se alimentan de materia orgánica que sintetizan los productores; son, por tanto, heterótrofos. Los ciervos, las cabras…, y el zooplancton se sitúan en este nivel.

3. Los consumidores secundarios (carnívoros). Se alimentan de consumidores primarios y son también heterótrofos. Si se alimentan de consumidores secundarios (supercarnívoros) se denominan terciarios. Éstos pueden ser los leones, hienas, etc., y el zooplancton depredador.

4. Los descomponedores. Se alimentan de la materia orgánica que existe en los restos de los seres vivos pertenecientes a niveles anteriores (1, 2, 3), a los que transforman en materia inorgánica y, en parte, en nueva materia orgánica (el humus). Son también heterótrofos. Las bacterias y los hongos se sitúan en este nivel en el medio terrestre; en el medio acuático, solamente existen las primeras.

clip_image010MATERIA ORGÁNICA + O2 CO2 + H2O + SALES MINERALES

Las relaciones que se establecen entre los niveles de un ecosistema son de índole alimentaria, y en ellas los niveles superiores dependen de los inferiores. Las cadenas tróficas representan, de forma lineal, las relaciones que existen entre seres vivos que se alimentan unos de otros. Dado que, a medida que ascendemos a niveles superiores, las posibilidades energéticas disminuyen, con frecuencia muchos animales utilizan más de una cadena para alimentarse. Las relaciones que se establecen en un ecosistema no son lineales; se producen conexiones entre cadenas alimentarias, lo que da lugar a las redes tróficas. Por tanto, los componentes de una cadena siempre pertenecen a un nivel trófico, en cambio, en las redes alimentarias un individuo puede pertenecer a varios de estos niveles.

Un aspecto importante de las transformaciones energéticas que suceden en un ecosistema es que a medida que ascendemos a niveles tróficos superiores la energía va disminuyendo, porque la energía transferida al nivel siguiente disminuye. Si la contabilizamos, es por término medio el 10% de la energía contenida en un nivel anterior, lo que se conoce como la regla del diezmo o del 10%. Debido a ello, un herbívoro debe ingerir alrededor de 10 kcal de energía de origen fotosintético para formar 1 kcal de energía disponible para posibles carnívoros. Éste es el motivo de que las cadenas tróficas no sobrepasen, normalmente, los 4 ó 5 niveles tróficos, como consecuencia de las grandes pérdidas que se producen en cada intercambio.

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Los parámetros tróficos son aquellos valores que se utilizan para entender mejor las relaciones alimentarias en los ecosistemas y así nos permitan conocer mejor el funcionamiento de los ecosistemas; pueden referirse a cada nivel trófico o al ecosistema completo. Los más utilizados son: biomasa, producción, productividad, tasa de renovación, tiempo de renovación y eficiencia ecológica.

La BIOMASA “B” representa la cantidad de energía fijada como materia orgánica viva o muerta en un nivel trófico o ecosistema. Debe observarse que al hablar de energía habamos de la masa de materia orgánica que contiene, porque la materia orgánica tiene energía contenida en sus enlaces químicos.

La biomasa se suele expresar en peso seco de materia orgánica por unidad de superficie (terrestres) o de volumen (acuáticos). Dependiendo del tipo de nivel o ecosistema hablaremos de unidades como:

Medio terrestre g C/cm2: gramos de material orgánica por cm2

kg C/m2: kilogramos de materia orgánica por m2

Medio marino g C/cm3

kg C/m3

Como 1 gramo de materia orgánica equivale a 4-5 kilocalorías, se puede también medir en cal/cm2, kcal/m2, etc.

Así:

15 kg C/m2 = 60 kcal/m2

Se considera biomasa: la producida por la actividad fotosintética de los vegetales; la producida por los seres heterótrofos que utilizan para su nutrición la biomasa de los vegetales; incluso materia orgánica de seres vivos ya muertos como el serrín, paja, estiércol, residuos urbanos…

La PRODUCCIÓNPes la cantidad de energía acumulada como materia orgánica en un espacio determinado por un ecosistema o por uno de sus niveles tróficos en una unidad de tiempo.

Unidades que se utilizan: mg C/cm2 . día

g C/cm2 . año

g C/ha . año

cal/m2 . día

kcal/ha . año

Se distinguen varios tipos de producción, la producción primaria y la producción secundaria.

La PRODUCCIÓN PRIMARIA “PP” es la cantidad de energía luminosa transformada en energía química por el nivel de productores o vegetales en una unidad de tiempo. Puede considerarse de dos tipos:

La PRODUCCIÓN PRIMARIA BRUTAPPB” es la síntesis total de materia orgánica (biomasa) realizada por los autótrofos por unidad de tiempo, incluyendo la que se consume en la respiración “R” (la energía que utiliza el vegetal para realizar sus procesos metabólicos ordinarios). Este parámetro no representa el alimento potencialmente disponible para los herbívoros heterótrofos.

La PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA PPN” es la energía contenida en la materia orgánica que queda después de descontar los gastos por Respiración. Es el alimento sí que queda a disposición de los herbívoros.

PPB= PPN +R

 

PPN=PPB-R

Se estima que el límite superior de la producción corresponde de 5 a 10 g de carbono asimilado por metro cuadrado y día. Esto quiere decir que la biosfera utiliza menos del 1/1.000 de la energía procedente del sol que alcanza la superficie de la Tierra. Tan baja eficiencia se debe a los factores limitantes de la producción primaria que estudiaremos después.

La PRODUCCIÓN SECUNDARIA “PS” es la energía almacenada en los tejidos de los organismos heterótrofos que ocupan un espacio determinado en una unidad de tiempo.

Por ejemplo una ardilla se alimenta de piñones, que es la energía que introduce en su aparato digestivo pero deja como residuos todo el resto de la piña (el conjunto sería PPN). De los piñones que ha comido parte se elimina en las heces y sólo los nutrientes digeribles pasan a la sangre para ser distribuidos entre las células. De esta energía parte se elimina por la orina, y sólo el resto se utiliza en el metabolismo. Parte de la energía metabólica se emplea para mantener su organismo vivo y activo, y parte para crecer o reproducirse.

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La mayor parte de la energía absorbida se usa en mantenimiento o se pierde a través de las heces. Sólo una pequeña parte se convierte en PS.

Como hay que diferenciar entre la energía que se incorpora al nivel trófico por formación de materia orgánica nueva y lo que se gasta por mantenimiento en ese nivel, destacamos dos tipos de producción secundaria:

La PRODUCCIÓN SECUNDARIA BRUTAPSB” se corresponde con el porcentaje de energía contenida en el alimento asimilado del total consumido en una unidad de tiempo.

La PRODUCCIÓN SECUNDARIA NETAPSN” se refiere a la energía que queda a disposición del nivel trófico siguiente, es decir, la energía que queda tras descontar los gastos por respiración (R).

Con todo lo expresado anteriormente debemos concluir en un concepto básico con respecto a la energía que fluye por las distintas cadenas de los ecosistemas:

El flujo energético que pasa de un nivel a otro en los ecosistemas, se establece mediante la Ley del 10% o del diezmo: “La energía que pasa de un nivel al siguiente es aproximadamente el 10% de la acumulada en el anterior”.

La PRODUCTIVIDAD “p” Es la relación entre la producción y la biomasa (entre los intereses y el capital). Puede haber una productividad bruta y una productividad neta. La primera sería el valor siguiente:

pB = PB / B

r = PN / B

La productividad neta, también llamada tasa de renovación (r), sería:

La tasa de renovación o productividad neta varía entre 0 y 1, e indica la producción de nueva biomasa en cada nivel trófico o ecosistema en relación con la biomasa existente. Este valor refleja mejor la evolución que la producción neta.

En los ecosistemas jóvenes con predominio de plantas herbáceas la productividad es alta, puesto que al colonizar un espacio vacío, la producción bruta supera con creces a la respiración que efectúa la poca biomasa existente. En ese mismo lugar y a través de un tiempo puede llegar a evolucionar formando un ecosistema maduro con predominio de árboles con una biomasa considerable. En este último caso se origina un aumento de gastos por respiración para poder mantener dicha biomasa, de manera que en la madurez la respiración y la producción tienden a equilibrarse, por eso la productividad neta o tasa de renovación es mínima. Por eso un cultivo agrícola de plantas herbáceas tendrá un valor de productividad neta (tasa de renovación) más cercana a 1 que un bosque maduro, cercana a 0. Por eso podremos decir que es más rentable alimentar a una población humana con grano (centeno, trigo, maíz: plantas herbáceas) que de frutas cogidas de los árboles o de carne.

La productividad del fitoplancton marino es un caso especial. Su biomasa microscópica no suele ser elevada, pero hay muchos seres vivos que se alimentan y dependen de él (zooplancton, sardinas,…). La razón estriba en que su producción neta (PPN) es muy alta y además se reproduce a gran velocidad, por tanto la productividad es la más alta que se conoce, muy cercana a 1.

El TIEMPO DE RENOVACIÓN “tr” es el tiempo que tarda un nivel trófico, o el ecosistema completo en renovar su biomasa.

tr = B / PN

Las especies con tiempo corto de renovación serán las más pequeñas con alto potencial biótico como el fitoplancton o en menor medida las plantas herbáceas; en cambio las plantas de gran tamaño tienen un tiempo de renovación más elevado.

La EFICIENCIA es el rendimiento energético de un nivel trófico o ecosistema. Este concepto se aplica tanto a productores como a consumidores.

En los productores se calcula la eficiencia como el cociente entre la producción neta y la bruta PPN / PPB. Por lo tanto, se constatan las pérdidas por respiración. Estos valores de eficiencia serán mayores en los árboles en relación a la vegetación herbácea.

En los consumidores se suele valorar la relación PSn / total ingerido, o como acostumbran los ganaderos: engorde / alimento ingerido. Por eso en muchas ocasiones en las granjas se tiende a mantener a los animales con la mínima actividad para que sus gastos por respiración (R) sean lo más bajos posibles y así hacer que su PSN sea lo mayor posible.

Una de las conclusiones que podemos sacar para la humanidad es: Desde el punto de vista del aprovechamiento energético, teniendo en cuenta la regla del diezmo, es más eficiente una alimentación a partir del primer nivel (productores), ya que se aprovecha más la energía y se podrá alimentar a mayor número de individuos.

Pirámides tróficas

Son representaciones mediante barras superpuestas de los niveles tróficos de una cadena alimenticia en forma de pirámide que tiene una altura constante y una longitud proporcional al valor del parámetro medido. Se excluyen a los descomponedores por su complicada visualización.

1) Pirámides de Número: se realizan mediante el recuento del nº total de individuos que constituye cada nivel. Se pueden presentar pirámides invertidas en casos de que los productores sean muy grandes en relación a los herbívoros (árboles frente a herbívoros) o cuando se consideran redes de parásitos.

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2) Pirámides de biomasa: Son mucho más representativas que las anteriores Sus distintos pisos correspondes a las biomasas de cada nivel trófico. También se dan casos de inversión, como la de los ecosistemas marinos. Se debe a la rápida multiplicación del fitoplancton (su tasa de renovación es muy alta, y puede duplicar las poblaciones prácticamente en un día). Los consumidores son de crecimiento y reproducción mucho más lentos.

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3) Pirámides de Energía: Aportan una idea precisa de los intercambios de energía en el interior del ecosistema. Cada peldaño de la pirámide indica la producción neta del nivel (la cantidad de energía que puede utilizar el nivel siguiente), medida en calorías o kilocalorías, en un metro cuadrado de superficie a lo largo de un periodo de tiempo dado, normalmente un año.

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En función de la Ley del Diezmo, estas pirámides deben ser forzosamente decrecientes hacia arriba, con una progresiva reducción del flujo energético, dado que cada nivel trófico tiene a su disposición únicamente una fracción del que lo precede, que es del 10%. Es decir, si se supone una producción neta en los autótrofos de 100 calorías, es de esperar una producción neta de 10 calorías en el ámbito de los herbívoros y únicamente de 1 caloría al nivel de los carnívoros.

3.3 Factores limitantes de la Producción Primaria:

1. La Luz y la organización del Ap. Fotosintético.

La luz es imprescindible para el crecimiento vegetal. Según aumenta su intensidad, aumenta la PP. Pero llega un momento que se satura y sucesivos aumentos de la intensidad ya no corresponden con un aumento de la Producción. Esto es debido a que hay una limitación intrínseca en el propio orgánulo de captación de luz por dos causas:

a) Por la disposición de las moléculas de clorofila que se dan “sombra” unas a otras.

b) Que los centros de reacción se encuentran en un nº muy inferior a las moléculas de pigmentos (Unas 300 molec. De clorofila por cada centro de reacción en cada fotosistema.)

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2. La concentración de CO2 : La concentración de CO2 con respecto a la de O2 es un factor limitante de la PP.

– Si la concentración de ambos gases es la de la Atmósfera (21% de O2 y 0.003 de CO2), la enzima Rubisco actúa facilitando la incorporación de CO2 en el proceso de Fotosíntesis con lo que se produce glucosa y se desprende O2.

– Si la concentración de O2 es superior al 21% y/o la de CO2 es menor del 0.003%, la rubisco actúa ralentizando la fotosíntesis porque se induce otro proceso denominado Fotorrespiración que ocurre a la vez que la Fotosíntesis pero en el que no se produce glucosa, sino que se consume O2 y se desprende CO2, hasta que los niveles de ambos gases se estabilicen y permitan la reanudación de la Fotosíntesis.

Evidentemente la reacción del O2 en la fotorrespiración produce una disminución de la eficiencia fotosintética de las plantas que la realizan de hasta un 50% de producción de materia orgánica.

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Algunas plantas (C4) como el millo, la caña de azúcar, mijo etc. Poseen un mecanismo de acumulación y bombeo de CO2 que les permiten un crecimiento continuo a pesar de las bajas concentraciones de ambos gases, evitando la fotorrespiración.

3. La Falta de Agua en los vegetales terrestres impide que pueda llevarse a cabo el proceso fotosintético. Si la absorción de agua por el vegetal es deficitaria para su desarrollo, los estomas se cierran impidiendo la entrada de CO2, con lo que disminuye el rendimiento fotosintético. Por otra parte, en las plantas terrestres, el agua es el vehículo de las sales minerales; si no hay un aporte suficiente, no habrá tampoco síntesis orgánica.

4. Generalmente una Temperatura alta produce, si los otros factores están disponibles, un crecimiento más rápido de los vegetales. Pero puede darse el caso de que los excesos de temperatura, que aumentan los gastos por respiración, hagan que la producción neta se anule porque “R” sea mayor que “PPB”.

5. El Fósforo y el Nitrógeno (en forma de fosfatos y nitratos) son tan esenciales para la síntesis de materia orgánica como el CO2 y el agua a pesar de la escasa cantidad que necesitan los productores. La proporción media entre los átomos de carbono, nitrógeno y fósforo en la materia viva es de 106:16:1.

Dado que en el medio la proporción está desviada a favor del carbono frente al fósforo a pesar de las necesidades, la cantidad de fósforo es el más importante factor limitante de la producción primaria.

El nitrógeno tiene una importancia menor, debido a la cantidad que, en forma de gas, se encuentra en la atmósfera y disuelto en el agua. Si falta nitrógeno en el medio, intervienen los organismos fijadores de nitrógeno gaseoso o molecular que lo incorporan al ciclo del ecosistema en forma de nitritos o nitratos.

3.4 Ciclos Biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos son los modelos que representan cómo los elementos químicos que componen la materia viva de la biosfera pasan a otros sistemas: atmósfera, hidrosfera y litosfera en forma de otros compuestos diferentes a los existentes en los seres vivos. P. Ej., un compuesto orgánico en la biosfera puede contener C y ese elemento puede pasar a otro sistema como la atmósfera en forma de compuesto inorgánico (CO2).

Los descomponedores son los que ofrecen la más importante contribución a los ciclos mediante el proceso de mineralización que realizan, de forma que los elementos químicos vuelven a quedar a disposición de los productores en el suelo y en el agua.

El tiempo de permanencia de los elementos en los distintos medios es variable, el sistema donde se retiene más tiempo se denomina almacén o reserva. Las actividades humanas tienden a modificar los ciclos, especialmente los aceleran, poniendo en peligro sus delicados mecanismos de autorregulación.

Ciclo del Carbono:

La vía principal del ciclo del Carbono en la Biosfera, va desde el CO2 de la Atmósfera, a la materia viva de los ecosistemas mediante el proceso de Fotosíntesis.

Una segunda vía se realiza mediante la fijación bioquímica en caparazones y esqueletos de los organismos que vuelve otra vez a la atmósfera mediante la Respiración de los organismos descomponedores, al transformar los residuos orgánicos acumulados en el suelo o sedimentos al morir.

Parte del C es retirado de la vía principal por un lento proceso que almacena enormes cantidades en las rocas Sedimentarias (Calizas, Carbones vegetales y Petróleos) que vuelven a la Atmósfera gracias a la quema de combustibles fósiles y materia orgánica (Incendios) o por la disolución de aguas carbónicas.

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Ciclo de Nitrógeno

El Nitrógeno molecular es el gas más abundante en la atmósfera (78%), pro no puede ser asimilado directamente por las plantas. Por ello en este ciclo se pueden realizar cuatro procesos:

Fijación del nitrógeno. Cierta cantidad de nitrógeno atmosférico es fijada abióticamente en forma de óxidos, por medio de las descargas eléctricas de las tormentas y de las reacciones fotoquímicas. El agua de lluvia arrastra este nitrógeno al suelo o al agua en forma de amoniaco.

Sin embargo, la mayor cantidad de nitrógeno que llega a los ecosistemas se debe a la fijación biológica. Ésta la llevan a cabo microorganismos. Entre los microorganismos fijadores de nitrógeno de vida libre están los del suelo como Azotobacter y Clostridium. Otros microorganismos fijadores del nitrógeno, pero simbióticos, son las bacterias exclusivamente terrestres que pertenecen al género Rhizobium, que se asocian con ciertas leguminosas como tréboles, guisantes o judías. Invaden los pelos radicales de estas plantas y se multiplican formando unos nódulos, en cuyo interior se realiza la fijación.

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Amonificación. Cuando los organismos mueren, el nitrógeno de los restos orgánicos se convierte en NH4+ mediante este proceso.

Nitrificación. El NH4+ puede ser asimilado directamente por los microorganismos y las plantas, o ser transformado en nitratos por acción de las bacterias nitrificantes. El género Nitrosomas oxida el NH4+ a iones nitrito NO2, y la Nitrobacter oxida los nitritos a nitratos NO3. La nitrificación es un proceso que necesita oxígeno y se realiza con rapidez en los suelos no encharcados y a pH neutro.

Desnitrificación. En cambio, el encharcamiento, que produce condiciones anaerobias y el pH ácido, impiden el proceso al inactivar las bacterias nitrificantes. En estas condiciones de anaerobiosis se produce la desnitrificación, que degrada los nitratos a nitritos y éstos a amoniaco y nitrógeno molecular.

 

AMONIFICACIÓN

 

NITRIFICACIÓN

(Nitrosomonas)

O2 pH neutro

 

NITRIFICACIÓN

(Nitrobacter)

O2 pH neutro

 

N2

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NH4+

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NO2

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NO3

     

DESNITRIFICACIÓN

sin O2 pH ácido

 

DESNITRIFICACIÓN

sin O2 pH ácido

 

Por eso, la práctica habitual en agricultura es labrar el terreno para airearlo y deshacer los grandes terrones que podrían dar lugar en su interior a condiciones anaerobias. Las deyecciones de los animales se transforman en parte en ácido úrico y urea. La urea se utiliza también como fuente de nitrógeno agrícola debido a que se hidroliza y se convierte en amoniaco.

Sin embargo, sin la regulación de la desnitrificación, el nitrógeno aportado a los suelos y arrastrado por las aguas, acabaría acumulándolo en los océanos, retirándolo de los continentes. La desnitrificación también mantiene potable las aguas dulces, al retirar los nitratos que en altas concentraciones resultan tóxicos.

Ciclo del Fósforo.

El fósforo (P) y el nitrógeno (N) se encuentran en el medio en una proporción de 1:23, y, sin embargo, los organismos deben poseer más cantidad de fósforo que de nitrógeno en sus tejidos. Por ello, éste es el elemento más importante que puede limitar la producción de la biomasa en los ecosistemas.

La reserva principal de fósforo en la Tierra la constituye la geosfera pues es donde mantiene su permanencia por más tiempo; sus rocas sedimentarias fosfatadas (fosfatos) liberan el fósforo al ser erosionadas.

En los seres vivos, el fósforo está presente en las moléculas de los nucleótidos, que forman parte de compuestos como el ADN, el ARN o el ATP.

El ciclo se inicia a partir de los fosfatos disueltos que los productores incorporan a sus células. A través de ellos llega el fósforo a los consumidores. Cuando los organismos mueren, o a partir de sus desechos y excrementos, las bacterias fosfatizantes degradan los compuestos orgánicos de fósforo, transformándolos en fosfatos inorgánicos y completando el ciclo.

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Gran parte de los fosfatos del suelo son arrastrados por las aguas superficiales y llegan al mar, donde constituyen sedimentos poco profundos que actúan como fuente de fósforo.

Una pequeña cantidad de fósforo vuelve a la superficie de la Tierra a través del pescado o del guano (excremento de aves marinas piscívoras). Sin embargo, de esta forma no se recupera la cantidad de fósforo que sería necesaria, para equilibrar la cantidad que se pierde hacia las profundidades del océano, en forma de sedimentos.

Aunque los depósitos de este tipo fueron el origen de los actuales, al ser traídos a la superficie por fenómenos geológicos, en la práctica el fósforo depositado en el fondo oceánico se considera perdido para el ciclo. Por ello, el agotamiento de las reservas es un grave problema para el futuro de la vida humana en el planeta.

Al explotarse los yacimientos de fosfato y utilizarse restos de pescado y guano como fertilizantes, se acelera tanto el proceso natural (al aumentar la cantidad de fósforo en circulación) como la velocidad del ciclo.

Las prácticas agrícolas intensivas agotan rápidamente las disponibilidades de fósforo del suelo. En el suelo agrícola de la zona templada se estima que en 50 años se puede reducir en más de 1/3 la cantidad disponible de este elemento.

4. AUTORREGULACION DE LOS ECOSISTEMAS.

Un ecosistema es un sistema cerrado para la materia, aunque abierto para la energía, siendo capaz de autorregularse y permanecer en equilibrio dinámico a lo largo del tiempo, gracias a la interacción entre la biocenosis y los factores físicos del medio.

Los ecosistemas se regulan gracias a:

· Las múltiples relaciones tróficas establecidas en el ecosistema.

· Las interacciones que se establecen entre el biotopo (parte no viva del ecosistema) y la biocenosis (parte viva del ecosistema).

· La existencia de factores limitantes que evitan la reproducción masiva de los organismos.

Existen desequilibrios si:

– No hay factores limitantes.

– Se introducen especies foráneas en el ecosistema.

– Al disminuir el número de relaciones causales o interacciones en el

Por lo tanto en este apartado tendríamos que hablar de la autorregulación de las poblaciones* (Potencial biótico y limite de carga, especie R y K, competencia intraespecíficas etc. Explicadas en el tema de dinámica de poblaciones de tema 47.

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Pero Las poblaciones no se encuentran aisladas en el medio en el que habitan, sino que se relacionan con otras que comparten el territorio. Nos estamos refiriendo los problemas que surgen entre los individuos de la biocenosis* (autorregulación de comunidades). La coexistencia de poblaciones diferentes genera una serie de interacciones, de las que depende la evolución simultánea de todas ellas. Dichas interacciones actúan como factores limitantes bióticos, que al permitir la existencia de unas en detrimento de otras, van a contribuir a la estabilidad del conjunto y a su autorregulación.

Entre las relaciones interespecíficas, nombramos el parasitismo, la simbiosis, el comensalismo, el mutualismo, así como la competencia interespecífica y la relación depredador-presa, en el Tema anterior.

En resumen diremos que el ecosistema tiende a un equilibrio dinámico es decir, el ecosistema tiende a la adquisición de una estructura más estable, en la que se de optimización de su funcionamiento.

Pero no por ello el ecosistema se considera un sistema estático, sino que se producen cambios o movimientos de diversa índole durante un cierto periodo de tiempo. Estos cambios temporales pueden ser de tres tipos:

4.1 Fluctuaciones

Las poblaciones no aumentan en número hasta explotar al máximo la capacidad del medio para mantenerse después constantes, sino que fluctúan por encima o por debajo de la capacidad máxima del ambiente.

Las fluctuaciones se deben a cambios físicos del medio, variaciones estacionales o interacciones entre individuos de la población o con los de otras poblaciones. (ej. Modelo depredador- presa* o competencia interespecífica*)

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Principio de exclusión competitiva: si 2 especies competidoras coexisten en un ambiente estable, lo hacen como resultado de la diferenciación de nichos. Si por el contrario existe diferenciación si el hábitat la hace imposible, una de las especies competidoras eliminará a la otra.

Nicho ecológico: es el espacio ecológico ocupado por cada población en el ecosistema, o la función que desempeña

Hábitat: El espacio o lugar concreto en el que vive una especie determinada

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4.2. Ritmos

Son cambios periódicos, diferenciados claramente de las fluctuaciones, originados por cambios también periódicos de algunas de las características ambientales.

Alternancia de días y noches (ritmo circadiano).

Es un ritmo que afecta a todos los ecosistemas, excepto a las cuevas y a los fondos marinos no iluminados. Los productores de la cadena alimentaría que realizan fotosíntesis lo hacen más durante el día que durante la noche, ya que necesitan la luz del sol. Por este mismo motivo, las algas microscópicas están más cerca de la superficie durante el día que durante la noche. Es lo que se llama migración vertical.

Entre los consumidores, los hay diurnos y nocturnos. Los diurnos ven mejor durante el día y los nocturnos ven mejor durante la noche. Cada uno aprovecha su periodo de actividad para alimentarse.

Alternancia de las estaciones (ritmo estacional).

Es un ritmo que afecta a todos los ecosistemas, pero sus consecuencias son más patentes cuanto más alejados están del Ecuador. Los productores de la cadena alimentaria que realizan fotosíntesis se reproducen siguiendo la estacionalidad: florecen cuando hay un determinado número de horas de luz al día.

La mayoría de los consumidores de la cadena alimentaria tienen ritmos de reproducción anual, para que sus crías disfruten de las condiciones medioambientales óptimas para su desarrollo otros procesos de este tipo serian : las mareas, caída de las hojas, etc.

4.3 Sucesiones

En un determinado hábitat, las poblaciones de seres vivos van cambiando según las características existentes en cada momento, de forma que van surgiendo nuevas especies y van desapareciendo otras. Esta sustitución de poblaciones en el tiempo se denomina SUCESIÓN. Más correctamente, la sucesión es el proceso dinámico resultante de las interacciones entre los factores bióticos y abióticos en el tiempo, que da lugar a la formación de un ecosistema más complejo y estable. Y es que a medida que avanza la sucesión, cada vez irá acercándose a un ecosistema de este tipo.

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Los vegetales son los “motores” esenciales de la dinámica del sistema, siendo secundaria la participación de la fauna. Sin embargo, a los animales se debe, en buena parte, el reciclaje de los elementos nutritivos, además de tener un papel activo en la dispersión de los vegetales.

La sucesión es un proceso lento y gradual en el que las comunidades inestables sufren modificaciones, tanto en su composición como en el tamaño de sus poblaciones. La finalidad última es la búsqueda del equilibrio con el conjunto de factores ambientales del lugar. Cuando este equilibrio teórico se logra, en la etapa final estable de la sucesión, la comunidad tenderá a mantenerse adaptada a las condiciones fisicoquímicas y climáticas dominantes. Esta etapa, llamada CLÍMAX, no es sustituida por ninguna otra. Muchos autores prefieren no utilizar el concepto de clímax, sino el de ECOSISTEMA MADURO. El nivel de máxima madurez representaría el concepto de clímax tradicional.

Los ecosistemas pueden sufrir un proceso inverso a la sucesión por causas naturales (erupción volcánica, un cambio climático persistente, aparición de nuevas especies) o provocadas por el hombre. Este proceso de vuelta a atrás, rejuvenecimiento o involución de un ecosistema, se conoce con el nombre de REGRESIÓN.

Tipos de sucesiones. Las sucesiones que parten de un terreno virgen, como rocas, dunas, terrenos o islas volcánicas, se denominan sucesiones primarias (la Islas Canarias, cuando surgieron de la superficie marina iniciaron este tipo de sucesión). Aquellas sucesiones que tienen su comienzo en los lugares que han sufrido una perturbación anterior, como una regresión, pero que conservan parcial o totalmente el suelo, reciben el nombre de sucesiones secundarias. Estas últimas suelen ser más cortas que las primarias y su longitud depende del estado de conservación del suelo.

Los cambios que se producen en la sucesión hacia el clímax son los siguientes:

· Aumenta la estratificación de la vegetación (herbáceo, arbustivo y arbóreo) y la heterogeneidad espacial de los biotopos.

· Se da un aumento progresivo de la biomasa.

· Aumenta la proporción de materia inerte (madera) y muerta (restos).

· Hay un aumento de la respiración y una disminución de la producción neta. Ambas funciones se equilibran en los ecosistemas más maduros.

· Aumentan la diversidad de especies y la organización interna de la comunidad.

· Se van amortiguando las fluctuaciones.

· En las etapas iniciales hay dominio absoluto de las especies con estrategias del tipo “r”. En las etapas más maduras lo son, en cambio, las “k” estrategas.

· Decrece la natalidad y aumenta la supervivencia de los descendientes.

· Las especies animales y vegetales van cambiando a lo largo de la serie. Las que son dominantes en las primeras fases (r estrategas) desaparecen o no lo son en las finales (k estrategas).

· Se sustituye el viento por los animales para transportar las semillas a lo largo de la sucesión.

· Hacia la madurez van adquiriendo mecanismos de estabilidad de las poblaciones y de la biocenosis.