Revisión del 23:15 12 nov 2015

Tema 1. Estructura y procesos en el ecosistema.

•Niveles de organización ecológica.

Introducción.

Un ecosistema es la unidad funcional en la cual la energía y los nutrimentos fluyen entre el medio físico (abiótico) y una comunidad de organismos (medio biótico). Los componentes abiótico y biótico interactúan entre si produciendo una interdependencia compleja que mantiene al ecosistema en un “equilibrio natural”. Una alteración pequeña en uno de los factores puede romper este equilibrio y causar una perturbación en todo el ecosistema.

Es fácil darnos cuenta como los factores abiótico pueden influir en la comunidad biótica; frecuentemente las bajas o altas temperaturas matan a muchos organismos, también lo causa un incendio en el bosque, o un ciclón que destruye los árboles en una selva. Pero en realidad la relación es en ambos sentidos y, los organismos pueden producir cambios en el medio abiótico, así como también el medio abiótico los afecta a ellos. Por ejemplo, la atmósfera terrestre originalmente no tenía oxígeno libre, pero cuando aparecieron los primeros organismos fotosintéticos empezaron a producir oxígeno que gradualmente fue suministrado a la atmósfera y, de esta manera, los organismos fotosintéticos alteraron las condiciones primitivas de la atmósfera en forma tan drástica que el oxígeno pasó de ser inexistente en forma libre en la atmósfera a una concentración actual de 21 por ciento.

Las plantas también contribuyen a modificar el ambiente mediante la formación y fertilidad del suelo; las selvas densas regulan la humedad ambiental, la temperatura y la cantidad de luz que puede alcanzar el suelo.

Con pocas excepciones los ecosistemas obtienen la energía del Sol. Las plantas y otros organismos fotosintéticos (autótrofos) capturan la energía solar y la utilizan para formar moléculas orgánicas a partir de materia inorgánica simple. Los autótrofos son los organismos que por medio de la fotosíntesis o quimiosíntesis fabrican alimento y energía para todo ecosistema, por lo cual se les conoce como productores. Todos los demás organismos en el ecosistema son heterótrofos (no elaboran su propio alimento), ya que obtienen la energía de los compuestos que fueron elaborados por los productores. Los organismos que se alimentan a partir de los tejidos de otros organismos se llaman consumidores. Los herbívoros (consumidores primarios) comen plantas, los carnívoros (consumidores secundarios) se alimentan de otros animales, los parásitos, vivan o no sobre el hospedero, obtienen su energía de él. Los desintegradores, principalmente hongos y bacterias, obtienen su energía rompiendo compuestos orgánicos producto del desecho de organismos muertos.

Los autótrofos (productores) utilizan agua y dióxido de carbono (como fuentes de carbono, oxígeno e hidrógeno) y sales minerales, incluyendo a nitrógeno y fósforo y, con ellos forman carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Después cuando los desintegradores utilizan la materia orgánica para su metabolismo, producen como desecho moléculas inorgánicas sencillas, que si no son arrastradas del suelo por las lluvias o el viento, pueden ser usadas nuevamente por los productores, y de esta manera reciclarlos en el ecosistema.

Los componentes abióticos incluyen energía, sustancias inorgánicas y el sustrato y/o medio en el cual viven. Los elementos químicos que forman las moléculas inorgánicas sencillas son los factores químicos del ecosistema, los factores físicos son la lluvia, energía calorífica, viento y cualquier otro tipo de energía.

Niveles de organización ecológica: población, comunidad, ecosistema, bioma y biosfera.

Es bien sabido que a partir del individuo existen dos estratos: el que incluye los niveles de organización inferiores o anatómicos como tejidos, órganos, aparatos y sistemas en los organismos pluricelulares; y el que incluye los niveles de organización superiores o ecológicos, como son la población, la comunidad y el ecosistema. El concepto de ecosistema aún es más amplio que el de comunidad porque un ecosistema incluye, además de la comunidad, el ambiente no vivo, con todas las características de clima, temperatura, sustancias químicas presentes, condiciones geológicas, etc. El ecosistema estudia las relaciones que mantienen entre sí los seres vivos que componen la comunidad, pero también las relaciones con los factores no vivos.

Acerca de las Propiedades Emergentes

El desarrollo del Método Científico aunado al diseño de aparatos y técnicas que nos permiten estudiar la materia hasta sus componentes más ínfimos (los átomos), desde finales del siglo XIX trajeron como consecuencia una supuesta dicotomía de la filosofía con que los científicos realizan el estudio de los seres vivos. En efecto, un grupo de científicos enfocó el estudio de los fenómenos vitales desmantelando los organismos hasta sus unidades más pequeñas y considerando que los datos así obtenidos permitirían explicar el proceso de la vida; dicho grupo, denominado “mecanicista” o “reduccionista”, entró en pugna con los llamados “vitalistas”, quienes mantienen que la vida, y solamente la vida, tiene un algo especial, que siempre está fuera del alcance de la física y la química. Como afirma Stephen Jay Gould en su libro La Sonrisa del Flamenco. Según estas visiones de la vida, uno es, de acuerdo con la opinión de sus adversarios, bien un mecanicista sin corazón o un vitalista místico.

La posición intermedia mantiene que la vida, como resultado de su complejidad estructural y funcional, no puede descomponerse en sus productos químicos y explicarse en su totalidad por medio de las leyes de la química y la física que operan a nivel molecular. Asimismo, el camino intermedio niega que este defecto del reduccionismo represente una propiedad mística de la vida, alguna especie de chispa especial inherente tan solo a la vida. Los biólogos actuales suponen que la vida adquiere sus propios principios de la estructura jerárquica de la naturaleza. Al ir aumentando los niveles de complejidad a lo largo de la jerarquía de átomo, molécula, célula, tejido, organismo, población comunidad, etc, aparecen nuevas propiedades como resultado de las interacciones e interconexiones que emergen en cada nuevo nivel. Un nivel superior que no puede explicarse por completo descomponiéndolo en sus elementos básicos y estudiando sus propiedades en ausencia de tales interacciones. Así pues, surgen principios nuevos o “emergentes”, capaces de abarcar la complejidad de la vida; estas propiedades emergentes son adicionales y consistentes respecto a la física y la química de la materia. Así, tenemos que por ejemplo, éstas tienen propiedades que no pueden ser estudiadas aisladamente a partir de sus elementos constitutivos (los individuos), sino únicamente al estudiarse la población como tal.

Dicho lo anterior, mencionaremos que en este texto seguimos este camino intermedio, también llamado “holístico” u “organizativo”.

Población

Puede definirse la población como un grupo de organismos de la misma especie que presenta interacciones tanto genéticas como ecológicas y que ocupan un área determinada en un mismo lapso. Posee características y funciones más bien del grupo en su totalidad que de cada uno de los individuos, como son: tamaño, densidad de población, frecuencia de nacimientos y defunciones, distribución por edades, estructura de edades, ritmo, de dispersión, potencial biótico y forma de crecimiento. Si bien los individuos nacen y mueren, los índices de natalidad y mortalidad no son característicos del individuo sino de la población global. El tamaño de la población se refiere al número de individuos que contribuyen a la poza génica de la población.

Una característica importante es la estructura de edades, que se refiere al número de individuos colocados dentro de tres categorías: prerreproductivos, reproductivos y posreproductivos. Como cada individuo se reproduce solo en una parte de su vida, la edad de los miembros de la población puede ser utilizada para predecir la tasa de natalidad. El número de individuos de cierta edad y sexo se utiliza para formar la estructura de edad-sexo. Cuando una porción de los individuos se encuentra en la etapa reproductiva o son muy jóvenes, la estructura tiende a formar una pirámide. La base ancha de la misma indica que la población tiende a un crecimiento rápido, pues un número importante de individuos de la edad prerreproductiva pasarán pronto a la edad reproductiva. (Figura 1.2)

Por otro lado, una pirámide invertida (figura 1.3) indica que la población declinará porque los individuos en la edad reproductiva pasarán a la edad posreproductiva y ya no producirán más crías. Los de la edad prerreproductiva, por ser muy pocos, aunque alcancen la madurez y lleguen a la edad reproductiva no son suficientes para producir un número elevado de descendientes. La gráfica en la que se inscribe el número de organismos en función del tiempo es llamada curva de crecimiento de población. Tales curvas son características de las poblaciones, no de especies aisladas, y sorprende su similitud entre las poblaciones de casi todos los organismos desde las bacterias hasta el hombre.

La tasa de nacimientos o natalidad, de una población es simplemente el número de nuevos individuos producidos por unidad de tiempo. La tasa de natalidad máxima es el mayor número de organismos que podrían ser producidos por unidad de tiempo en condiciones ideales, cuando no hay factores limitantes.

La mortalidad se refiere a los individuos que mueren por unidad de tiempo. Hay una mortalidad mínima teórica, la cual es el número de muertes que ocurrirían en condiciones ideales, consecutivas exclusivamente a las alteraciones fisiológicas que acompañan el envejecimiento. Disponiendo en gráfica el número de supervivientes de una población contra el tiempo se obtiene la curva de supervivencia. De esas curvas puede deducirse el momento en que una especie particular es más vulnerable. Como la mortalidad es más variable y más afectada por los factores ambientales que la natalidad, estos tienen una enorme influencia en la regularización del número de individuos de una población.

Los ecólogos emplean el término potencial biótico o potencial reproductor para expresar la facultad privativa de una población para aumentar en número, cuando sea estable la proporción de edades y óptimas las condiciones ambientales. Cuando el ambiente no llega a ser óptimo, el ritmo de crecimiento de la población es menor, y la diferencia entre la capacidad potencial de una población para crecer y lo que en realidad crece es una medida de la resistencia del ambiente.

La densidad es el número de individuos que habitan en una unidad de superficie o de volumen, por ejemplo el número de árboles por kilómetro cuadrado en un bosque o el número de peces de una determinada especie por metro cúbico en un lago. La densidad total se puede estimar realizando un muestreo que consiste en contar el número de individuos en un área pequeña, seleccionada al azar, y extrapolar para conocer el total; la distribución se refiere al patrón en el cual los individuos de una población se distribuyen a través de su hábitat. Algunos parámetros que influyen en la densidad poblacional son la natalidad, mortalidad, emigración e inmigración, siendo la primera y la última responsables de un aumento, y las otras dos, responsables de decremento poblacional como se muestra en el siguiente cuadro:

La densidad absoluta de una población es muy difícil de cuantificar en el campo, por lo que siempre se tienen únicamente estimaciones; no obstante, cualquiera que sea nuestra estimación de la densidad, este parámetro nos da una idea de la capacidad de colonización de un hábitat que tiene una especie, así como su éxito en ese hábitat en particular. Las poblaciones se incrementan a través de la natalidad, la cuál consideraremos como un concepto amplio que describe la producción de individuos nuevos por alumbramiento, eclosión, germinación o bipartición. Como un concepto más aplicable a la dinámica poblacional emplearemos el índice de natalidad.

El índice de natalidad puede expresarse como el número de organismos nacidos por hembra por unidad de tiempo. La medición de este índice depende ampliamente del tipo de organismo en estudio. Algunas especies se aparean una vez al año, otras lo hacen varias veces en el mismo período y otras se aparean continuamente. Algunas producen muchas semillas o huevos mientras que otras producen unos cuantos. Por ejemplo, una sola ostra puede producir de 55 a 114 millones de huevos. Los peces comúnmente depositan huevos por miles, las ranas por cientos. Las aves usualmente ponen entre 1 y 20 huevos, y los mamíferos raramente tienen camadas de mas de 10 crías y más usualmente tienen una o dos crías. La fecundidad es inversamente proporcional a la cantidad de cuidado que los padres dan a los jóvenes.

Mortalidad. Los biólogos se interesan no sólo en por qué un organismo muere, sino también en por qué murió a esa edad determinada. Existen dos tipos de longevidad: la longevidad fisiológica y la longevidad ecológica. La longevidad fisiológica puede ser definida como el promedio de la longevidad de los individuos en una población que vive en condiciones óptimas; en otras palabras, el organismo muere de vejez. Por otra parte, la longevidad ecológica, es la longevidad empírica promedio de los individuos de una población viviendo bajo ciertas condiciones. Aquí, la distinción se basa en el hecho de que en la naturaleza sólo unos pocos individuos llegan a la vejez. La mayoría de ellos son muertos por depredadores, enfermedades y otras eventualidades mucho antes de que envejezcan.

Proporción de sexos. La proporción de sexos es otra de las propiedades emergentes de la población; y esta se define como la proporción de machos en una población. La proporción de sexos puede distinguirse de 4 maneras: la proporción de sexos primaria es aquélla presente en el momento de la fecundación; la secundaria se calcula a partir del final del cuidado parental; la proporción de sexos terciaria se refiere a la de los individuos que han obtenido recientemente la independencia pero no se reproducen y la cuaternaria es la de los adultos fértiles.

La proporción de sexos cuaternaria es la más importantes para el futuro de la población, ya que si se trata de una especie monógama, cualquier desviación de la proporción 1:1 implicará que algunos individuos no se reproducirán, empobreciendo genéticamente a la siguiente generación. No obstante, si la especie es polígama, no resulta desfavorable si el número de machos es menor al de hembras, ya que un solo macho puede aparearse con varias hembras y se producirá una cantidad de crías semejante al caso de que la proporción de sexos fuese 1:1.

Comunidad

El tipo de lugar donde normalmente encontramos individuos de una especie en particular se conoce como hábitat. El hábitat de cualquier organismo se caracteriza por sus factores físicos y químicos, pero también por la presencia de otras especies que viven en el mismo lugar. Directa o indirectamente las poblaciones de cada una de las especies en un hábitat se asocian unas con otras formando comunidad, por tanto, ésta se define como un total de poblaciones de todas las especies que ocupan una misma área. Son cinco los factores que forman la estructura de la comunidad:

Primero, la interacción entre clima y topografía. El clima está caracterizado por la distribución de la temperatura a lo largo del año y el régimen de lluvias, y la topografía por la composición del suelo, altitud sobre el nivel del mar, desniveles y otras condiciones físicas que caracterizan el hábitat.

Segundo, el tipo y calidad de alimentos y otros recursos disponibles a través del año y que influyen directamente en el tipo de especies que viven en la comunidad.

Tercero, los individuos de cada especie tienen características adaptativas que les permiten sobrevivir en las condiciones ambientales del hábitat y explotar recursos específicos.

Cuarto, los ocupantes del hábitat interactúan entre sí en relaciones como competencia, depredación y mutualismo.

Quinto, la estructura de la comunidad se ve alterada por el cambio en el tamaño de las poblaciones, la introducción de una nueva especie en la comunidad, o por perturbaciones físicas en el hábitat.

¿Cómo es que estos factores determinan la estructura de la comunidad? Dichos factores determinan el número de especies a diferentes niveles tróficos, comienzan por los productores y pasan por los diferentes niveles de los consumidores hasta llegar a los desintegradores.

En suma, los factores determinan el número de especies en un ecosistema (en el trópico, la alta tasa de radiación solar, las altas temperaturas y la humedad, favorecen el crecimiento de especies de plantas que soportan gran variedad de especies animales, mientras que con las severas condiciones en el ártico y antártico es raquítica la variedad de especies) y determinan finalmente el tamaño de la población de cada especie.

Nicho Ecológico

En cualquier ecosistema cierta combinación de condiciones ambientales y recursos permite a los individuos de una especie emplear los recursos para sobrevivir y reproducirse. Cada organismo en un ecosistema ocupa un área específica que es la localización física en la cual el organismo vive (en el fondo de un lago, bajo una roca, dentro de otro organismo, etc.).

Todo organismo necesita espacio para vivir, reproducirse y obtener nutrimentos y energía. El proceso por el cual adquiere lo anterior determina el papel de la especie en el ecosistema. La especie puede ser productora, consumidora desintegradora; ya sea presa, depredador, parásito, etc.

El papel que juega en el ecosistema el hábitat y el intervalo de tolerancia a cada factor abiótico, forman el nicho ecológico de una especie. Para un depredador de peces, las condiciones pueden ser una cierta temperatura del agua, determinada salinidad y presas de tamaño y valor nutritivo adecuado.

En otras palabras un nicho ecológico incluye todos los aspectos de la existencia de una especie. Dónde vive, qué actividades realiza, cuáles son sus requerimientos y efectos sobre el medio y otras especies.

Los biomas o zonas de vida

El bioma es una zona de vida dentro del globo terrestre o más precisamente un tipo principal de hábitat en el que la vegetación dominante comprende algunos tipos característicos que reflejan las tolerancias del ambiente y a la que se vinculan determinadas comunidades animales.

Es lógico que encontremos biomas acuáticos y continentales. Los primeros podrán subdividirse a su vez en lacustres o palustres (correspondientes a las lagunas y lagos), fluviales (ríos) y marinos (mares y océanos). En tierra firme podemos reconocer biomas específicos: al bosque, la tundra, el desierto, la pradera, la estepa y la selva.

Biosfera

Todos los ecosistemas del mundo se combinan para formar un nivel de organización llamado biosfera, que es la suma total de todos los lugares físicos en los cuales viven los organismos. La biosfera es la capa de la tierra de alrededor de 22 kilómetros, que va desde los límites superiores de la atmósfera hasta las profundidades de las trincheras oceánicas. Si comparamos la tierra con una manzana, la biosfera sería el equivalente en grosor a la cáscara, y toda la vida se desarrolla en esa delgada capa.

La biosfera está formada por la hidrosfera, que a su vez está constituida por los océanos, mares interiores, lagos, pantanos, ríos, charcas y toda el agua congelada de los glaciares y casquetes polares. Los organismos acuáticos en su mayoría se encuentran en aguas someras, donde puede penetrar la luz solar, para proveer de energía a los organismos fotosintéticos. Igualmente, la mayoría de los organismos terrestres viven en la parte iluminada de la litosfera, que es la parte rocosa de la corteza terrestre constituida por placas rígidas que forman el hábitat terrestre.

En la atmósfera, que está formada por la capa gaseosa que envuelve a la Tierra, los organismos sólo se encuentran debajo de los 7 kilómetros. Sin embargo se ha colectado polen, bacterias y esporas de hongos a altitudes de 100 Km y en la hidrosfera la gravedad lleva organismos muertos o desechos orgánicos a los fondos oceánicos, proveyendo de alimento, de esta manera, a las zonas abisales carentes de luz.

Componentes del ecosistema: abiótico y bióticos Los ecosistemas están conformados por elementos no vivos o componentes abióticos (la abiota), y por componentes vivos o bióticos (la biota). Estos interactúan para proveer los materiales y la energía necesarios para que los organismos sobrevivan.

•Componentes bióticos y sus interacciones.

Biota

La biota esta compuesta por los organismos vivos de un ecosistema, los cuales se dividen en dos categorías generales: los autótrofos y los heterótrofos. Esta distinción se basa en sus necesidades nutricionales y el tipo de alimentación. Los autótrofos o productores son organismos capaces de producir su propio alimento. Auto, “a si mismo”; trophos, “nutrición”.

Los fotótrofos los constituyen la mayoría de las plantas verdes y algas que emplean la energía solar para convertir elementos químicos relativamente simples, como el dióxido de carbono, el agua y nutrientes, en compuestos complejos (carbohidratos, lípidos y proteínas). Los quimiótrofos convierten los compuestos inorgánicos en energía.

Los heterótrofos o consumidores son aquellos que comen partes de células, tejidos o materiales de desecho orgánico de otros organismos para su subsistencia. Los heterótrofos obtienen la energía química necesaria en forma directa o indirecta de los autótrofos, y por tanto, de manera indirecta del sol.

Los macroconsumidores ingieren partes y cuerpos enteros, vivos o muertos, de otros organismos; Aquí se incluyen los herbívoros o consumidores primarios, los carnívoros o consumidores secundarios, los omnívoros o consumidores terciarios, y los detritívoros o consumidores de detritus (materia orgánica en proceso de descomposición, partes de tejidos y desechos). Los microconsumidores son los descomponedores y se alimentan de materiales de desecho de seres vivos o partes de tejidos ya en descomposición. se distinguen de los detritívoros en que digieren los materiales fuera de sus cuerpos, utilizan enzimas que arrojan sobre las partículas y después absorben los materiales en sus células. Reducen moléculas complejas a moléculas simples y las regresan al medio físico para que los productores puedan disponer de ellos.

Relaciones intraespecíficas

Las relaciones intraespecíficas son las interacciones que se dan entre organismos de la misma especie.

En el nivel unicelular, tanto en organismos animales como vegetales, las relaciones entre los distintos individuos presentes en un medio determinado vienen condicionadas principalmente por factores de tipo físico y químico. Al ser su hábitat generalmente el agua, donde suelen formar parte del plancton, la rápida multiplicación de estos organismos puede provocar a veces en ambientes reducidos una cantidad excesiva de residuos metabólicos o un agotamiento total del oxígeno disuelto que provoque su muerte. La relación entre cada organismo unicelular viene mediada por el medio común que comparten, al que vierten sus metabolitos y del que reciben los de otros organismos.

En el caso de los organismos de formas pluricelulares, cualquier relación entre individuos de una misma especie lleva siempre un componente de cooperación y otro de competencia, con predominio de una u otra en casos extremos. Así en una colonia de pólipos la cooperación es total, mientras que animales de costumbres solitarias, como la mayoría de las musarañas, apenas permiten la presencia de congéneres en su territorio fuera de la época reproductora.

La colonia es un tipo de relación que implica estrecha colaboración funcional e incluso cesión de la propia individualidad. Los corales de un arrecife se especializan en diversas funciones: hay individuos provistos de órganos urticantes que defienden la colonia, mientras que otros se encargan de obtener el alimento y otros de la reproducción. Este tipo de asociación es muy frecuente también en las plantas, sobre todo las inferiores. En los vegetales superiores, debido a la incapacidad de desplazamiento, surgen formaciones en las que el conjunto crea unas condiciones adecuadas para cada individuo, por lo que se da una cooperación ecológica, al tiempo que se produce competencia por el espacio, impidiendo los ejemplares de mayor tamaño crecer a los plantones de sus propias semillas.

En el reino animal nos encontramos con sociedades, como las de hormigas o abejas, con una estricta división del trabajo. En todos estos casos, el agrupamiento sigue una tendencia instintiva automática. A medida que se asciende en la escala zoológica encontramos que, además de ese componente mecánico de agrupamiento, surgen relaciones en las que el comportamiento o la etología de la especie desempeñan un papel creciente. Los bancos de peces son un primer ejemplo. En las grandes colonias de muchas aves (flamencos, gaviotas, pingüinos, etc.), las relaciones entre individuos están ritualizadas para impedir una competencia perjudicial. Algo similar sucede en los rebaños de mamíferos. Entre muchos carnívoros y, en grado máximo entre los primates, aparecen los grupos familiares que regulan las relaciones intraespecíficas y en este caso factores como el aprendizaje de las crías, el reconocimiento de los propios individuos y otros aspectos de los que estudia la etología pasan a ocupar un primer plano.

Dominación Social:

Es la estratificación de grupos sociales, de acuerdo con la influencia que ejercen sobre el resto de los grupos de una población. Por ejemplo, en una población de hormigas, existen castas distinguidas en reinas, soldados, obreras y machos fértiles.

Jerarquía Social:

Es la estratificación de los individuos de acuerdo con la dominación que ejercen sobre el resto de los individuos de una población. Por ejemplo, en un gallinero, el gallo macho adulto más fuerte ejerce un dominio absoluto sobre el resto de los miembros de la población (gallinero). A este gallo se le denomina macho Alfa. Por debajo de él están todas las gallinas y el resto de los gallos más débiles que él. El gallo tiene preferencia por una gallina en particular, lo cual la convierte en una gallina que domina al resto de las gallinas y a los gallos más débiles que el macho Alfa. Esta gallina tiene el "derecho" de comer primero que los demás.

Territorialidad:

Es la delimitación y defensa de una área definida por un individuo o por un grupo de individuos. El ejemplo más común es el de los perros, quienes marcan un territorio a la redonda con respecto al lugar donde habitan mediante descargas de orina, las cuales emiten un olor distinguible por otros canes.

Relaciones interespecíficas

Dentro de este amplio apartado se incluyen todas aquellas relaciones directas o indirectas entre individuos de especies diferentes. Entre ellas tenemos el parasitismo y la depredación, la necrofagia o el aprovechamiento de otros organismos para conseguir protección, lugar donde vivir, alimento, transporte, etc. La importancia de estas relaciones es que establecen muchas veces los flujos de energía dentro de las redes tróficas y por tanto contribuyen a la estructuración del ecosistema. Las relaciones en las que intervienen organismos vegetales son más estáticas que aquellas propias de los animales, pero ambas son el resultado de la evolución del medio, sobre el cual, a su vez las especies actúan, incluso modificándolo, en virtud de las relaciones que mantienen entre ellas.

En este caso predomina el interés por el alimento o el espacio, aunque en muchas ocasiones, para conseguir estos fines se recurra a compromisos que se manifiestan en asociaciones llamadas simbiosis (relación estrecha entre organismos de diferente especie).

El término simbiosis (del griego: syn, 'juntos'; y βίωσις, biosis, ‘vivir’) se usa para aquellas interacciones entre organismos de diferente especie que se relacionan estrecha y persistentemente. Los organismos involucrados en la simbiosis son denominados simientes.

Dentro de este amplio apartado se incluyen todas aquellas relaciones directas o indirectas entre individuos de especies diferentes. Entre ellas tenemos el parasitismo y la depredación, necrofagia, o el aprovechamiento de otros organismos para conseguir protección, lugar donde vivir, alimento, transporte, etc. La importancia de estas relaciones es que establecen muchas veces los flujos de energía dentro de las redes tróficas y por tanto contribuyen a la estructuración del ecosistema.

Las principales interacciones biológicas son: Competencia. Se puede competir por diversos recursos, como; alimento, agua y espacio. Depredación, que es cuando individuos de una especie (depredadores) cazan y se alimentan de otra (presas).

Parasitismo, el organismo parasito causa daño a su hospedero cuando obtiene un beneficio de la relación (principalmente cuando se alimenta de los tejidos del hospedero)

Comensalismo. Una especie obtiene beneficio mientras que la otra especie no recibe beneficio o daño, por ejemplo el tiburón y el pez rémora.

Protocooperación. Es cuando ambas especies se benefician de la relación, pero no dependen de ella para sobrevivir, como es el caso de peces que limpian de parásitos a peces mayores u otros organismos.

Herbivoría. Se da cuando una especie se alimenta a partir de los tejidos de ciertos vegetales.

Mutualismo. En esta relación ambas especies de benefician y es forzosa la asociación para la sobrevivencia de ambas especies.

•Componentes abióticos y ciclos biogeoquímicos.

Abiota

La abiota se compone por la energía, la materia (nutrientes y elementos químicos) y los factores físicos como la temperatura, la humedad, el rocío, la luz, el viento y el espacio disponible.

El comportamiento de la energía es explicado por dos leyes conocidas como leyes de la termodinámica. La primera ley dice que la energía puede ser trasformada de una forma (como la luz) a otra (como alimento o biomasa), mas nunca puede ser creada o destruida. La segunda ley dice que ningún proceso que involucra la transformación de la energía puede ocurrir a menos que exista degradación de esa energía de una forma concentrada (como gasolina) hacia una forma dispersa(como el calor).

La Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un espacio. Es el sustento de la vida. Los animales, plantas y minerales están compuestos de materia. Todas la materia esta formada por los elementos, que son sustancias que no pueden ser trasformadas en otras más simples por medios químicos. Cada uno tiene un nombre y es representado por un símbolo. Entre los mas familiares están el oxigeno (O), el carbono (C), el nitrógeno (N) y el hidrogeno (H).

De acuerdo con la ley de la conservación de la materia, durante los cambios físicos y químicos la materia no se crea ni se destruye. No obstante, la forma si puede ser cambiada o desplazada de un sitio a otro.

El carbono, oxigeno, hidrogeno, nitrógeno, fósforo y azufre constituyen a los macronutrientes, los cuales son los elementos esenciales con los que los organismos vivos construyen proteínas, grasas y carbohidratos o azúcares. Estos seis elementos conforman los complejos orgánicos encontrados en todos los seres vivientes. Junto a estos se encuentran los micronutrientes, los cuales son sustancias traza necesarias, como el cobre, el zinc, el selenio y el litio, y son regulados por ciclos junto con los macronutrientes para que estén disponibles en el medio físico.

Reguladores abióticos.

Son conocidos como los factores limitantes que determinan la estructura del ecosistema. Estos son la temperatura, la luz existente, la lluvia, la disponibilidad de fósforo, nitrógeno y oxígeno.

Los factores abióticos son un conjunto complejo de interacciones que limitan el control de las actividades de los organismos, poblaciones y comunidades. Reguladores bióticos. Las afectaciones que una población puede provocar sobre un ecosistema es algo que los ecólogos han comenzado a comprender. En ciertos ecosistemas algunas especies, llamadas especies clave, cumplen un papel importante en la estructura de la comunidad.

Por ejemplo, los castores que construyen represas en los causes de los ríos ayudan a disminuir el flujo de agua, con lo cual se invaden áreas que son propicias para el desarrollo de una gran diversidad de plantas y animales.

Ciclos biogeoquímicos

Todo organismo está compuesto de elementos químicos. De los más de 90 que existen en la biosfera, solo 30 forman parte de los seres vivos. Algunos como carbono, oxígeno, hidrógeno, fósforo, azufre y nitrógeno se requieren en grandes cantidades, mientras que otros, incluyendo al sodio, potasio, manganeso, calcio, hierro, magnesio, cobalto y boro solo se necesitan en pequeñas cantidades.

A diferencia de la fuente de energía requerida de una fuente externa a la Tierra (el Sol), la cual es aportada constantemente para la continuidad de la vida, los elementos químicos deben ser reciclados una y otra vez. Los organismos que vivimos en la actualidad estamos usando los mismos átomos que estuvieron presentes en la Tierra primitiva y que quizá formaron parte de algunos organismos en épocas pasadas.

Durante el reciclaje los elementos pasan del medio abiótico al biótico y viceversa, formando de esta manera los ciclos biogeoquímicos de cada elemento. Los productores introducen los elementos al medio biótico incorporándolos del medio inorgánico y los desintegradores toman los elementos de la materia orgánica transformándola en inorgánica e incorporándola al medio abiótico. (Figura 2.1.8)

La tasa de reciclamiento depende en primer lugar de donde se encuentran los elementos en el medio abiótico. Por ejemplo los elementos que circulan a través de la atmósfera o hidrosfera forman el ciclo de nutrimentos gaseosos, los cuales se reciclan más rápido que los elementos los cuales forman el ciclo de los nutrimentos sedimentarios a través del suelo y las rocas.

Ciclo del Carbono

Debido a que el carbono es el principal elemento constituyente de las moléculas orgánicas se intercambian grandes cantidades entre la atmósfera y la comunidad de organismos. Las plantas verdes obtienen el bióxido de carbono del aire y por medio de la fotosíntesis incorporan el carbono del CO2 en compuestos orgánicos (glucosa).

Este último compuesto es utilizado en forma de muchos otros compuestos orgánicos más complejos. Tanto los productores como los consumidores transforman estos compuestos en CO2, liberándolo en la atmósfera al oxidarlos para obtener energía durante la respiración.

El carbono que forma parte de las moléculas de las plantas y animales muertos, o de sus desechos, también regresa a la atmósfera a través de la respiración de los desintegradores. Una parte de los compuestos orgánicos se depositan en sedimentos sin llegar a ser descompuestos por los desintegradores.

Este proceso se ha llevado a cabo por millones de años, pero fue especialmente importante durante el período carbonífero (hace entre 295 y 355 millones de años) cuando grandes cantidades de materia orgánica quedaron atrapadas bajo la superficie terrestre.

Muchos de esos animales y plantas se transformaron a través de millones de años en carbón e hidrocarburos como resultado de las altas temperaturas y la compresión. Cuando estos compuestos llamados combustibles fósiles (gas, carbón o gasolinas) son quemados, la energía almacenada en ellos (millones de años antes por la fotosíntesis) se transforma en trabajo, y en el proceso el oxígeno de la atmósfera se combina con el carbono durante la combustión y se produce dióxido de carbono.

El intercambio de CO2 entre la atmósfera y los océanos forma otro aspecto importante del ciclo del carbono. El intercambio se realiza en la interfase entre agua y aire, y el CO2 fluye en ambas direcciones. Cuando el CO2 atmosférico se incrementa hasta alcanzar ciertos niveles, los océanos absorben más de lo que dejan escapar a la atmósfera.

Cuando se da el caso contrario (cuando el CO2 atmosférico decrece) los océanos liberan más CO2 a la atmósfera y de esta manera ayudan a mantener el equilibrio atmosférico del CO2. El ciclo del carbono favorece la formación de piedra caliza. Una buena parte de

la caliza de la corteza terrestre se formó cuando los microorganismos marinos (fitoplancton) incorporaron el CO2 de la atmósfera al formar sus esqueletos de carbonato de calcio, hace millones de años. Al morir y hundirse en el fondo oceánico la compresión del agua y demás sedimentos transformaron el carbonato de calcio de los caparazones en piedra caliza.

Los procesos químicos y físicos (intemperismo) pueden romper los compuestos de los cuales están formadas las piedras calizas, liberando el CO2 nuevamente a la atmósfera. Aunque lento, el proceso de degradación de carbonato de calcio ayuda a mantener el balance en la cantidad de carbono en la atmósfera a lo largo de millones de años (ver figura 2.1.9).

Ciclo del Nitrógeno

Es uno de los ciclos más complejos. Aunque el 79 por ciento de la atmósfera está formada por nitrógeno (N2), las plantas y animales no pueden usar este gas directamente para formar sus proteínas y otros compuestos nitrogenados. En la naturaleza el nitrógeno atmosférico es transformado en compuestos que pueden ser usados por las plantas mediante dos procesos: fijación biológica y atmosférica, que en conjunto se les llama fijación del nitrógeno. Ambos procesos forman parte del ciclo del nitrógeno (Figura 2.1.10)

La fijación del nitrógeno efectuada por algunas bacterias (cianobacterias), lo convierten en un producto gaseoso y éste se denomina amoníaco (NH3). Cuando el nitrógeno es transformado, otro grupo de bacterias colectivamente llamadas nitrificantes transforman el NH3 en nitritos (NO2 -) y nitratos (NO3 -).

Las plantas absorben los nitratos e incorporan el nitrógeno en la formación de moléculas orgánicas: aminoácidos y nucleótidos, compuestos fundamentales en la formación de ADN, ARN y proteínas. Cuando los productores mueren, el nitrógeno pasa a los consumidores y desintegradores.

Los desintegradores (paso último) convierten las moléculas orgánicas que contienen nitrógeno en amoníaco. El nitrógeno es liberado directamente de los consumidores (muchos lo excretan como urea) como producto del desecho del metabolismo de proteínas y otros compuestos orgánicos, que acumulados en el organismo se vuelven tóxicos para el individuo.

El amoníaco o la urea excretados son convertidos en nitritos y nitratos por las bacterias nitrificantes y de esta manera se encuentran nuevamente a disposición de las plantas. Otra parte del amoníaco y nitratos son transformados en gas (N2) por otro tipo de bacterias llamadas desnitrificantes. La desnitrificación es un proceso que lleva a la atmósfera al nitrógeno que hay en diversas moléculas orgánicas depositadas en el suelo.

Otro proceso que proporciona nitrógeno a las plantas es la fijación atmosférica. Esto ocurre durante las tormentas, cuando los rayos que producen altas temperaturas en la atmósfera, permiten que el nitrógeno gaseoso (N2) se combine con el oxígeno (O2) atmosférico, lo cual forma nitratos, éstos se disuelven en la lluvia y al tocar tierra son incorporados por las plantas al medio biótico.

El amoníaco y los nitratos salen de los ecosistemas terrestres por transportación a través de la disolución en agua (ya que son altamente solubles), y acarreados a los ríos, lagos y mares. El amoníaco y los nitratos permanecen disueltos en el agua hasta que son absorbidos por las plantas acuáticas y pasan de un nivel trófico a otro como en los ecosistemas terrestres.

Ciclo del fósforo

Algunos elementos se encuentran en estado gaseoso. Estos se acumulan en el suelo o en las rocas y forman parte del ciclo de nutrimentos o elementos sedimentarios como calcio, magnesio, potasio y azufre, además del fósforo.

Todos los organismos vivos requieren de grandes cantidades de fósforo para la formación de ATP, ADN, ARN y fosfolípidos para las membranas celulares. La mayor parte del fósforo se encuentra en depósito de roca. El viento y la lluvia disuelven el fósforo y forman fosfatos (PO4-3). Las plantas absorben fosfatos para construir moléculas orgánicas. Cuando la planta es usada como alimento, el fósforo pasa a los consumidores primarios y a los demás organismos en los siguientes niveles tróficos.

Los desintegradores descomponen las moléculas que contienen fósforo y lo liberan en forma de fosfatos, los cuales son absorbidos nuevamente por las plantas o filtrados en el suelo y acumulados en sedimentos. Como el fósforo se filtra fácilmente por el suelo, debido a la gran cantidad que requieren los seres vivos, se convierte en el elemento menos disponible en la biosfera y su ausencia en el suelo es uno de los factores limitantes en los ecosistemas (ver Figura 2.1.11).

Ciclo del Azufre.

El azufre es un elemento presente en algunas proteínas y vitaminas y, por lo tanto es importante en los seres vivos, principalmente en el funcionamiento de enzimas. Las plantas absorben el azufre cuando esta disuelto en agua y los animales lo adquieren cuando lo consumen de su alimento que principalmente proviene de las plantas. La mayor parte del azufre se encuentra en las rocas y sales enterradas en lo profundo de los sedimentos oceánicos, pero también puede encontrarse en la atmósfera, a la cual llega por dos fuentes, una natural y otra por la actividad humana. En el caso de fuentes naturales, puede ser por la actividad volcánica, procesos bacterianos, evaporación del agua que lo contiene o por desechos de los organismos. Cuando el azufre entra en la atmósfera a través de la actividad humana, es principalmente por procesos industriales y en la quema de combustibles fósiles en forma de dióxido de azufre SO2 y sulfuro de hidrógeno H2S, que se emiten en gran escala. Cuando el dióxido de azufre entra en la atmósfera, reacciona con el oxígeno para producir trióxido de azufre (SO3) y, cuando se asocia a otros compuestos químicos se producen sales de azufre. El dióxido de azufre también reacciona con el agua y produce ácido sulfúrico (H2SO4)que también puede ser producido por la actividad de algunas especies del plancton. Todas estas partículas regresan a la corteza terrestre con la lluvia como ácidos donde son nuevamente absorbidas por las plantas nuevamente para iniciar un nuevo ciclo.

Ciclo del agua.

La principal fuente de energía en la Tierra proviene del sol. Esta enorme cantidad de energía aunque lentamente, evapora el agua a gran escala, principalmente evaporándola de los océanos y llevándola a la atmósfera, donde al subir alcanza alturas en las cuales la temperatura es muy baja, se condensa formando principalmente lluvia, que se precipita a tierra y de ahí parte nuevamente al mar.

El agua que se evapora forma a las nubes, que están formadas por pequeñas gotas de agua suspendidas en la atmósfera. Estas pequeñas gotas se forman cuando el vapor de agua en la parte alta de la atmósfera se condensa por las bajas temperaturas formando innumerables gotitas que quedan en suspensión.

Para que estas pequeñas gotas se formen es necesaria la presencia de partículas higroscópicas, que permiten que se adhieran a ellas las moléculas de agua y que se acumulen formando a las gotas. Estas partículas higroscópicas son principalmente bacterias y polvo y aquí podemos ver una de las importancias de la presencia de bacterias en el ambiente.

No sólo se forman gotas de agua, pues también, si la temperatura es suficientemente baja se pueden formar también cristales de hielo. Cuando las gotas de agua o los cristales adquieren suficiente peso, la atracción gravitatoria las precipita a tierra, ya sea como lluvia, nieve o granizo. Los patrones de corrientes tanto oceánicas como atmosféricas juegan un papel importante en la distribución de las lluvias y nevadas.

Las moléculas de agua son transportadas y mantenidas en el aire por no más de diez días en promedio. Cuando la lluvia o nieve alcanza la superficie terrestre, puede permanecer en ella entre 10 o 120 días, o muy poco, si caen cerca del mar, aunque depende también de la época del año, la latitud y la altitud sobre el nivel del mar en la que se precipite, entonces corre de regreso al mar o se evapora. Sin embargo, en latitudes cercanas a los polos y en grandes altitudes, el agua se acumula en forma de hielo y puede permanecer así hasta por miles de años (glaciares y casquetes polares).

El agua es vital para la estabilidad de los ecosistemas, y cuando fluye al mar en su viaje de regreso, disuelve diversos minerales y nutrientes de ecosistemas terrestres y los lleva a los océanos por medio principalmente de los ríos. Mucha del agua en tierra se filtra al suelo y, al disolver minerales, estos quedan a disposición de las plantas que los absorben. También los animales toman agua de estanques, charcas y ríos y de las mismas plantas y posteriormente, tanto plantas como animales la evaporan al respirar, transpirar u orinar, según el caso.

Los estudios hidrológicos muestran que las plantas influyen de manera importante en el movimiento de nutrientes en los ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo; el agua puede fácilmente disolver el calcio y otros minerales que pueden ser fijados por las plantas, y así los minerales pasan a los tejidos vegetales y posteriormente a los animales.

•Niveles Tróficos y flujo de energía.

El flujo de energía. Todo organismo debe obtener energía y nutrimentos del medio donde vive para mantenerse con vida. Para tener idea de cómo la energía fluye a través de los ecosistemas es necesario considerar que las plantas utilizan la energía solar, la cual es transformada en energía química, y que se almacena dentro de los compuestos orgánicos. A la tasa con que los productores de un ecosistema capturan y almacenan cierta cantidad de energía en un determinado tiempo, se le llama productividad primaria.

La cantidad de energía almacenada depende de la cantidad de productores presentes (autótrofos fotosintéticos), y del balance entre la fotosíntesis y la respiración de las plantas. Otros factores que afectan la productividad son los patrones estacionales, su distribución en el hábitat, la disponibilidad de minerales, el intervalo de temperatura y la cantidad de luz y lluvia durante la estación de crecimiento.

Vías de flujo. Solo una pequeña parte de la luz que llega del Sol es fijada por las plantas. Las propias plantas usan más de la mitad de la energía que llegan a fijar, en su crecimiento y en la pérdida de calor a través de su metabolismo. Otros organismos toman la energía almacenada en los tejidos de las plantas o de sus desechos y ellos también liberan calor al ambiente producido por su metabolismo. Toda esta pérdida de calor representa el flujo de energía en una vía que la lleva fuera del ecosistema.

A través de la ingestión de tejidos vegetales por los consumidores primarios, la energía fluye de las plantas a los herbívoros y de éstos a los carnívoros. Eventualmente cualquiera de los componentes de la red trófica muere y su energía pasa a los desintegradores, lo mismo sucede con sus desechos.

La cantidad de energía que fluye a través de las redes tróficas es diferente de un ecosistema a otro y también difiere con el cambio de estación. Toda la energía que entra a una red trófica fluye en un solo sentido (no se recicla), y finalmente es dispersada en forma de calor.

Pirámides ecológicas.

Frecuentemente la estructura trófica de un ecosistema se representa como una pirámide trófica en la cual los productores forman la base y los consumidores (primarios, secundarios, etc.) se representan sucesivamente sobre ella. La mayoría de las pirámides ecológicas se basan para su construcción en la biomasa (peso seco de cada uno de los componentes en cada nivel trófico), expresada en g /m2 . Aunque muchas pirámides de biomasa pueden presentar base ancha y una cúspide angosta, también pueden ser invertidas. Por ejemplo, en el océano, donde los productores son microscópicos y los consumidores van desde el fitoplancton hasta la ballena azul, la biomasa de los consumidores puede exceder temporalmente a la biomasa de los productores. Si se muestrea cuando la cantidad de fitoplancton es baja (por ejemplo; en invierno), la pirámide se puede ver como en la Figura 2.1.5.

Figura 2.1.5 (miligramos /metro cúbico) Sin embargo si la muestra se toma durante la primavera, cuando la población de fitoplancton es enorme, la figura tiene una forma piramidal (Figura 2.1.6).

Otro tipo de pirámide es la de energía, que ilustra la tasa en la cual se mueve la energía de un nivel trófico a otro en un ecosistema, y se mide en kcal/metro cuadrado /año. Una pirámide ecológica basada en la energía de un ecosistema de pradera se ve como en la Figura 2.1.7.

Como se puede ver, hay reducción en la cantidad de energía disponible como alimento cuando se pasa de un nivel a otro. En promedio solo el 10 por ciento de la energía en un nivel trófico es convertido en biomasa en el siguiente nivel. La menor eficiencia en la transferencia se encuentra entre el nivel trófico de productores a consumidores primarios, donde el 99 por ciento de la energía de los productores no es transferida a los consumidores.

¿Qué pasa con toda la demás energía? Una parte se pierde como calor durante la conversión de energía. Los organismos de cada nivel trófico usan parte de su propia energía para sus propios procesos de crecimiento y metabolismo. Además, no todo el alimento disponible en el primer nivel es consumido por los organismos del siguiente. Finalmente, no todo el alimento ingerido es usado, una parte de la energía en forma química (materia orgánica) se excreta o defeca como desecho.

Por el hecho de que solo una parte pequeña de la energía pasa al siguiente nivel, el número de eslabones en una red trófica es limitado y rara vez excede a más de cuatro o cinco. La tasa de energía que fluye de un nivel a otro determina cuantos individuos pueden ser alimentados en el siguiente nivel y cual será su biomasa total.

Tema 2. Biodiversidad y conservación biológica.

•Concepto de biodiversidad.

•Impacto de la actividad humana en el ambiente.

•Desarrollo sustentable.