la biosfera i

La biosfera I: Ecología descriptiva

y trófica.(Se trata de un repaso y

profundización de lo ya estudiado en cursos anteriores).

Índice.• Conceptos básicos.• Dinámica de poblaciones.• Relaciones ecológicas.• Los biomas terrestres.

• Parámetros tróficos.• Estructura y función del ecosistema.

• Representación del ecosistema.

Conceptos básicos.

Biosfera: Todos los seres vivos de la Tierra.

Los seres vivos son sistemas abiertos, que mantienen su orden a costa de aumentar la entropía del entorno.Toman energía y materia del medio, devuelven materia y energía degradada.

Productores o conversores

ConsumidoresDescomponedores

Organismo: Unidad funcional esencial. Población: Conjunto de individuos de la misma especie que

coexisten en el tiempo y en el espacio. Desde el punto de vista ecológico conforman un acervo o pool genético.

Gremio: Grupo de poblaciones que explotan la misma clase de recursos, mismo nicho (comentado más adelante). Tienen la misma necesidad y la misma forma de suplirla.

Comunidad: Combinación de poblaciones interactuando entre sí y con el medio (persiste el concepto de espacio y tiempo).

Ecosistema: Conjunto de organismos vivos que se relacionan con el medio inerte haciendo que fluya la energía y materia entre ellos.

Conceptos básicos.

ECOSISTEMA

Biotopo

Biocenosis o comunidad

Autótrofos

Heterótrofos

Medio donde se desarrollan las actividades de una comunidad (terrestre, acuático) (OJITO CON CONFUNDIRLO CON HÁBITAT!!)

relaciones

Conceptos básicos.Los límites entre ecosistemas se denominan ecotonos. En ellos aparecen especies no presentes en los ecosistemas adyacentes.

Conceptos básicos.Ecosfera: es el conjunto formado por todos los ecosistemas de la tierra, o sea, es el gran ecosistema planetario

Paisaje: Conjunto de ecosistemas diferenciados con alta heterogeneidad tutelado por las actividades humanas.

Bioma: Sistema regional con comunidades parecidas.

Biosfera: Sistema autosuficiente conformado por todos los organismos vivos del planeta, con capacidad autorreguladora y amortiguadora ante perturbaciones.Toda la biosfera se puede considerar como

un único ecosistema (ecosfera).Ecosfera: Biosfera+ Ambiente no vivo

Conceptos básicos.

Biomasa: Cantidad de materia viva acumulada en un espacio y momento dados. Se mide en masa/espacio o volumen. Se estima en un 10% de la masa total de un ser vivo.

Necromasa: Materia orgánica muerta.

Riqueza: Número de especies observadas en una muestra. (La diversidad se refiere a la riqueza específica ajustada por la abundancia de cada especie).

Diversidad: Variabilidad de organismos vivos en los ecosistemas y los complejos ecológicos de los que forman parte. Indica la variedad de especies y su abundancia relativa. Incluye la intraespecífica, interespecífica y de ecosistemas.

Conceptos básicos.

Diversidad biológica o biodiversidad

BIODIVERSIDAD

Niveles de organización de complejidad creciente de la biodiversidadEs evidente su estrecha interacción, de tal modo que no es posible concebir ninguno de ellos aisladamente.

Incluye varios nivelesde organización:

Diversidad genética.

Diversidad de poblaciones, especies y comunidades,que abarca a todas las especies vivientes.

Es la variedad de organismosque viven en nuestro planeta.

Diversidad de ecosistemas,en los que se integran los niveles anteriores en estrecha interacción entre sí y con el medio físico donde viven.

Conceptos básicos.99

Especie: Grupo de individuos similares entre sí, capaces de reproducirse y producir descendientes fértiles.

Hábitat: es el lugar físico en un ecosistema que ocupa una especie y que reúne las condiciones necesarias para que ésta pueda vivir en él.

¿En qué se distingue hábitat de biotopo?

Conceptos básicos.

Conceptos básicos.

El medio ambiente en el que se desarrolla una población viene determinado por:

FACTORES ABIÓTICOS: elementos inertes, establecen límites. Independiente de la densidad de población.

FACTORES BIÓTICOS: organismos vivos, establecen relaciones. Dependiente de la densidad de población.

Ambos regulan y modulan poblaciones manteniendo el equilibrio.

Para un determinado factor, una especie presenta un valor óptimo o ZONA ÓPTIMA, donde se desarrolla mejor, crece más rápido y produce descendientes de forma más efectiva.

CURVAS DE TOLERANCI

A

Conceptos básicos.CRECIMIENTO

Ley del mínimo de Liebig

La distribución de una especie viene

determinada por el factor ambiental para el que el organismo tiene

un rango de adaptabilidad o control

más estrecho.(FACTOR LIMITANTE)

Ley de tolerancia de Shelford

Todo ser vivo presenta ante los distintos

factores ambientales unos límites entre los que puede vivir, tanto

superiores como inferiores, entre los

cuales se sitúa su óptimo ecológico. (LÍMITE DE

TOLERANCIA)

Por ejemplo, una planta puede crecer a cualquier temperatura, desde 0ºC a 87ºC; pero requiere entre el 70-73% de humedad relativa.

Límites de tolerancia para la Tº: 0ºC a 87ºC.Límites de tolerancia para la humedad: 70-73%.

Conceptos básicos.

CURVAS DE TOLERANCIA

Representación gráfica de zona óptima y

límites de tolerancia de acuerdo a los factores

ambientales que determinan el

crecimiento y desarrollo de una especie.

Estenoica: rango estrecho (esteno).

Eurioica: rango amplio (euri).

Valencia ecológica

94

Conceptos básicos.94

EURIOICAS (amplio)

Especies poco exigentes respecto a los valores alcanzados por un determinado factor. Límites de tolerancia de gran amplitud. TOLERANTES.

Número máximo de individuos no muy elevado.

Suelen ser estrategas R …(rápida reproducción, producción de muchas crías que no son atendidas…)

Son generalistas: Especies con un nicho ecológico flexible. Las especies pioneras suelen ser de este tipo. (R estrategas+eurioicas = OPORTUNISTAS).

ESTENOICAS (estrecho)

Especies muy exigentes respecto a los valores alcanzados por un determinado factor. Sus límites de tolerancia son estrechos. EXIGENTES.

El número de individuos puede llegar a ser muy elevado, si se desarrollan en torno al óptimo.

Suelen ser estrategas K (baja natalidad, cuidado de crías)

Son especialistas: nicho ecológico muy restringido, limitadas a un hábitat concreto.

Conceptos básicos.

Algunos ejemplos de organismos y su respuesta a los factores ambientales.

Estenotérmico vs. Euritérmico.Estenohídrico vs. Eurihídrico.

Estenohalino vs. Eurihalino.

94

Conceptos básicos.Nicho ecológico hace referencia a la FUNCIÓN que desempeña una especie en un ecosistema.Tiene varias dimensiones: espacio que requiere, recursos alimenticios, etología, reproducción, tiempo…

Imaginemos varias especies A, B, C…

A C

B

A

CB

Solapamientos de los nichos potenciales. Informa

sobre la competencia.

Nicho potencial o fundamental. Nicho efectivo o real: es

menor que el nicho potencial.

97

Dinámica de poblaciones.

N = B – M+ I - EN = Número de individuos de la población.B = Tasa de NatalidadM = Tasa de defunciónI = InmigraciónE = Emigración

Salvo estudios específicos sobre migraciones, se

considera la inmigración igual a la

emigración.

El conjunto de factores bióticos (depredación, parasitismo…), y abióticos (temperatura, espacio disponible…) alteran las tasas,

y en consecuencia el tamaño poblacional.

93

Dinámica de poblaciones.(1) En condiciones ideales (recursos ilimitados), las poblaciones presentan un crecimiento exponencial. Depende de características de la propia especie, identificadas con el factor “r”.

(2)En la naturaleza, muchas poblaciones presentan un crecimiento exponencial sólo en la primera parte de su fase de crecimiento, ya que el ambiente limita sus capacidades de expresión. Este conjunto de factores ambientales que limitan el crecimiento poblacional se denomina resistencia ambiental (por ejemplo: escasez de alimento, de espacio, de oxígeno, luz, etc). Ésta determina la capacidad de carga “K”, que es número máximo que individuos que el entorno puede soportar.

93

En el crecimiento logístico, hay una fase inicial en la que el crecimiento de la población es relativamente lento (1),

seguido de una fase de aceleración rápida (crecimiento logarítmico) (2).

Luego, a medida que la población se aproxima a la capacidad de carga del ambiente, la tasa de crecimiento se hace más lenta (3 y 4)

y finalmente se estabiliza (5), aunque puede haber fluctuaciones alrededor de la capacidad de carga.

Dinámica de poblaciones.93

Modelo Lotka-Volterra: Fluctuación de las poblaciones depredador-presa.


Dinámica de poblaciones.x

Curvas de supervivencia.

Describe cada curva y busca un ejemplo de cada tendencia.

ESTRATEGAS K ESTRATEGAS rTasa de reproducción baja, supervivencia de la descendencia elevada.

Tasa de reproducción alta, pero supervivencia de la descendencia baja.

Mayoría de individuos alcanza edad adulta. Tiempo de vida corto, generalmente menos de un año.

Tamaño de la población alrededor de la capacidad de carga. Mortalidad dependiente de la densidad.

Tamaño de población presenta fuertes oscilaciones, por debajo de la capacidad de carga. Mortalidad independiente de la densidad, a menudo catastrófica.

Son especialistas. Son generalistasAmbientes estables. Ambientes inestables, o primeras etapas

de la sucesión ecológica (pioneras).Supervivencia tipo I y II Supervivencia tipo III

Desarrollo lento Mayor capacidad competitiva Tamaño más grande Conduce a la eficacia.

Desarrollo rápido Reproducción temprana Pequeño tamaño corporal Conduce a la productividad


Individuos de la misma especie, o especies próximas taxonómicamente.

Parasitismo de nidada (golondrinas) en la misma especie, en el que los individuos dejan los huevos en la nidada próxima. Cleptoparasitismo (cuco) en especies próximas taxonómicamente

Los individuos de una población se ayudan unos a otros en el cuidado de crías, caza, o defensa del grupo.

FAMILIAR (objetivo reproducción y cuidado de prole), GREGARIO (relaciones temporales por razones de

alimentación, transporte, etc. Ej: bandadas), ESTATAL (permanentes, se forma una sociedad con

especialización de funciones fuera de la cual no es posible la vida individual. Ej. Abejas)

COLONIAL (permanente, individuos unidos físicamente existiendo reparto de tareas. Ej. Corales). Deriva en muchas ocasiones en comportamientos jerárquicos de distribución de funciones en la población (hormigas, abejas, leones).

Los individuos luchan por los mismos recursos, bien sea alimento, espacio, hembras, luz. Deriva en comportamientos jerárquicos fuertes dentro de las poblaciones y territorialidad entre poblaciones vecinas, así como en un control de la densidad o cobertura.

Relaciones ecológicas.x

Relaciones intraespecíficas

Competencia

Cooperación

Parasitismo social

Relaciones ecológicas.x

Relaciones interespecíficas

Se beneficia una o dos especies. Ninguna sale perjudicada.SIMBIOSISOBLIGATORIO. Las dos obtienen beneficio. Se distingue el mutualismo permanente (interacción continuada, como líquenes (hongo+alga). El mutualismo intermitente, en el que una de las especies es la que principalmente necesita tal relación (yuca y mariposa de la yuca).

Mutualismo ++

NO OBLIGATORIO. Siempre intermitente, ambas especies salen beneficiadas (diseminación de semillas).Cooperación ++

Una especie es el comensal (beneficio) y otra hospedadora (indiferente). Puede ser permanente (obligatoria para el comensal, epifitosis de liquen sobre un arbol). Puede ser intermitente (foresia de ratones transportando insectos NO PARÁSITOS).

Comensalismo +0

Dinámica de poblaciones.x

Relaciones interespecíficas

Una de las dos especies, al menos, sale perjudicada.ANTAGONISMO

Una de las especies se denomina amensal y la otra inhibidora. En el caso de la inhibidora tal relación no le supone beneficio ni perjuicio. Por el contrario el amensal sale perjudicado (inhibición del desarrollo de bacterias por el hongo Penicillium)

Amensalismo -0

Ambas especies salen perjudicadas, pero al ser especies diferentes, el grado de perjuicio es distinto. Se trata de una lucha por un recurso común. Resulta en una reducción del nicho precompetitivo.

Competencia --

Relación obligatoria permanente. La especie parásita sale beneficiada, y la hospedadora perjudicada (pulgas y perro).Parasitismo +-

La especie beneficiada se denomina predador/depredador, la perjudicada presa. Es una relación intermitente (lobo y liebre). (Se diferencia del detritivorismo en que la presa está viva en el primer ataque).

Depredación +-

* La depredación tiene un efecto de control en las poblaciones, y una gran importancia en el flujo de

energía en el ecosistema.

Los biomas son el conjunto de comunidades características (ecosistemas o unidades ecológicas) que se extienden por una amplia zona geográfica, caracterizada, entre otros factores, por el clima, la fisonomía de su vegetación y la fauna.

Los biomas.x

TERRESTRES ACUÁTICOS

TaigaTundraPraderas y

estepas

Bosque caducifolio

Selva tropical

Bosque mediterráneo

Sabana Desierto

Dulceacuícolas

Lóticos Lénticos

Marino

Pelágico Abisal

Los biomas.x

La ecología plantea el estudio de la biosfera a distintos niveles. Ahora pasamos a realizarlo a la escala de ECOSISTEMA.

Un ecosistema es una comunidad de especies diferentes que interactúan entre sí, y con los factores químicos y físicos que constituyen su ambiente no vivo.

BIOCENOSIS + BIOTOPO

Estructura y función del ecosistema.x

Biocenosis: totalidad de los organismos o poblaciones de organismos que ocupan una zona determinada.

Biotopo: medio físico con el que interactúan.

Estructura y función del ecosistema.76

Componentes ecosistema

Abióticos

Físicos

Terrestres:Luz, viento, temp.,

precip., etc.

Acuáticos:Luz, turbidez,

presión, corrientesEtc.

Químicos

Terrestres:Humedad, gases, tóxicos, nutrientes

Acuáticos:Tóxicos, salinidad,

acidez, etc.

BióticosProductores

ConsumidoresDescomponedores

76 Estructura y función del ecosistema.

Productores o AutótrofosAquellos capaces de transformar materia inorgánica en orgánica.

◦ Los organismos autótrofos pueden ser fotoautótrofos o quimioautótrofos.

◦ Dióxido de carbono + agua + energía (solar) glucosa + oxígeno.

Consumidores o Heterótrofos:No pueden sintetizar los nutrientes orgánicos que necesitan

◦ Primarios (herbívoros)◦ Secundarios (carnívoros)◦ Terciarios (supercarnívoros)◦ Omnívoros, coprófagos, detritívoros…

Descomponedores Transforman materia orgánica en inorgánica , glucosa, quitina, queratina…

76

Los componentes bióticos

Estructura y función del ecosistema.

Las redes tróficas representan la estructura y función el ecosistema. Los pasos de energía y materia de unos seres vivos a otros.

Representación del ecosistema.77

Las especies se agrupan en niveles tróficos según su función ecológica. Una misma especie

puede alimentarse o servir de alimento a varias especies de distinto nivel trófico.La eliminación o introducción de una especie o grupos de especies o, incluso, la variación de sus poblaciones pueden tener graves consecuencias para el resto del ecosistema.El conocimiento de la red trófica de un ecosistema puede ser de gran utilidad para determinar su estado de conservación.


Las redes tróficas marinas se basan tanto en el fitoplancton como en las praderas de hierbas marinas de las plataformas continentales: algas de gran tamaño y fanerógamas como Posidonia oceanica, Zostera marina...Un hecho singular de la red trófica marina basada en el fitoplancton es que su biomasa es mucho menor que la del zooplancton, al que sirve de alimento. Esto es debido a que la producción del fitoplancton es muy elevada al poseer, a su vez, una alta tasa de renovación.

fitoplancton(productores)

zooplancton(herbívoros, consumidores primarios)

depredadores del plancton(consumidores secundarios)

organismos desintegradores

carnívoros grandes(consumidores

terciarios)

depredadores(consumidores secundarios)

animales pacedores (herbívoros consumidores primarios)

hierbas marinas(productores)


Pirámides tróficas

Pirámides de números de la pradera y el bosque

templado en verano.(Número de

individuos/1000 m2.)

Pirámides de biomasa de un lago en una zona

templada. Las unidades se expresan

en mg (peso seco)/m3.

Pirámides de energía

del bosque y del litoral.

El mayor inconveniente de las pirámides ecológicas es que no hay un lugar adecuado para situar a los descomponedores.

Pirámide de energía

Cada escalón representa la cantidad de biomasa o energía por unidad de tiempo, es decir, la producción de cada nivel trófico.

Pirámides de biomasa

En cada escalón se expresa la cantidad de masa biológica por unidad de superficie.

Pirámides de números

En cada escalón se incluye el número total de individuos de cada nivel trófico.


76

Función del ecosistema

Los componentes del ecosistema se relacionan entre sí mediante los flujos de energía y materia.

El flujo de energía es unidireccional, acíclico y abierto.El flujo de la materia es cíclico y cerrado.


76

Las relaciones de transferencia de materia y energía a través del ecosistema es lo que se denomina cadena alimentaria

Todo organismo ocupa una posición (respecto a la fuente de energía) en dicha cadena que denominamos nivel trófico.


Principio de sostenibilidad natural.RECICLADO DE MATERIA: La materia orgánica se recicla por acción de los descomponedores en sales minerales que sirven de nutrientes para los productores.

El ciclo de materia tiende a ser cerrado

FLUJO DE ENERGÍA: La energía solar entra mediante fotosíntesis en la cadena trófica y pasa de unos eslabones a otros mediante un flujo abierto y unidireccional.

Además el flujo va disminuyendo al degradarse parte de la energía por la respiración y las pérdidas por calor. Regla del 10% o del diezmo energético: La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente un 10% de la acumulada en él.

El flujo de energía es abierto


Se refiere al incremento de biomasa.

Se define como la biomasa que consigue sintetizar el ecosistema por unidad de superficie y por unidad de tiempo.

Se mide en mg/cm2/día, o en g/ha/año.

P = B / T

Parámetros tróficos.79

PRODUCCIÓN

Producción bruta:Es el total de energía fijada por unidad de tiempo en un nivel trófico.

Producción neta:Es la energía almacenada en un nivel trófico. Es el aumento de biomasa por unidad de tiempo. O sea la energía que queda después de descontar la respiración.

Pn = Pb - R


Producción primaria. Cantidad de energía luminosa transformada en energía química por los Productores.◦ Producción primaria bruta (PPB)

PPB = PPN + R◦ Producción primaria neta (PPN). Materia

orgánica que queda después de descontar la respiración. PPN = PPB - R


PRODUCCIÓN PRIMARIA

Radiación solar Radiación solar no utilizada

Productor primario

Respiración (energía liberada

como calor)

Elaboración de biomasa

Producción neta

Producción bruta


PRODUCCIÓN PRIMARIA

Volvemos a la ley del mínimo de Liebig: el nutriente que se encuentra en menor concentración limita la producción, aún cuando se encuentren el resto en exceso. Se extrapola al resto de factores.


PRODUCCIÓN PRIMARIAFactores limitantes

La luz Imprescindible para el crecimiento vegetal. Según aumenta su intensidad, aumenta la producción primaria, pero llega un

momento en que el aparato fotosintético se satura y sucesivos aumentos de la luz ya no se corresponden con aumentos en la producción.

Los máximos rendimientos fotosintéticos se logren en las primeras horas de la mañana y al atardecer, cuando la luz es más difusa, y no en las horas centrales del día, con luz solar directa.

La concentración del CO2 No constituye un factor limitante ni en la tierra ni en el mar. Un aumento de este gas produce una mayor eficiencia fotosintética, pero

aunque en un principio aumenta la fotosíntesis, pronto se alcanza la saturación por falta de otros nutrientes.

Agua Limitante en los vegetales terrestres, la falta de agua impide que pueda llevarse

a cabo el proceso fotosintético. Por debajo de una cierta cantidad de agua los estomas se cierran con lo que se

impide la entrada de CO2 y al ser el agua vehículo para la entrada de sales minerales no hay síntesis orgánica.

Otros: temperatura, nitrógeno, fósforo, presión…


PRODUCCIÓN PRIMARIAFactores limitantes

Producción secundaria. Almacenamiento de energía en los tejidos de los organismos heterótrofos. ◦Producción secundaria bruta (PSB). Porcentaje

de alimento asimilado sobre el total consumido. 10% en herbívoros ---- 30-40% en carnívoros

◦Producción secundaria neta (PSN). Energía que queda a disposición del nivel trófico siguiente. PSN= PSB- R


PRODUCCIÓN SECUNDARIA

Energía química ingerida = Energía química asimilada + Energía química de las heces

(E química asimilada = E química para el crecimiento, excreción y reproducción + E calorífica disipada en la respiración)

Los ecosistemas naturales de mayor producción son:◦ los arrecifes de coral, ◦ los estuarios, ◦ las zonas costeras, ◦ los bosques ecuatoriales ◦ las zonas húmedas de los continentes.

Los menos productivos son o los desiertos y las zonas centrales de los océanos.


PRODUCCIÓN

Productividad es la relación entre producción (P) y biomasa (B) por unidad de superficie. p = P/B

Es un índice de la velocidad de renovación de la biomasa y de la eficiencia con que se transmite la energía de un nivel del ecosistema al siguiente.

El tiempo de renovación es el tiempo que necesitaría un nivel para duplicar su biomasa. Tr = B/P

Eficiencia: cociente entre la energía fijada en un nivel trófico o ecosistema y la energía que llega a ese ecosistema o nivel, o lo que es lo mismo: cociente salidas/entradas. (10% promedio).

E = (PN nivel / PN nivel-1) * 100

El plancton por ejemplo tiene una producción menor que los vegetales terrestres, sin embargo tiene una mayor productividad por que su tasa de reproducción es muy alta y se renuevan muy rápidamente.

Recuerdo que Producción = B/T

Parámetros tróficos.80PRODUCTIVIDAD, T RENOVACIÓN Y

EFICIENCIA

Productividad bruta (pB = PB/B) Productividad neta o tasa de renovación (r = PN/B). Este parámetro varía entre 0 y 1,

En el plancton o en un campo de cultivo es muy elevada, y se acerca al valor 1 (100 %) debido a que la biomasa se renueva con gran rapidez.

En un bosque maduro es mucho menor, cercana a 0, pues posee una gran biomasa, y la producción se emplea, simplemente, para reponer dicha biomasa y para la respiración.


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