Biosfera La biosfera es el conjunto de todos los seres vivos que pueblan la Tierra. La biosfera es un sistema abierto: • Intercambia materiales con la atmósfera, hidrosfera y geosfera • Intercambia energía con estas capas y el espacio de donde procede la radiación solar. El flujo de materiales en la biosfera es cíclico; se reciclan El flujo de energía no, tiene una fuente de baja entropía y se degrada a formas de mayor entropía. La mayoría de la biosfera actual tiene como fuente de energía la radiación solar y como sumidero el espacio frío.
Ecosistemas La biosfera no puede mantenerse aislada. Interacciona con el entorno. Al conjunto de seres vivos con el entorno que interaccionan se le llama ecosistema Relaciones tróficas Mecanismo de transferencia de energía en los organismos en forma de alimentos Los organismos a la hora de su alimentación pueden ser especialistas (se alimneta de un solo modo o tipo de organismo) o generalistas (fuentes difeerentes de alimnetación) En general organismos más grande y complejos se alimentan de otros más sencillos formado cadenas tróficas. Como las relaciones, generalmente no son lineales,(un organismos puede alimentarse de varios de otras especies) se habla con más propiedad de redes tróficas En una cadena o red trófica pueden establecerse niveles por el tipo de alimentación en dos grandes grupos: productores y consumidores. Un tercer tipo de orgnismos vuenven a convertir la meteria orgánica en inorgánica:los descomponedores
Productores Primer nivel trófico Formado por organismos autótrofos (litotrofos) La mayor parte fotosintéticos (fotolitotrofos) que transforman la energía del sol en energía química. En algunos ecosistemas los productores son quimiolitotrofos independientes de la luz solar: Por ejemplo en los humeros de los fondos oceánicos. Trasforman moléculas inorgánicas obteniendo energía Plantas. Algas. Cianobacterias. Bacterias fotosintéticas. Bacterias quimisintéticas. La energía que obtienen es utilizada en parte para sus funciones vitales pero la mayor parte es trasformada en moléculas orgánicas como reserva de energía, para crecer y reproducirse o como alimento para heterótrofos a cambio de algún servicio (simbiontes) Esta materia orgánica queda a disposición del siguiente nivel trófico. Consumidores Organismos heterótrofos. Se nutren a partir de la materia orgánica que producen productores u otros consumidores Pueden alimentarse de organismos enteros, partes, restos, fabricada por procesos simbióticos Parte de la materia consumida la utilizan para obtener energía para sus funciones vitales y su metabolismo Otra parte la emplean para crecer y reproducirse Bacterias heterótrofas. Hongos. Animales. Protistas heterótrofos Consumidores primarios Se alimentan de materia orgánica de los productores Herbívoros, fitófagos, parásitos de plantas, simbiontes de plantas y algas (nectar, hongos simbiontes...) Consumidores secundarios Se alimentan de materia orgánica de los consumidores primarios Carnívoros, parásitos de consumidores primarios, simbiontes de productores primarios. Consumidores terciarios Se alimenta de consumidores secundarios
No suele haber más niveles de consumidores pues en cada paso gran parte de la energía se pierde Se calcula que de toda la energía que ingresa en un nivel trófico, tan sólo el 10% es susceptible de ser utilizada por el siguiente, ya que la gran mayoría se invierte en el mantenimiento de la propia vida. A este hecho se le llama regla del 10% y es la razón por la cual no se puede mantener una cadena con muchos niveles tróficos. Existen consumidores omnívoros que obtienen su energía a partir de varios niveles tróficos Existen consumidores carroñeros, que se alimentan de cadáveres Existen consumidores detritívoros o saprófitos, que se alimentan de materia orgánica en descomposición. Descomponedores Transforman los restos de materia orgánica en inorgánica Muy importantes en los ecosistemas porque reciclan la materia de modo que pueda volver a ser asimilada por los productores Existen dos grupos de descomponedores: Transformadores Heterótrofos. saprófitos que degradan restos orgánicos Generalmente bacterias y hongos Obtienen moléculas orgánicas sencillas que pueden constituir el humus, y moléculas inorgánicas susceptibles de ser asimiladas por los productores Mineralizadores Autótrofos quimiosintéticos. El resultado del metabolismo de estos seres vivos puede ser materia orgánica (lo que los convertiría en productores de algunos ecosistemas como los humeros anteriormente citados), o materia inorgánica, que asimilarían los autótrofos del medio. Parámetros Tróficos Medidas que permiten entender las relaciones tróficas que se establecen entre los seres vivos de un ecosistema Miden el tránsito de materia y energía de unos niveles a otros y las pérdidas que se producen.
Biomasa (B) Cantidad de materia orgánica que existe por unidad de superficie o volumen.
Puede expresarse de varias formas: o Número de individuos por unidad de superficie o volumen: Individuos/m2 Existen problemas importantes cuando los individuos no tienen el mismo tamaño aproximado o Unidad de masa por unidad de superficie o volumen: g/cm2 , g/Ha Generalmente se refiere a materia orgánica seca o Unidad de energía por unidad de superficie o volumen: Kcal/Ha , J/m2 Un gramo de materia de materia orgánica equivale a 4 ó 5 kilocalorías Por ejemplo, la biomasa de robles de un prado puede ser 20.000 Kg/Ha, o 8.000kcal/Ha, o 20 árboles /Ha. Los datos de biomasa pueden referirse a una sola especie, a una biocenosis o a un determinado nivel trófico. Se habla de biomasa primaria a la generada por organismos autótrofos, biomasa secundaria a la de los heterótrofos, y biomasa residual a la generada por acción humana (paja, residuos sólidos urbanos...) Producción (P) Biomasa que se produce por unidad de tiempo Se puede expresar en: - Unidades de biomasa y tiempo: Kg/Ha/año, mg/cm3/día. - Unidades de energía y tiempo: J/m2/día La producción de nivel trófico indica la cantidad de biomasa susceptible de ser utilizada por un nivel trófico superior sin desestabilizar al ecosistema. La producción de un nivel trófico es variable dependiendo de múltiples factores Por ejemplo: si una pradera tiene una producción de hierba de 500 Kg/Ha/año, los herbívoros no deberían consumir más de esa cantidad, de lo contrario, podría romperse el equilibrio del sistema. Producción Primaria Incremento de biomasa de autrótrofos Da una idea de la cantidad de energía química fabricada por organismos fotossintéticos a partir de energía luminosa. Producción Primaria Bruta (PPb) Cantidad de materia orgánica sintetizada por unidad de superficie y tiempo. Producción Primaria Neta (PPn) Cantidad de materia orgánica que puede consumir un nivel trófico superior una vez descontada la materia orgánica utilizada por los autótrofos en respiración y otros procesos vitales (R)
PPn = PPb– R Los factores que limitan la producción primaria son: • El agua Medio de autótrofos acuáticos. Algas, Cianobacterias, Bacterias fotosintéticas... Imprescindible para plantas terrestres como medio de trasporte de nutrientes Si hay poca disponibilidad las estomas se cierran para evitar la transpiración y se impide el metabolismo. • La luz La fotosíntesis necesita luz como fuente de energía Existe un límite mínimo de luz para que la fotosíntesis tenga rendimiento positivo Al aumentar la intensidad de la luz, lo hace también la producción primaria, hasta que se saturan los centros de reacción. A partir de ese momento, aunque aumente la luz, la actividad fotosintética se estabiliza. • La concentración de CO2 Concentraciones bajas dificultan la fabricación de materia orgánica en organismos autótrofos. • Nitrógeno Necesario para la síntesis de aminoácidos y otros compuestos celulares Abunda en la atmósfera y las aguas en forma de N2 pero es costoso energéticamente fijarlo. Sólo lo hacen bacterias y cianobacterias. Algunas plantas establecen simbiosis con estos procariotas. • Fósforo Necesario en pequeñas cantidades para fabricar biomoléculas A veces es poco abundante sobre todo en océanos donde es secuestrado a las profundidades al morir los organismos. • El hierro disuelto en ecosistemas acuáticos por ser necesario para la fijación biológica de nitrógeno por las cianobacterias. • La temperatura, ya que en principio, su aumento produce un incremento de la producción primaria por aceleración del metabolismo, aunque si es demasiado elevada, provoca el cierre de los estomas en plantas o daños celulares.
Producción Secundaria Cantidad de biomasa almacenada en los individuos heterótrofos, que da idea de la energía almacenada en consumidores y descomponedores.
Producción Secundaria Bruta (PSb) Alimento que se asimila del total que se consume, ya que hay un elevado porcentaje de energía que se elimina en forma de excrementos (en herbívoros, un 90% aproximadamente se pierde de esta manera), que aprovecharán los descomponedores. Producción Secundaria Neta (PSn) Fracción de energía de la que podría disponer el nivel trófico siguiente, considerando que al alimento asimilado habría que quitarle las pérdidas por mantenimiento. (R) Lo que queda es la cantidad de biomasa que está realmente disponible para el siguiente nivel trófico. PSb = Materia consumida – Materia fecal PSn = PSB – R Esta energía se ha estimado en un 10%, ya que la mayor parte de la energía que ingresa en un nivel se invierte en el mantenimiento de las propias estructuras. En un ecosistema joven, la producción es muy alta, es decir, existe un gran aumento de biomasa por unidad de tiempo. Si el ecosistema está degradado, por ejemplo, por sobreexplotación, la producción es negativa, ya que se retira más biomasa de la que se genera por unidad de tiempo.
Productividad Es un parámetro trófico que relaciona la producción neta (Pn) y la biomasa (B) de un ecosistema. Productividad = Pn/B Tiempo de renovación (tr) Periodo que tarde en renovarsa un organismo, nivel trófico o ecosistema Se mide en unidades de tiempo tr=B/Pn En fitoplacton tiene tiempos de renovación de 24 h En ecosistemas maduros la tasa de renovación es muy larga Eficiencia Rendimiento de un nivel trófico Se puede medir en: • Energía asimilada/energía incidente . Para autótrofos. Alcanza valores del orden del 1 al 2 % • Pn/Pb . 10-40% en fitoplacton . 50% en plantas . Menor en consumidores • Pn/alimento ingerido (engorde/alimento ingerido) Eficiencia ecológica
Porcentaje de la producción neta de un nivel trófoco que se convierte en producción neta del siguiente Ee = Pn(1)*100/Pn(2) Una tasa general es del 10%
Pirámides Ecológicas Dado que cada nivel trófico asimila únicamente del orden del 10% de la energía del anterior la energía de cada nivel va siendo progresivamente menor Si representamos cada nivel energético superponiéndolos aparecen en forma de pirámide Pirámides de energía Suelen adoptar la forma antes mencionada de pirámide con una disminución del 90% de energía por nivel Pirámides de biomasa Puede tener forma de pirámide si la productividad de los niveles es semejante Puede tener otras formas si la productividad es diferente. Por ejemplo pirámides de ecosistemas oceánicos Pirámides de números Se indica el número de individuos por nivel Su forma es variables pues depende de la masa de los individuos de diferentes niveles y de su productividad.
Ecosistemas La biosfera no puede mantenerse aislada. Interacciona con el entorno. Al conjunto de seres vivos con el entorno que interaccionan se le llama ecosistema En un ecosistema se distinguen: Biocenosis: Conjunto de seres vivos que interaccionan entre si y con el medio Los representantes de una misma especie se agrupan en poblaciones, poblaciones de distintas especies forman comunidades, y el conjunto de comunidades que habita un determinado lugar constituye la biocenosis.
Biotopo: Componentes abióticos en los que vive la comunidad. Medio que rodea a los seres vivos: líquido, aéreo, otros organismos. Sustrato sobre el que se apoyan en características físico-químicos (temperatura, luminosidad, salinidad, humedad...).(medio, nutrientes, iluminación...): El conjunto de todos los ecosistemas terrestres se conoce como ecosfera La biosfera puede considerarse la biocenosis del planeta Tierra En este sentido sería un sistema cerrado puesto que intercambia energía pero, prácticamente, no intercambia materia con el espacio Los límites de los ecosistemas suelen ser imprecisos A los grandes tipos de ecosistemas terrestres determinados por el clima se les conoce como biomas Ciclos de materia y energía en los ecosistemas Energía El flujo de energía en los ecosistemas es unidireccional Va desde los organismos productores hasta los consumidores primarios y secundarios y descomponedores. De toda la energía que entra en un nivel, sólo una pequeña parte podrá ser aprovechada por los seres del siguiente nivel ya que en cada uno se aprovecha la energía entrante en el mantenimiento de las propias estructuras y funciones y se disipa en forma de calor. Los restos no asimilados y cadáveres son aprovechados por descomponedores y la energía se pierde de nuevo en forma de calor. La energía nunca puede reciclarse. La entropía siempre aumenta Materia Los materiales que constituyen los seres vivos si se reciclan. Su cantidad total en nuestro planeta permanece constante. Un átomo de carbono que hoy forma parte del carbonato cálcico de una caliza, puede pasar a la atmósfera en forma de dióxido de carbono por un fenómeno de descarbonatación, de ahí, puede ser fijado y transformado en glucosa por un vegetal, que al ser consumido proporcionará esa materia orgánica a un herbívoro, que puede degradar esa glucosa por respiración hasta dióxido de carbono que pase de nuevo a la atmósfera. Un mismo átomo puede, a lo largo del tiempo, formar parte de la atmósfera, biosfera, geosfera, hidrosfera. De ahí el nombre de ciclo, por el reciclaje y la no unidireccionalidad, y biogeoquímico porque un mismo átomo puede formar parte de distintos sistemas. Por su importancia para la vida, los más relevantes son los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre y fósforo. Estos elementos pasan de los seres vivos a los distintos compartimentos del planeta (suelo, agua, aire), y de allí de nuevo a los seres vivos. En este paso, tienen especial importancia los microorganismos, algunos por su función descomponedora y mineralizadora, Ciclo del Carbono El carbono es fundamental para los seres vivos pues forma las moléculas orgánicas • Los productores fijan el carbono inorgánico en forma de CO2 formando moléculas orgánicas. • La asimilación del CO2 es mayoritariamente fotosintética con liberación de O2 como producto de desecho. Las plantas terrestres realizan aproximadamente el 50% de la Fotosíntesis En las aguas las algas y cianobacterias fijan el otro 50% La fotosíntesis anoxigénica es mucho menos importante en el planeta actual La contribución de los quimiolitotrofos también es escasa
• Los heterótrofos consumidores y descomponedores liberan CO2 en su catabolismo para obtener energía. Especialmente importante es la respiración aerobia que consume generalmente O2. También se libera CO2 en algunas fermentaciones anaerobias La mayor parte de la liberación de CO2 la realizan los descomponedores bacterias y hongos El 90% de la producción de CO2 a nivel de la biosfera es de origen microbiano • Parte de la materia orgánica puede, en determinadas circunstancias, no oxidarse quedar secuestrada en sedimentos (formando sedimentos bituminosos, carbón, petróleo y gas natural) • Este carbono vuelve al ciclo cuando entran en contacto con la superficie • Una pequeña parte del carbono se encuentra en la atmósfera en forma de metano CH4 . Lo producen las bacterias metanógenas anaerobias que viven en los pantanos y en el intestino de algunos herbívoros, las plantas y las emanaciones de gas natural. El metano se oxida a CO2, pero el tiempo que permanece en la atmósfera actúa como un potente gas invernadero. • Muchos organismos pueden tomar C en forma de CaCO3 para formar sus esqueletos • Las mayores reservas de carbono del planeta se encuentran en forma de carbonatos en las rocas terrestres. Parte son de origen biológico y parte por precipitación química • El ciclo del carbono tiene una importancia fundamental en el clima global de la Tierra. Los carbonatos y la tectónica de placas actúan como un termostato que ha permitido a la Tierra mantener su temperatura a pesar del aumento de la radiación solar: En periodos de alta temperatura aumentan las precipitaciones, la erosión y la meteorización secuestrando el CO2 atmosférico en sedimentos carbonatados y haciendo descender la temperatura por ser el CO2 un gas invernadero. En periodos más fríos disminuye la reacción del CO2 con los sedimentos • La tectónica de placas hace descender los carbonatos en la corteza terrestre. Al ser calentados se descomponen y el CO2 vuelve a la atmósfera en emanaciones volcánicas
Ciclo del Nitrógeno El nitrógeno es un elemento necesario en grandes cantidades para los seres vivos pues forma moléculas imprescindibles para las formas de vida como aminoácidos que forman las preoteínas, bases nitrogenadas en los nucleótidos y muchas otras sustancias derivadas. • La única fuente de Nitrógeno asimilable por las plantas y la mayoría de los microorganismos productores es el nitrato (NO3-) y, en menor medida el amoniaco (NH3) • Los organismos autótrofos lo reducen e incorporan el N a la materia orgánica principalmente en aminoácidos que forman las proteínas • Los organismos consumidores mantienen la mayor parte del nitrógeno. Excretan parte en forma de amoniaco, urea, ácido úrico, etc • El amoniaco pasa a NO2- y NO3- por el metabolismo de las Bacterias Nitrificantes Son quimiolitotrofas aerobias obligadas. • En ambientes anaerobios actúan las Bacterias Desnitrificantes. Son respiradoras anaerobias que toman como aceptor de H compuestos de nitrógeno y convierten NO3- en NO2- y éste en N2 • El nitrógeno atmosférico es un gas muy estable y poco reactivo. Puede pasar al ciclo del N por un mecanismo abiótico que ocurre durante las tormentas: las descargas eléctricas pueden oxidarlo a NOx y estos óxidos reaccionar con el agua dando NO3- y ser arrastrado con la lluvia hacia el suelo. También producen NOx los procesos de combustión de origen antrópico Más importante es la incorporación al ciclo por las Bacterias fijadoras de Nitrógeno Pueden ser autótrofas como algunas cianobacterias o hetrótrofas. Algunas son simbiontes de determinadas plantas (Rhizobium en nódulos radicales de leguminosas) Toman N2 y lo transforman inicialmente en NH3 que fijan a sus compuestos orgánicos. El proceso supone un gasto energético importante. Estas bacterias son muy importantes pues compensa las pérdidas de N de las bacterias desnitrificantes. Muchos organismos realizan simbiosis con estas bacterias o cianobaterias. Pueden llegar a fijar de 6 a 100 Kg de N por Ha y año
Ciclo del Fósforo El fósforo se encuentra en los seres vivos ligado a moléculas orgánicas en forma de fosfato (PO4 ---). Es una molécula constituyente de los nucleótidos que intercambian energía química y forman los ácidos nucléicos y en muchas otras moléculas como fosfolípidos, marcadores en proteínas o precipitados para formar el hueso de los vertebrados • La principal reserva de fósforo se encuentra en la litosfera, en forma de rocas fosfatadas, y en el suelo, como fosfatos. • En esta forma como puede ser asimilado por las plantas • Los heterótrofos lo incorporan a través de la dieta. • Al ser degradados los restos de seres vivos, los descomponedores, generan fosfatos que vuelven a ser absorbidos por las plantas. • Este ciclo puede tener pérdidas pues los fosfatos pueden ser trasportados a mares profundos en los cadáveres o excrementos de organismos marinos donde no puede ser fijado por organismos fotosintéticos. • Estos fosfatos pueden incorporarse de nuevo al ciclo en zonas de corrientes marinas ascendentes como las que chocan contra las costas o las producidas en regiones frías. • Estas zonas coinciden a veces con zonas desérticas donde las grandes acumulaciones de aves marinas que se alimentas de pescado dan logar a acumulaciones de fósforo en forma de excrementos (guano) que ha sido usado como fertilizante. Ciclo del Azufre El azufre se encuentra en los seres vivos formando moléculas orgánicas en aminoácidos como Met y Cys y en otras moléculas esenciales para ciertas enzimas. Su cantidad en los seres vivos es bastante menor que la de C, N y P • La fuente de azufre para los autótrofos es el sulfato (SO4=) • Los descomponedores liberan el azufre de los organismos muertos o partes en forma de SH2 • El SH2 se oxida a S por varios procesos: Por oxidación espontánea Por bacterias fotosintéticas (Bacterias verdes del azufre y Bacterias purpúreas del azufre) que toman SH2 y S como fuentes de electrones Por bacterias quimioautótrofas que oxidan compuestos de azufre.
• El SO4= es convertido en S y SH2 en ambientes anaerobios por Bacterias reductoras del azufre. Respiradoras anaerobias frecuente en los fondos de los océanos y aguas estancadas. • La mayor reserva de azufre está en la geosfer en forma de sulfuros (pirita) o sulfatos (yesos), además de en combustibles fósiles (carbón y petróleo). • En la hidrosfera, el agua marina tiene una cantidad significativa de ión sulfato disuelto, • En la atmósfera próxima a los océanos hay azufre en forma de dimetil sulfuro (DMS) formado por descomponedores marinos. • Otros aportes de este elemento hasta la atmósfera tienen origen volcánico Actualmente, el uso de combustibles fósiles libera SO2, que se oxida a SO3 para transformarse en presencia de agua en ácido sulfúrico (H2SO4), que junto con el ácido nítrico son los responsables de la lluvia ácida.
Regulación de los ecosistemas Los ecosistemas se autorregulan dentro de ciertos límites Tienden a mantenerse estables a lo largo del tiempo Son capaces de absorber perturbaciones Esto es debido a que tienen buches de retroalimentación negativa Por ejemplo en un bosque el aumento de un tipo de herbívoro hace que disminuya la alimentación y los refugios frente a predadores, al mismo tiempo que los depredadores se reproducen más de modo que la población vuelve a su nivel normal. Sin embargo hay perturbaciones que pueden alterarlo drásticamente Por ejemplo un incendio o la introducción de una nueva especie Los ecosistemas pueden ir cambiando lentamente, especialmente si han sufrido una perturbación importante hasta un límite, el clímax. A este proceso se le conoce como sucesión ecológica Regulación de las poblaciones Poblaciones en ecosistemas se encuentran en equilibrio dinámico Pueden tener fluctuaciones en el número de individuos respecto a un valor límite de carga. Los factores que impiden que las poblaciones crezcan indefinidamente se conocen como resistencia ambiental Esto crea una retroalimentación negativa sobre el crecimiento por encima de este nivel • Bióticos
Depredadores Enfermedades y parásitos Competencia por alimento • Abióticos Escasez de refugios Escasez de agua, gases, luz, sales... Modificación del medio Estrategias reproductivas Tasas de reproducción elevadas. Poco cuidado de los descendientes. Poco cuidado de ellos mismos Capaces de colonizar rapidamente medios Vulnerables al medio y otros organismos por los que su mortalidad es alta Tasas de reproducción bajas. Cuidado del organismo y sus descendientes Dominan en ecosistemas compeljos y con competencia. Ecosistemas maduros Valencia ecológica Cada especie tiene un intervalo de valores del medio que resulta limitante (luz, temperatura, humedad, alimentos...) • Euroicas: Tolerantes a un factor del medio. Menor aprovechamiento. Genralistas • Estenoicas: Exigentes. Mejor funcionamineto. Especialistas Regulación de las comunidades Las interacciones entre los organismos presentes en un ecosistema se mantienen estables Esto sucede porque existen bucles de retroalimentación creados a lo largo de la evolución biológica Relaciones entre poblaciones en un ecosistema Relación Predación
Consecuencias Un organismo se beneficia alimentándose de otro al que daña o + mata Parasitismo Un organismo se beneficia alimentándose de otro al que no mata + Comensalismo Un organismo se beneficia de otro sin perjudicarlo + 0 Competencia Dos organismos pugnan por el mismo recurso Simbiosis Colaboración entre especies + + Amensalismo 0 0 Modelo de depreador-presa Modelo oscilante por retroalimentación negativa Se estabiliza en ecosistemas más complejos con mayor número de predadores y presas Parasitismo Ocurre un mecanismo similar al anterior Competencia Puede ser intraespecífica o interespecífica La competencia intraespecífica es responsable de la selección natural La competencia interespecífica hace que una especie cambie de recurso o desaparezca La selección natural evita la desaparición de las especies modificando las características para que no compitan directamente por los mismos recursos Cada especie en un ecosistema tiene un espacio en la competencia llamado nicho ecológico Nicho ecológico Conjunto de circunstancias, relaciones ambientales, tróficas y funciones ecológicas que definen el papel desempeñado por una especie en un ecosistema Dos especies no pueden tener el mismo nicho en un ecosistema por mucho tiempo, una será excluida • Nicho potencial, ideal o fisiológico Ideal para una especie. No se alcanza en condiciones naturales
• Nicho ecológico real Lugar que ocupa en competencia parcial con otras especies Sucesión ecológica Los ecosistemas cambian a lo largo del tiempo En largos periodos de tiempo cambian evolutivamente las especies presentes, aparecen o desaparecen nichos. En periodos menores los ecosistemas son capaces de recuperarse de las alteraciones sufridas El máximo nivel de complejidad de un ecosistema se conoce como comunidad climax - Máxima complejidad - Máxima estabilidad El clímax puede perderse por procesos bruscos de origen natural o antrópico: Regresión El ecosistema recupera lentamente su complejidad por distintas etapas de sucesión ecológica
• Sucesión primaria Parte de un terreno original • Sucesión secundaria Surge de una perturbación sufrida por el ecosistema En las sucesiones ecológicas se cumplen una serie de circunastancias • Aumenta progresivamente la diversidad • Aumenta la estabilidad • Sustitución de unas especies por otras Especies pioneras con r-estrategas sustituidas por k estrategas por mayores relaciones
Especies euroicas sustituidas por estenoicas más eficientes • • •
Aumento en el número de nichos Aumento de biomasa y disminución de productividad. Aumento de complejidad y efectividad en los ciclos biogeoquímicos
Biodiversidad Variedad de especies presentes en un ecosistema Los ecosistemas con mayor biodiversidad son más estables por mantener mayor número de relaciones entre sus especies Si una especie disminuye o desaparece las otras se recuperan ocupando su nicho A nivel del planeta se consideran tres aspectos respecto a la biodiversidad • Variedad de especies • Diversidad de ecosistemas • Diversidad genética dentro de una especie A lo largo de la historia de la Tierra ha variado la diversidad Ha habido épocas de grandes extinciones, otras menores. Cinco grandes extinciones bien documentadas La biodiversidad es un recurso importante Biomas También llamado dominio bioclimático. Agrupación de comunidades de seres vivos que se desarrollan en unas condiciones climáticas determinadas. Son claramente diferentes • Biomas terrestres • Biomas acuáticos. Biomas terrestres Se reconocen principalmente por el tipo de vegetación, ya que representan la producción primaria de los ecosistemas y de ella dependerán los animales.
El bosque tropical Localización: Entre los 20º y los 40º tanto norte como sur, a ambos lados del Ecuador. Temperaturas constantes entre 24 y 27º C. Humedad es elevada durante todo el año con precipitaciones muy abundantes, entre 2.000 y 3.000 mm/año. No existe estación fría o seca Crecimiento de las plantas continuo a lo largo del año. Gran diversidad de especies vegetales (unas 3000 distribuidas en tan sólo 1 km2) que se distribuyen en varios estratos para adaptarse a la luz. - Estrato arbóreo con árboles de entre 30 a 50 m con copas dispersas. Las hojas de los árboles son anchas y perennes; sobre ellos crecen plantas epífitas como orquídeas; - Estrato por debajo con lianas y árboles de 15 a 30 m con copas de recubrimiento continuo - Estrato inferior con árboles de 5 a 15 m pequeños y delgados con copas estrechas y plantas herbáceas. La fauna es abundante y diversa ya que la mitad del total de las especies del planeta viven en este bioma. - Los pájaros y murciélagos abundan en las copas más altas de los árboles - Por debajo están pájaros, mamíferos, reptiles e invertebrados que se alimentan de frutos, néctar y hojas. Sobre el suelo están los grandes herbívoros y carnívoros. Organismos descomponedores y mineralizadores muy eficientes. La materia circula por el bioma sin apenes pérdidas
Localización: Entre las selvas del ecuador y los desiertos de los trópicos Las temperaturas oscilan entre los 21 y los 29ºC. Las precipitaciones se producen en la estación húmeda, el verano, y oscilan entre 500 y 1600 mm/año No existe estación fría pero si seca Los árboles aparecen espaciados o en grupos (baobabs, acacias) y alternan con grandes superficies de hierbas como las leguminosas o gramíneas (hierba del elefante: Pennisetum purpureum que puede alcanzar los 5 m de altura). Los árboles son de altura media y sus copas son umbreliformes con corteza gruesa. Las hojas son pequeñas y con espinas en algunas especies y en otras anchas y caducas. Viven grandes mamíferos herbívoros y carnívoros. Además de una amplia fauna de reptiles e invertebrados
El desierto Localización: Alrededor de los trópicos de Cáncer y Capricornio. Más extremos al oeste de los continentes Temperaturas medias entre 20º y 30ºC, en verano se alcanzan hasta 50º C pueden bajar mucho en invierno. Se producen grandes oscilaciones térmicas entre el día y la noche. Las precipitaciones son escasas, menos de 250 mm/año y poco predecibles La vegetación desarrolla árboles xerófitos y arbustos adaptados a un clima con una estación calurosa y seca muy larga y una, muy corta pero intensa, estación de lluvias. En la vegetación encontramos árboles y arbustos espinosos con hojas endurecidas, plantas suculentas como el cactus, gramíneas duras y especies anuales que pueden aparecer tras una fuerte precipitación. La fauna es nocturna y suele encontrarse bajo la tierra: escorpiones, reptiles
El bosque mediterráneo Localización: A unos 40º al norte del ecuador al oeste de los continentes Los veranos son secos y muy calurosos, los inviernos con temperaturas medias entre 5º y 15º C. Las precipitaciones oscilan entre 1000 y 250 mm/año, normalmente se dan en otoño y primavera y son de carácter torrencial. La vegetación dominante esclerófila, es decir adaptada a un clima seco, con hojas caducas, duras y pequeñas. (Encinas, alcornoques, olivos, pinos, jaras, madroños, romero, tomillo, espliego). La fauna es variada; abundan aves, mamíferos herbívoros y carnívoros, insectos, anfibios y reptiles.
El bosque templado o caducifolio Localización: A unos 50º al norte y sur del ecuador y al este de los continentes. Tiene estaciones muy marcadas, en verano temperaturas entre 15º y 20º C, en invierno entre –3º y 10ºC. Precipitaciones entre 500 a 1000 mm/año. Se producen a lo largo del año en forma de lluvia o nieve en invierno. La vegetación es de hoja caduca para soportar las bajas temperaturas y falta de luz del invierno (robles, hayas, arces, castaños). Al acumularse las hojas caídas en el otoño y descomponerse dan un suelo rico en humus. Sobre éste hay una fauna rica en artrópodos y anélidos. Dentro de los vertebrados el bosque templado da cobijo al ciervo, zorro, tejón, y oso pardo entre otros.
La estepa o pradera
Localización: Entre los 37º y los 52º N y 30º y los 45º S. Más importantes en zonas de dominio continental Estaciones son muy marcadas frías y cálidas. Las temperaturas en invierno por debajo de -20º C y en verano llegan a 20º C. Precipitaciones escasas: entre 250 a 750 mm/año. En nvierno en forma de nieve Vegetación dominada por gramíneas Viven en ellas bisontes, caballos, antílopes, conejos, perros de las praderas... Son típicas las praderas norteamericanas, las estepas eurasiáticas y la pampa Argentina.
La taiga Localización: Entre los 50º y los 70 º de latitud o en zonas de alta montaña Las temperaturas en invierno están por debajo de –40º C, y en verano llegan a 20º C Clima húmedo todo el año con precipitaciones entre 400-600 mm/año; en invierno caen en forma de nieve. En el suelo, hay una capa desde la superficie hasta una cierta profundidad que permanece siempre helada, es el permafrost. En verano solo se deshiela la parte superior. La vegetación es de coníferas como los pinos y abetos. La fauna la representan alces, comadrejas, visones, armiños, lobos, y osos.
La tundra Localización: Por encima de los 70º de latitud Norte. La temperatura media anual es inferior a 0º C. En invierno la temperatura está por debajo de –50º C. En verano llega hasta 10º C. Los veranos son muy cortos. Las precipitaciones son escasas, de 100 a 300 mm/año y en forma de nieve.
El suelo permanece helado. La vegetación es de musgos, líquenes y gramíneas. Habitan como fauna renos, zorros árticos, osos polares y lemmings.
Biomas acuáticos El factor abiótico que determina la distribución de los seres vivos es la luz. Según este factor se puede distinguir una zona fótica (hasta unos 200 m en océanos, menor en lagos) y una zona afótica. Por la naturaleza del agua Existen gran número de especies en aguas con pocas sales y en aguas con salinidad marina, las intermedias y más saladas son mucho menos abundantes
Aguas dulces Arroyos, ríos, humedales y lagos Principales diferencias son debidas a la velocidad de la corriente, la luz, la temperatura y el intercambio de capas de agua en lagos Productores: Algas microscópicas y macroscópicas. Plantas acuáticas Consumidores primarios: Protozoos, moluscos, crustáceos, aves acuáticas Consumidores secundarios: Peces, aves acuáticas Muchas veces intercambios intensos con ecosistemas terrestres que los rodean
Agua salada Los biomas de agua salada componen los ecosistemas marinos. Se pueden caracterizar por la profundidad y cercanía a la costa y por la situación de los organismos respecto al fondo y la masa de agua
• Profundidad y relación con la costa Zona nerítica: Costa y plataforma continental Zona litoral supralitoral mesolitoral infralitoral circalitoral Zona oceánica Zona batial: Talud Zona abisal: Fondos oceánicos Zona hadal: Fosas oceánicas • Relación con el fondo oceánico Dominio bentónico; las comunidades viven ligadas al fondo oceánico Dominio pelágico; Rodeados de agua Plancton: movilidad es pequeña y se desplazan con los movimientos de las masas de agua Necton: especies que nadan activamente Zona litoral Rica en especies Oxigeneda e iluminada Distribución por influencia de olas y mareas
Supralitoral: Líquenes, blanus Mesolitoral: Algas bentónicas diversas, filtradores bibalvos y crustáceos cirrípedos, Moluscos gasterópodos, peces, equinoideos, asteroideos
Infralitoral Bentos. Algas bentónicas, moluscos gasterópodos, bibalvos, cefalópodos, peces, poliquetos, corales Plancton: Algas plactónicas, crustáceos y larvas de muchos organismos marinos Necton: Peces, calamares, mamíferos y aves marinas Zona oceánica Pobre en nutrientes Primeros 200m zona fótica Productores: Algas y cianobacteris microscópicas. Algas flotantes Consumidores: placton diverso, peces oceánicos Descomponedores: Bacterias fotoorganotrofas, algas y bacterias autótrofas, Bentos oceánico Detritívoros variados, peces, moluscos, equinodermos, anélidos... Bacterias descomponedoras
Recursos procedentes de la biosfera La mayoría de estos recursos son renovables algunos próximos al límite de explotación o sobrepasado • Oxígeno y CO2 • Alimentos Agricultura Ganadería Pesca • Fibras textiles • Materiales de construcción • Fuente de energía • Medicamentos • Ecológicos: Reducción de erosión y riesgos naturales Paisajísticos Gestión de la biosfera La manera de obtener recursos de la biosfera es muy variable • De manera pasiva. Los produce la biosfera y se utilizan sin forzar a los seres vivos o ecosistemas Oxígeno producido por productores fotosintéticos CO2 para fotosíntesis por respiración de descomponedores y consumidores Suelo Biodiversidad • Tomar materiales de los ecosistemas Recolección de plantas Caza y pesca de animales • Explotaciones extensivas Se acondiciona el medio para mayor producción del recurso deseado Mucho terreno, no mucha producción, no mucha energía en mantenimiento Cultivos agrícolas extensivos
Se eliminan especies indeseables y competidoras. Se prepara la tierra; laboreo, abonado, regadío Ganadería extensiva Se eliminan predadores. Se acondiciona el terreno para que produzca plantas adecuadas • Producción forzada Se controla humedad, temperatura, nutrientes, luz, gran cantidad de biocidas Poco terreno, mucha producción, mucha energía en mantenerlo Agricultura intensiva Ganadería intensiva. Estabulada Acuicultura En el uso de recursos se prefiere especies pioneras por ser más productivas En general niveles tróficos inferiores tienen más rendimiento Alimentos En su producción y comercialización en países industrializados se mucha más energía actualmente que la que tienen los propios alimentos. Por su origen y modo de obtención se pueden diferenciar: Plantas Se consumen unos 2.000 tipos diferentes de plantas para la alimentación humana o de animales La mayoría se cultivan en campos de secano o regadío Se utilizan los terrenos más fértiles, habitualmente llanuras • Semillas: Cereales (arroz, trigo, maíz...), Leguminosas (Judías, guisantes, lentejas,), nueces, almendras... • Aceites de semillas: Girasol, colza, oliva • Frutos - Tomates, pepinos, cítricos, de hueso (Peras, manzanas...), plátano, melones, cocos, café, cacao • Tubérculos y bulbos: Patatas, zanahorias, cebolla, remolacha, ajos • Hojas: Lechugas, espinacas, acelgas, coles, té • Tallos: Bambú, caña de azúcar, puerros, espárragos • Flores: Coliflores... Animales terrestres Mayor parte de la alimentación se obtiene de unas 30 especies de animales domésticos con más de 4000 variedades. La ganadería extensiva sigue siendo la principal fuente a nivel mundial. Ocupa más terreno que la agricultura La ganadería intensiva también es importante sobre todo en países desarrollados Persiste captura en forma de caza aunque poco importantes. Animales marinos Bastantes especies diferentes sirven de alimento, unas 200 abundantes Mayor parte se captura o recolecta de ecosistemas naturales mediante diferentes artes de pesca. 70 E6 Tm/día Mayor parte sobreexplotado Una pequeña parte en rápido incremento en acuicultura • Carne, especialmente masa muscular, también otros órganos, vaca, cerdo, pollo, oveja, pescados, moluscos y crustáceos • Sangre • Leche: Vaca, cabra, oveja y derivados (quesos, yogur...) • Grasa. Manteca de cerdo, mantequilla, aceites de pescado • Huevos de aves, especialmente gallinas • Miel .
La producción de alimentos ha venido creciendo de modo constante gracias a la mayor organización de los campos, la selección genética de las especies y se está introduciendo actualmente la ingeniería genética Esto tiene un coste en biodiversidad lo que supone un riesgo a largo plazo. La ganadería intensiva y acuicultura consumen grandes cantidades de alimentos de origen agrícola o de la pesca Un tercio de la pesca se utiliza para pienso de ganado lo que supone un despilfarro ecológico Fibras textiles naturales • Algodón, lino y esparto en plantas • Lana y seda, cuero pieles en animales Materiales • Madera Construcción de viviendas Barcos Cajas y listones Herramientas y ajuar Artesanía • • • •
Fibras vegetales para cestería Corcho: Tapones y aislante Papel y cartón: Prensa, escritura, embalaje Huesos ornamentales
Otros productos Bebidas alcohólicas, tabaco, sustancias psicoactivas • Fermentación de uva, cebada y otras sustancias • Tabaco • Coca, marihuana, opio.... Productos químicos • Resina • Caucho y gomas • Destilados de diversas plantas. Azúcares, alcohol • Yodo de algas marinas Abonos • Restos de animales y plantas utilizados en agricultura y ganadería • Excrementos de animales estabulados (cerdos, vacas, aves...) • Algas marinas Tintes y colorantes • Procedentes de plantas o animales Perfumes • Principalmente plantas Principios activos de medicamentos Plantas Hongos Esponjas y otros animales Fuentes de energía Animales de tiro Biomasa Madera para combustible Restos agrícolas
Restos ganaderos (excrementos) Restos urbanos. Papel y materia orgánica Cultivos para energía Biodiesel Bioetanol Biogás: metano Ecológicos • Biodiversidad La variedad de seres vivos supone un recurso para intervenir en ecosistemas alterados o como fuente futura de otros recursos • Reducción de erosión Plantas en taludes Fijación de dunas Manglares y plantas pantanosas costeras Arrecifes tropicales • Reducción de inundaciones • Aireación de suelos Producida por lombrices y otros habitantes de los suelos que los airean oxigenándolos y haciéndolos más productivos para plantas.
Impactos producidos en la biosfera • Deforestación • Sobreexplotación • Modificación y eliminación de hábitats • Disminución de la biodiversidad y extinción de especies • Impacto paisajístico • Disminución de biodiversidad • Pérdida de suelos • Impactos indirectos
Deforestación Gran parte del territorio dedicado a agricultura y a ganadería extensiva Los usos humanos generalmente son incompatibles con los árboles La deforestación afecta a muchos seres vivos por ser los bosques los ecosistemas climácicos más complejos • Disminuye biodiversidad • Vuelve más vulnerables a los suelos y los modifica • Aumenta la erosión • Libera CO2 de los árboles extraídos y de la materia orgánica del suelo Sobreexplotación • Caladeros de pesca todos próximos a han superado su nivel de sostenimiento • Sobreexplotación de zonas de caza no regulada • Extracción de cultivos hace inviable la producción sin abonado: Pérdida de fertilidad • Deforestación tropical: El lavado de las regiones tropicales las hace perder nutrientes Modificación y eliminación de hábitats • Eutrofización de aguas dulces • Eutrofización de océanos Mar negro y mediterráneo • Acuicultura tropical destruye manglares para cría de camarones • Deforestación • Introducción de especies de otros lugares del mundo Disminución de biodiversidad y extinción de especies La biodiversidad puede reducirse por: • Disminución de ecosistemas • Reducción del número de especies • Reducción de la dotación genética de una especie Disminución de ecosistemas Se cambian ecosistemas maduros ricos en especies por primeras fases de sucesión más productivos Determinadas artes de pesca destruyen ecosistemas de fondos marinos Reducción de especies Se estima que desaparecen unas 30.000 especies al año Uso del suelo para agricultura y ganadería extensiva elimina especies originales Los grandes monocultivos acentúan en problema Biodiversidad agrícola y ganadera también disminuye por nuevos métodos de producción Unas 3000 plantas, 30 animales terrestres y 200 marinos Actualmente disminuyendo por multinacionales Los usos del territorio y fragmentación han eliminado a muchas especies y otras están amenazadas Biocidas de uso indiscriminado Dañan a muchas especies no competidoras con humanos Se acumulan en cadenas tróficas Contaminación daña arrecifes marinos (sedimentos, materia orgánica, temperatura...) Pesca indiscriminada elimina muchísimos individuos, algunos en peligro. Tortugas...) Caza o captura de algunos animales pude llevarlos a la extinción (Palomas, bobos, moas, rinocerontes...) Introducción de especies exóticas para producción, por accidente o como mascotas Reducción de la dotación genética de una especie Puede llevarla a la extinción • Las poblaciones pequeñas reducen la variedad genética de las especies
• Las variedades de plantas y animales usadas en agricultura y ganadería se ven sustituidas por unas pocas variedades seleccionadas También puede ser un problema la introducción en los ecosistemas de organismos modificados genéticamente Pérdida de suelo • Malas prácticas agrícolas • Erosión de zonas alteradas Impacto paisajístico El paisaje es un bien cultural. Los ecosistemas complejos nos parecen armoniosos • Sustitución de bosques diversos por monocultivos arbóreos o cultivos • Métodos de poda de bosques • Cultivos bajo plástico Impactos indirectos • Aumento de erosión • Salinización • Contaminación o Biocidas y productos biológicamente activos Fungicidas, herbicidas, insecticidas, acaricidas, diversos organismos marinos Contaminación por antibióticos y hormonas aplicados al ganado Pueden hacerse muy peligrosos en los niveles superiores de cadenas tróficas por acumulación o Eutrofización o Gases invernadero La producción alimentaria es la segunda fuente de emisión de CO2 tras la producción de energía. Mapas de impacto sobre la biosfera • Infraestructuras • Cultivos • Deforestación • Improductivo • Pastos Clases de pastos
Medidas correctoras Generales • Disminución de presión sobre la biosfera • Sustitución de eslabones elevados de la cadena trófica por otros más bajos. Esto permite aumentar la energía y se consumen menos recursos • Mejora de rendimientos agrícolas que permitan liberar terreno Cultivos en plásticos Reducen agua, matan plagas por temperatura, menor cantidad de biocidas Deforestación • Reforestación de zonas no suficientemente productivas, • Reforestación de áreas abandonadas o de lenta sucesión ecológica
Sobreexplotación de pesquerías • Descenso de la presión sobre peces Disminución del esfuerzo pesquero: Limitación de barcos o periodos de faena o cuotas Periodos de recuperación. • Pesca selectiva. Tamaño de redes. Pesca con cebo • Prohibición de artes de pesca muy destructivas • Zonas de reserva • Piscifactorías con especies que sean consumidoras primarias Sobreexplotación agrícola • Plantas o variedades perennes en vez de anuales Mayor eficacia, menor laboreo del suelo • Uso de restos vegetales como abono • Uso de residuos urbanos, ganadería intensiva o determinados residuos industriales como abono Modificación y eliminación de hábitats • Control de tráfico de especies Disminución de la biodiversidad y extinción de especies • Zonas de reserva. Parques nacionales, reservas de biosfera... Extensión suficiente En territorios de gran diversidad biológica En todos los ecosistemas terrestres, dulceaquícolas o marinos • Terrenos libres de uso agrícola: Setos en campos • Variedad de usos del suelo • Uso eficiente del agua: libera agua para ecosistemas de aguas continentales • No desecación de humedales • Disminución de biocidas y mayor especificidad • Control de tráfico de especies • Bancos de semillas o genéticos, zoológicos y botánicos para especie en vías de extinción, cría en cautividad Pérdida de suelos • Menor laboreo agrícola. Correcto laboreo • Rotación de cultivos • Plantas o variedades perennes en vez de anuales Mayor eficacia, menor laboreo del suelo Impacto paisajístico • Contemplar la exposición de impactos humanos Contaminación El Suelo Parte más superficial de la corteza continental en la que coinciden litosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera Está en constante evolución y puede tener fases de sucesión semejantes a los ecosistemas Formación y evolución • Roca expuesta a la superficie • Meteorización: regolito • Establecimiento de organismos pioneros: líquenes, musgos, bacterias, cianobacterias, hongos. • Aumento del grosor del suelo y establecimiento de ecosistemas más complejos. Humus • Estructuración en horizontes Factores que intervienen en la evolución de un suelo • Tiempo Suelos jóvenes
Suelos maduros Clímax edáfico • Clima Muy importante la temperatura y cantidad de agua y periodicidad Rocas diferentes pueden dar el mismo suelo maduro en el mismo clima Rocas iguales dan distintos suelos en climas diferentes • Roca madre original Importante en suelos poco maduros • Seres vivos Descomponen la roca y ayudan a meteorización Aportan humus. Establecen condiciones físicas y químicas en suelos maduros • Relieve • Acción humana Composición • Componentes inorgánicos o Sólidos 95% Minerales sin alterar - Restos de meteorización mecánica Minerales alterados - Arcillas o Agua. Retenida o circulante Solutos : Na+ K+ Ca++ Mg++ Cl- NO3- HCO3- SO4= PO3--o Gases. Semejante a la atmósfera a veces enriquecido en CO2 y empobrecido en O2 • Componentes orgánicos o Seres vivos Bacterias Hongos Protistas Animales Plantas o Humus: Restos orgánicos procedentes de seres vivos . Escasea según se profundiza No elaborado - No ha sido descompuesto por falta de tiempo Elaborado - Sustancias orgánicas de difícil degradación Propiedades Textura Estructura Porosidad Permeabilidad Horizontes • O -Materia orgánica en descomposición • A - Lixiviación: Lavado de materiales. Materias orgánicas y minerales. El más importante para la fertilidad • B - Precipitación • C - Alteración de la roca madre • Roca sin alterar Clasificación Recursos procedentes de los suelos • Soporte de las plantas • Biodiversdad • Secuestro de CO2 Impactos sobre los suelos • Erosión eólica • Erosión hídrica • Contaminación • Salinización Frecuente en regadíos por evaporación de las aguas de riego
• Anegamiento: inundación por regadío • Lavado de nutrientes Inducidos • Erosión por deforestación • Prácticas agrícolas inadecuadas: Erosión, salinización, anegamiento • Infraestructuras y urbanización Riesgos procedentes de los suelos La degradación de los suelos tiene efectos importantes • Pérdida de productividad ecológica y agrícola Puede traer consecuencias económicas graves y hambrunas • Desertificación Degradación de suelos en zonas áridas Pueden derivar en terrenos improductivos Se produce en zonas susceptibles por o Erosión del suelo Sobreexplotación Deforestación Incendios Urbanización o Salinización o Sobreexplotación de acuíferos o Cambio de las condiciones climáticas Sequías Medidas preventivas • Mejora de las prácticas agrícolas o Menor laboreo o No quemar rastrojos que estructuran el suelo • Evitar incendios forestales • Ordenación territorial • Uso adecuado de los suelos • Uso adecuado de los recursos hídricos Medidas correctoras • Reforestación Lavado de suelos contaminados o saliniza