EL MEDIO AMBIENTE Y LOS ORGANISMOS.

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1 EL MEDIO AMBIENTE Y LOS ORGANISMOS. 1. INTRODUCCIÓN. 2. CLASIFICACIÓN DE ECOSISTEMAS. PRINCIPALES BIOMAS. 3. FACTORES ECOLÓGICOS. 4. ECOLOGÍA DE POBLACIONES Y ADAPTACIÓN. 5. ACCIÓN DEL HOMBRE SOBRE LOS ECOSISTEMAS. 6. RELACIONES TRÓFICAS. 7. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS. 1. INTRODUCCIÓN. La ecología es la ciencia que estudia las relaciones entre los seres vivos y su medio. Una especie puede ocupar diferentes biotopos, siempre que se den en ellos las condiciones adecuadas para su desarrollo. El área en la que un organismo puede vivir y obtiene alimento recibe el nombre de hábitat. Cada especie ocupa hábitat específicos y realiza en ellos ciertas funciones. A la combinación de función y hábitat se le denomina nicho ecológico. biotopo (área natural) Biocenosis o comunidad ECOSISTEMA = BIOTIPO + BIOCENOSIS Las especies de animales y plantas que podemos encontrar en un ecosistema poseen unas adaptaciones y características evolutivas diferentes a las especies presentes en otro ecosistema. 2. CLASIFICACIÓN DE ECOSISTEMAS. PRINCIPALES BIOMAS TERRESTRES Y ACUÁTICOS. Para facilitar su estudio y clasificación los ecosistemas los vamos a clasificar según la localización, ésta muy relacionada con la temperatura y las precipitaciones medias anuales de la zona correspondiente. - Ecosistemas acuáticos: Marinos. Son de agua salada. Se clasifican de acuerdo con la zona determinada por la distribución de la luz y la proximidad del fondo, encontramos ecosistemas en litorales costeros, en llanuras abisales, fondos oceánicos, Continentales, generalmente son de agua dulce. Pueden ser a su vez: 1

2 - Lóticos. Los que se desarrollan en las aguas en movimiento, ríos, remansos, torrentes. - Lénticos. Los de aguas estancadas, como lagos, zonas pantanosas, salinas. - Ecosistemas terrestres: - Llanuras y prados, bosques (de alta montaña, mediterráneos, tropicales), sabanas, desiertos, estepas, Pueden describirse como ecosistemas zonas tan reducidas como los charcos, y tan extensas como un bosque completo pero, en general, no es posible determinar con exactitud dónde termina un ecosistema y empieza otro. factores geomorfológicos. En éstas gráficas podemos observar, que dependiendo de la temperatura y las precipitaciones encontramos los distintos biomas terrestres, corresponden con una determinada zona geográfica, que no sólo estará influida por su posicionamiento (latitud - longitud), también por su altura, y por la presencia de otros Por tanto los biomas son grandes áreas geográficas del planeta que comparten clima, vegetación y fauna. Los principales biomas terrestres del planeta son ocho: 1. Bosque tropical lluvioso Aparece en regiones ecuatoriales, donde las condiciones climáticas son constantes todo el año, y se caracteriza por una temperatura suave y elevada humedad. Son los ecosistemas con mayor diversidad biológica y con una gran vegetación arbórea. 2. Sabanas Aparece en regiones cálidas, con una estación seca muy prolongada que limita el crecimiento de los árboles. Predominan las especies herbáceas y resistentes al fuego. 2

3 3. Desiertos La casi total ausencia de precipitaciones caracteriza este bioma. Su escasa vegetación presenta adaptaciones (tejidos suculentos, espinas, ) y ciclos de vida muy cortos para aprovechar la lluvia. La fauna es nocturna. 4. Bosque mediterráneo Los contrastes climáticos a lo largo del año, con inviernos suaves, veranos secos y calurosos y otoños lluviosos, caracterizan este bioma. La vegetación presenta hojas pequeñas y coriáceas y su fauna es muy variada. 5. Bosque caducifolio Está compuesto por grandes árboles de hoja caduca adaptados al frío invierno en que paralizan su crecimiento y pierden sus hojas. El sotobosque es rico en herbáceas y arbustos y es zona de grandes mamíferos. La precipitación es abundante todo el año. 6. Praderas y estepas Son grandes extensiones herbáceas de escasa vegetación arbórea. Aparecen en zonas de clima templado y precipitaciones poco abundantes con una marcada estación seca. Es zona de grandes herbívoros. 7. Taiga La vegetación predominante son los bosques de coníferas de hojas perennes que soportan bajas temperaturas y evitan la perdida de agua. Las condiciones son extremas y su fauna es migradora e hibernante. 8. Tundra El bioma más extremo en sus condiciones. Presente en zonas muy frías, el agua se congela en el invierno. La vegetación es de musgos, líquenes y arbustos enanos. Los ecosistemas de agua salada son los mares y océanos, las zonas costeras, marismas, manglares y estuarios. Los organismos de estos ecosistemas se diferencian en tres grupos: Organismos planctónicos de pequeño tamaño que viven en suspensión en el agua y a merced de las corrientes. Distinguimos fitoplancton (algas, vegetales y cianobacterias) y zooplancton (animales). Organismos nectónicos animales de gran tamaño (5cm-10m) nadadores y capaces de dominar las corrientes y movimientos propios del agua. Organismos bentónicos organismos del fondo marino, semienterrados, fijos a rocas o próximos a la arena. Los ecosistemas oceánicos se dividen en tres zonas: Zona fótica. Abarca la capa de agua desde la superficie hasta los 200 metros de profundidad, máxima profundidad a la que penetra la luz. Soporta a los organismos fotosintéticos y a un necton compuesto de peces, cetáceos, cefalópodos, tortugas y aves. Zona pelágica. Situada entre los 200 metros y los 6000 metros. La luz desaparece y los organismos son sometidos a bajas temperaturas, altas presiones y completa oscuridad, excepto los bioluminiscentes. Zona abisal. Aparece en las fosas marinas por debajo de los 6000 metros de profundidad. La fauna aparece asociada a fuentes hidrotermales y formada por organismos adaptados a condiciones extremas. 3. FACTORES ECOLÓGICOS. Los factores que permiten la existencia de las distintas especies de animales y plantas en un biotopo determinado, los podemos clasificar en : - Factores abióticos son factores como humedad, temperatura, luz, son factores que afectan de forma especial a los seres vivos. - Factores bióticos es la influencia de unos seres vivos con otros, son las interacciones que se producen entre los individuos de las poblaciones. Por ejemplo: una especie puede tener 3

4 disponibilidad de alimento, condiciones ambientales adecuadas como luz, agua, etc. pero la existencia de un depredador imposibilita su desarrollo, y por tanto esa especie no estará presente en dicho ecosistema, o al contrario ciertas especies de árboles pueden vivir en las zonas en que viven gracias a la asociación con un tipo de hongos (hongos micorrizoides). El exceso de un determinado factor, ya sea en cantidad o en calidad, puede impedir que una especie se desarrolle. El valor máximo y mínimo dentro de los cuales puede sobrevivir una especie constituyen los límites de tolerancia. A continuación estudiamos algunos de estos factores : 3.1. Factores abióticos. A) Temperatura La mayor parte del calor que recibe la superficie de la tierra procede del Sol. Sin embargo la temperatura que alcanza varía, según el lugar y la época del año. En la superficie de los continentes se producen grandes oscilaciones de temperaturas, sobre todo en los lugares secos. Las temperaturas máximas se alcanzan en los desiertos donde se llega a 70-80º C al sol. Las mínimas -80 ºC en Siberia y la Antártida. En los océanos y lagos las variaciones de temperatura son mucho menores, ésta regulación se debe al alto calor específico del agua. A lo largo de la evolución los seres vivos han desarrollado mecanismos para regular su temperatura corporal, evitando así los daños que puedan ocasionar los cambios de temperatura. - los animales de temperatura elevada reciben el nombre de homeotermos y estos organismos regulan su temperatura utilizando diversos mecanismos: sudoración, reacciones exotérmicas, envolturas aislantes como grasa, pelos,plumas, por lo general un tamaño corporal grande y una relación superficie/volumen baja, favorecen la conservación del calor. - los animales y plantas cuya temperatura es función del medio se denominan poiquilotermos. Algunos de ellos regulan parcialmente su temperatura, aumentando o evitando su exposición al sol, colocándose debajo de piedras que acumulan calor B)Humedad La cantidad de vapor de agua presente en la atmósfera se expresa en g/m3 en forma de humedad absoluta.las variaciones que tienen lugar en la atmósfera, en cuanto a la humedad, son muy elevadas. Como consecuencia los seres vivos, que poseen una elevada proporción de agua, han desarrollado mecanismos adaptativos que evitan una pérdida excesiva de humedad. Las plantas terrestres absorben agua por sus raíces y la pierden por transpiración. Estas plantas se marchitan y pueden llegar a morir La adaptación de éstas especies implica: buen desarrollo del sistema radicular, existencia de pelos que disminuyen el efecto evaporador del aire, hojas transformadas en espinas En los animales la incorporación del agua se hace a través de la comida, a través de la superficie corporal como ranas y babosas. Otros organismos como pececillos plata o ratones del desierto obtienen el agua a través de reacciones metabólicas. Las adaptaciones para evitar la pérdida de agua pueden ser limitar la evaporación superficial, evitar pérdidas de agua por la respiración, el comportamiento del animal que reconoce la falta de humedad y busca lugares para conservarla (enterrándose, etc ). C) Luz La radiación de onda corta es muy energética y altera la organización molecular de los seres vivos y la radiación infrarroja tiene importancia como fuente de calor. 4

5 El tipo de radiación, la intensidad de la misma y la duración del día son importantes desde el punto de vista ecológico, pues de éstos cambios depende la actividad fotosintética. En el medio aéreo la luz no suele ser un factor limitante, las plantas se adaptan para conseguir suficiente iluminación, colocando las hojas de manera que reciban la iluminación adecuada. En el medio acuático, el agua actúa de filtro, impidiendo que la luz entre hacia el interior de la masa de agua. Ello explica que la capa vegetal quede reducida a los primeros 50 ó 100 m de profundidad. La luz como factor ecológico es causante de tres fenómenos, la fotosíntesis, la visión y capacidad de ciertos organismos de producir luz. Además de éstos factores anteriormente indicados, la presencia de una especie está también determinada por una serie de 3.2. Factores bióticos. que están determinados por las interacciones de unos individuos con otros, pueden ser entre especies distintas (interespecíficas) o de la misma especie (intraespecíficas). Las interacciones que se establecen entre los individuos de una misma comunidad pueden clasificarse en función de las consecuencias que tienen: 0 cuando las consecuencias para la especie carecen de importancia, + cuando la interacción suponen un beneficio, y cuando la interacción supone un daño. Competencia Se dice que dos especies compiten cuando utilizan el mismo recurso, de modo que cualquier ventaja de una de las especies supone la eliminación de la otra con el tiempo. La competencia por los polinizadores ha favorecido en las flores el desarrollo de colores y formas tan atractivas. Depredación, parasitismo y antibiosis Estas interacciones tienen en común que una de las especies aparece beneficiada y otra perjudicada. Parasitismo es un tipo de prelación en el que el parásito no provoca la muerte del hospedador. Suele ser frecuente que parásito y hospedador desarrollen adaptaciones que les permitan coexistir en equilibrio. ej. el piojo suele alimentarse de sangre del hospedador, suelen ser parásitos accidentales. Antibiosis una especie produce una sustancia perjudicial para otra: determinados hongos producen antibióticos como la penicilina y la estreptomicina que inhiben el desarrollo de otros microorganismos. Comensalismo y mutualismo Se trata de asociaciones entre individuos de diferentes especies, que reportan beneficios para una de ellas o para ambas especies. Comensalismo es frecuente en medio acuático, entre especies animales y vegetales que viven fijos al sustrato. Los comensales se aprovechan de mudas, descamaciones y otros productos de su cuerpo sin producir beneficio ni daño. Ejm. los innumerables canales de las esponjas son lugares adecuados para que se establezcan comensales como peces y moluscos. Pero también son utilizados con otros fines diferentes a la ingestión como alimento, por ejemplo los cangrejos ermitaños utilizan los caparazones de individuos muertos para alojarse en su interior. Mutualismo es la asociación entre individuos de diferentes especies y reporta beneficios a los dos asociados. Son muy frecuentes los casos de hongos asociados a plantas, a éste mutualismo se le conoce como simbiosis. Además de éstas relaciones entre individuos de distintas especies, los de la misma especie en ocasiones se agrupan, los efectos que ello tiene en su población son muy diversos, para protegerse frente a depredadores, para obtener más fácilmente el alimento, pero también aparecen una serie de problemas asociados, como puede ser la competencia entre ellos, la falta de alimento, los efectos que pueden aparecer son : 5

6 - efecto de grupo se refiere a las modificaciones que aparecen cuando individuos de la misma especie se agrupan. La consecuencia más importante de ello es el aumento en la velocidad de crecimiento de la población. La vida en grupo facilita la fecundación de las hembras, la obtención de alimento y la lucha contra enemigos. - Efecto de masa son los efectos que se producen en los espacios superpoblados. Para cada población existe una densidad óptima donde las consecuencias beneficiosas del efecto son máximas. Las causas de los efectos perjudiciales se deben a la acumulación de excrementos y sustancias tóxicas, a la dificultad de encontrar lugares para no ser molestados en la reproducción y a la saturación de lugares de puesta. - Competencia intraespecífica dentro de las poblaciones la competencia se refiere a la obtención de alimento, incluyendo la humedad y la luz. Esa competencia se pone de manifiesto en la defensa del territorio, la aparición de jerarquías sociales con individuos dominantes y dominados, etc. A pesar de la competencia, los individuos de la misma especie forman asociaciones, la formación de grupos aporta beneficios a los individuos de la misma especie. - Familiar (formada por individuos estrechamente emparentados entre sí y que tienen una finalidad, procrear y el cuidado de las crías). Colonial ( formada por individuos procedentes de un único progenitor y que permanecen unidos, ejemplos pólipos y medusas). Gregarias ( formadas por individuos no necesariamente emparentados, que se unen mas o menos tiempo con diferentes fines : búsqueda de alimento, defensa, reproducción, emigración, etc. aves bandadas, mamíferos manadas, peces bancos). Estatales ( formadas por individuos que constituyen auténticas sociedades, en las que se observa una jerarquización y una distribución del trabajo). 4. ECOLOGÍA DE POBLACIONES La población es el conjunto de individuos de una misma especie que viven en un área determinada en cierto instante y que por tanto pueden reproducirse entre sí. La ecología de poblaciones estudia los factores que influyen en el número de individuos que forman la población en condiciones naturales. Los principales parámetros de estudio de la ecología de poblaciones son: la densidad de una población, que se define como el número de individuos por unidad de superficie o volumen, ésta depende de la tasa de natalidad, mortalidad, inmigración y emigración. Las poblaciones pueden ver reducida su fertilidad, supervivencia y crecimiento debido a que no permanecen aisladas de otras poblaciones, sino que interactúan con ellas, compitiendo por los recursos limitantes. El principio de exclusión competitiva afirma que dos especies que compiten por un recurso limitante no pueden coexistir. En el estudio de la biocenosis se tienen en cuenta además los siguientes parámetros: 6

7 Abundancia Número de individuos de una especie por unidad de área. Diversidad. Variedad de seres vivos, especies o poblaciones de un área. Dominancia. Grupo de especies que caracterizan la comunidad y que suele dar nombre al ecosistema. En ocasiones los factores abióticos y bióticos pueden ser modificados, cambios en las condiciones climáticas, como la disminución de precipitaciones, calentamiento, introducción de especies más resistentes, por todo esto las especies tienen que adaptarse, ADAPTACIÓN Es la capacidad de los seres vivos para sobrevivir a cambios de los factores ecológicos del medio. Los seres vivos se adaptan, con modificaciones en el organismo, algunas son estructurales, afectan a determinados órganos (lengua de los camaleones), otras modificaciones afectan al funcionamiento del organismo(metabolismo de los osos), cambios en el comportamiento los lobos cazan en grupo, esta estrategia les permite obtener presas con mayor eficacia. Los más aptos sobreviven y dejaran descendientes, y mediante el proceso de selección natural se eliminan los más débiles. Adaptación o extinción: cuando una especie no se adapta esta destinada a la extinción, muchas veces de forma lenta y gradual aunque otras han sido bruscas y catastróficas. 1.adaptaciones a cambios de temperatura: plantas pierden hojas y detienen la fotosíntesis en épocas frías, los animales mayor cantidad de pelo, mamíferos de zonas polares abundante pelo + capa gruesa de grasa. 2.adaptaciones a la escasez de agua: la radiación solar y el viento ayudan a la evaporación del agua para evitar la deshidratación las plantas tienen una capa impermeable en las hojas, la cutícula y unas raíces que se introducen a gran profundidad para absorber el agua subterránea. los animales tienen la capacidad de movimiento y se desplazan ademas estan protegidos por capas o estructuras impermeabilizadas que reduce la evaporacion. 3.salinidad de los océanos y lagos: requiere adaptaciones específicas, los salmones preparados para desenvolverse en diferentes salinidades. 4.bajas temperaturas: en estos medios varian poco los mares polares, los fondos oceánicos son extremadamente fríos, algunos peces tienen proteínas en sus tejidos y en su sangre que actúan como anticongelantes, otros como las ballenas tienen una gruesa capa de tejido adiposo. En ocasiones se producen cambios rápidos en las condiciones medioambientales de los ecosistemas, que hacen que las especies no tengan tiempo para una adaptación, y produce su desaparición, en la actualidad existen especies en extinción en la gran mayoría de los ecosistemas, y el número aumenta año tras año, debido a la acción del hombre, a la sobreexplotación de los recursos y la contaminación. 5. LA ACCION DEL SER HUMANO SOBRE LOS ECOSISTEMAS La mayor parte de las especies crecen exponencialmente hasta que el alimento disponible, la aparición de enfermedades, etc. tiende a estabilizar su número. En ocasiones especies foráneas se convierten en plagas al no encontrar competidores, debido a ello su número crece de forma exponencial como ocurrió con los conejos en Australia. La especie humana se comporta del mismo modo, hemos conseguido eliminar casi por completo a nuestros depredadores y nuestros competidores tróficos, y una vez adaptados a los ecosistemas, los modificamos según nos conviene. Desde la aparición de la especie humana las poblaciones han ido sufriendo cambios, inicialmente dedicadas a recolección, caza, posteriormente con el desarrollo de al agricultura posibilitó la aparición de asentamientos más poblados, entre el inicio de la era cristiana y la revolución industrial la población se 7

8 duplicó. La peste del siglo XIV redujo considerablemente la población europea. La revolución industrial iniciada en el siglo XVIII hizo posible un aumento extraordinario de la población y provocó un mayor impacto de los seres humanos sobre los ecosistemas naturales. En la actualidad los individuos que viven en las grandes ciudades de países desarrollados consumen grandes cantidades de energía, no sólo ligadas a satisfacer necesidades alimenticias, sino también otras no ligadas a la biología de la especie como transporte, calefacción, industria,..para obtener esa energía el ser humano explota y transforma los ecosistemas. Muchos ecosistemas son transformados hasta conseguir en ellos una diversidad mínima, como ocurre en un gran bosque convertido en un campo de maíz. Además producimos y acumulamos gran cantidad de residuos, que al dispersarse por la biosfera producen contaminación. Las acciones del ser humano sobre el medio ambiente pueden concretarse en los siguientes apartados. A. La contaminación del agua. La excesiva utilización del agua por parte de industrias y zonas superpobladas como grandes ciudades y centros de vacaciones, y la transformación de zonas de secano en zonas de regadío provoca una escasez de éste elemento en su ciclo natural, ello provoca una mayor utilización de las aguas subterráneas y el consiguiente agotamiento y salinización de los acuíferos. El vertido en los cursos de agua de productos residuales tóxicos o cantidades de materia orgánica superiores a las cantidades de autodepuración provoca el envenenamiento de los mismos, la eutrofización y la destrucción de los ecosistemas. Un ejemplo a destacar es la eutrofización, que consiste en que al existir un gran contenido de materia orgánica, las bacterias que descomponen la materia orgánica aumentan su actividad consumiendo oxígeno, provocando una disminución del oxógeno. B. La contaminación de la atmósfera. Es consecuencia de la utilización masiva de fuentes de energías no renovables, principalmente carbón y petróleo, cuya combustión libera gran cantidad de gases nocivos y provoca consecuencias desastrosas : lluvia ácida, contaminación atmosférica Son muchos los contaminantes que encontramos en el aire que respiramos: óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, hidrocarburos, monóxido de carbono, partículas en suspensión los efectos sobe la población son: -. Dañan nuestros ojos, - irritan los pulmones, - alteran las cosechas y ocultan la luz solar, - el corazon aumenta el número de latidos al aumentar la concentración de CO y disminuir el O2 presente. - El SO2 deteriora el tejido pulmonar y su acción está asociada a la mayor incidencia de asma, enfisema y bronquitis. C. La superpoblación. 8

9 El aumento constante de la población requiere una producción masiva de alimentos. De la población actual el 10 por 100 se halla subalimentada y no llega a la ración diaria de 2500 kcal, mientras que 1/3 de la población está mal nutrida. El rápido incremento de la población mundial está provocando la explotación incontrolada de recursos naturales, se destruyen espacios naturales, se crean campos de cultivo, se aumenta el consumo de fertilizantes, éstos procesos provocan graves desequilibrios ecológicos : erosión, desertización, aparición de plagas, etc. imagen. estación de trenes en Bombay D. Las grandes concentraciones urbanas. Suelen estar unidas a la destrucción del paisaje, eliminación de tierras fértiles, contaminación de la atmósfera y del agua, acumulación de basuras, Actualmente vivimos en una era del desperdicio sin precedentes: la mayor parte de los envoltorios envases y recipientes son de usar y tirar, de ahí las ingentes cantidades de desperdicios que producimos. Los vertederos de basura ocupan extensiones cada vez más importantes, a la vez crean áreas cuyas condiciones son detestables : invasión de ratas, malos olores, no hay que olvidar además el precio que pagamos por todos esos desperdicios. E. Otros hechos Desecación de zonas húmedas como marjales, albuferas o marismas para su utilización como campos de cultivo o zonas residenciales. La economía destructora se pone de manifiesto en los monocultivos tropicales como el maíz, el cafetal o la caña de azúcar que arruinan las tierras que son abandonadas para buscar lugares más fértiles, que pronto serán abandonados. La caza incontrolada provoca la desaparición de numerosas especies, lo que provoca una disminución del patrimonio natural, además de crear desajustes en muchos ecosistemas. 6. RELACIONES TRÓFICAS. Son las basadas en la transferencia de materia y energía de unos organismos a otros mediante la alimentación. Se distinguen dos tipos de relaciones: Cadenas tróficas. Está formada por una serie de organismos que se comen unos a otros, cada uno de los cuales es un eslabón y constituye un nivel trófico. Ej. romero abeja abejarruco culebra de escalera Aguila culebrera. 9

10 Red trófica. Se llama red trófica al entramado de cadenas tróficas interconectadas, en las que existen organismos que forman parte de ellas y pueden ocupar distintos niveles tróficos. Parece imposible que un animal se alimente únicamente de otro concreto, lo normal es que se alimente de una amplia gama. Em. Las abejas se alimentan del polen de otras muchas plantas aparte del romero y los abejarrucos a pesar de su nombre comen otros insectos, no sólo abejas. Los diferentes niveles tróficos son los correspondientes a los productores, consumidores y descomponedores. Productores Son los encargados de transformar la luz solar en energía química mediante la fotosíntesis. Son los organismos autótrofos (plantas, algas y organismos fotosintéticos). Los productores primarios son los organismos que hacen entrar la energía en los ecosistemas. Los principales productores primarios son las plantas verdes terrestres y acuáticas, incluidas las algas, y algunas bacterias. Forman el 99,9% en peso de los seres vivos de la biosfera. Fotosíntesis y respiración La fotosíntesis es el proceso por el que se capta la energía luminosa que procede del sol y se convierte en energía química. Con esta energía el CO 2, el agua y los nitratos que las plantas absorben reaccionan sintetizando las moléculas de carbohidratos (glucosa, almidón, celulosa, etc.), lípidos (aceites, vitaminas, etc.), proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN) que forman las estructuras vivas de la planta. Las plantas crecen y se desarrollan gracias a la fotosíntesis, pero respiran en los periodos en los que no pueden obtener energía por fotosíntesis porque no hay luz o porque tienen que mantener los estomas cerrados. En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. En este proceso se consume O 2 y se desprende CO 2 y agua, por lo que, en cierta forma, es lo contrario de la fotosíntesis que toma CO 2 y agua desprendiendo O 2. Fotosíntesis y respiración La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es 6 CO H 2 O + Energía luminosa C 6 H 12 O O 2 La energía luminosas es captada por la clorofila de las células verdes de las plantas y utilizada para regenerar moléculas de ATP y NADPH (Fase luminosa). En una segunda fase la energía química contenida en el ATP y el NADPH es utilizada para reducir moléculas de CO 2 hasta gliceraldehido, a partir del cual se sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente glucosa. Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global: C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + Energía 10

11 La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía. Producción primaria bruta y neta MATURITA DE BIOLOGÍA Cuando se habla de producción de un ecosistema se hace referencia a la cantidad de energía que ese ecosistema es capaz de aprovechar. Una pradera húmeda y templada, por ejemplo, es capaz de convertir más energía luminosa en biomasa que un desierto y, por tanto, su producción es mayor. La producción primaria bruta de un ecosistema es la energía total fijada por fotosíntesis por las plantas. La producción primaria neta es la energía fijada por fotosíntesis menos la energía empleada en la respiración, es decir la producción primaria bruta menos la respiración. Cuando la producción 1ª neta es positiva, la biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando. Es lo que sucede, por ejemplo, en un bosque joven en el que los árboles van creciendo y aumentando su número. Cuando el bosque ha envejecido, sigue haciendo fotosíntesis pero toda la energía que recoge la emplea en la respiración, la producción neta se hace cero y la masa de vegetales del bosque ya no aumenta. Consumidores Son organismos heterótrofos, incapaces de fabricar materia orgánica, lo que significa que tienen que alimentarse de otros seres vivos. existen varios tipos de consumidores. - Primarios. Son los herbívoros y se alimentan de productores. - Secundarios. Son los carnívoros depredadores que se alimentan de herbívoros. - Finales. Son carnívoros superdepredadores y se alimentan de herbívoros y de otros carnívoros. Descomponedores Organismos que obtienen la materia y la energía mediante la descomposición de cadáveres y restos orgánicos. Son los hongos y algunas bacterias. Su misión es transformar la materia orgánica en inorgánica o sales minerales utilizables nuevamente por los productores. Dentro del grupo de los productores secundarios, además de los animales grandes y longevos, está el grupo de los detritívoros o descomponedores, formado fundamentalmente por los hongos y las bacterias. Son muy pequeños, están en todas partes, con poblaciones que se multiplican y se desvanecen con rapidez. Desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía son despilfarradores y aprovechan poco la energía: su eficiencia es pequeña. Los descomponedores tienen gran importancia en la asimilación de los restos del resto de la red trófica (hojarasca que se pudre en el suelo, cadáveres, etc.). Son agentes necesarios para el retorno de los elementos, que si no fuera por ellos se irían quedando acumulados en cadáveres y restos orgánicos sin volver a las estructuras vivas. Gracias a su actividad se cierran los ciclos de los elementos. En los ecosistemas acuáticos abundan las bacterias. Los hongos son muy importantes en la biología del suelo. Su biomasa supera frecuentemente la de los animales del ecosistema. La biomasa bacteriana de los ecosistemas terrestres está comprendida habitualmente entre 0,2 y 15 g C/m2 (la de los animales raramente sobrepasa 2 g C/m2), y en los ecosistemas acuáticos oscila entre 0,1 y 10 g C/m2. 11

12 Relación Productividad/Biomasa Al analizar la productividad en los ecosistemas resulta muy interesante el cociente productividad neta / biomasa. Así, por ejemplo, en una población de algas en la que cada alga se dividiera en dos iguales cada 24 horas, ese cociente sería de 1 (eficiencia del 100%). Significa que cada gramo de algas dobla su peso en 24 horas La relación productividad / biomasa es muy alta en el plancton, puede ser cercana al 100% diario. Esto quiere decir que la población se renueva con gran rapidez. Significaría que pueden llegar a tener tasas de renovación de hasta un día. En la vegetación terrestre el valor suele estar entre un 2 y un 100% anual lo que significa tasas de renovación de entre 1 y 50 años. 7. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Funcionamiento del ecosistema El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una fuente de energía que, fluyendo a través de los distintos componentes del ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los minerales y otros componentes físicos del ecosistema. La fuente primera y principal de energía es el sol. En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continuo de los materiales. Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire. En el ecosistema la materia se recicla -en un ciclo cerrado- y la energía pasa - fluye- generando organización en el sistema. Estudio del ecosistema Figura 4-2 > Ciclo energético del ecosistema Al estudiar los ecosistemas interesa más el conocimiento de las relaciones entre los elementos, que el cómo son estos elementos. Los seres vivos concretos le interesan al ecólogo por la función que cumplen en el ecosistema, no en sí mismos como le pueden interesar al zoólogo o al botánico. Para el estudio del ecosistema es indiferente, en cierta forma, que el depredador sea un león o un tiburón. La función que cumplen en el flujo de energía y en el ciclo de los materiales son similares y es lo que interesa en ecología. 12

13 Como sistema complejo que es, cualquier variación en un componente del sistema repercutirá en todos los demás componentes. Por eso son tan importantes la s relaciones que se establecen. Los ecosistemas se estudian analizando las relaciones alimentarias, los ciclos de la materia y los flujos de energía. a) Relaciones alimentarias.- La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica. Los ciclos biogeoquímicos representan el flujo de los elementos químicos más importantes para los seres vivos, siendo los principales el oxígeno, el hidrógeno, el carbono, el nitrógeno, el azufre y el fósforo. Ciclo del Nitrógeno. El nitrógeno forma parte de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Su mayor reservorio es la atmósfera pero este nitrógeno (N 2 ) no puede ser utilizado por la mayoría de los seres vivos. El ciclo consta de cinco pasos. 1- Fijación del nitrógeno atmosférico. El nitrógeno atmosférico (N 2 ) es transformado (fijado) en amoníaco NH 3 por bacterias fijadoras como el Rhizobium que actúan en nódulos radiculares (raíces) de plantas leguminosas o en heterocistos de cianobacterias. N 2 + 3H 2 2NH 3 2- Nitrificación. El amoníaco (NH 3 ) es transformado en nitritos (NO 2 - ) por bacterias nitrificantes como Nitrosomonas y los nitritos en nitratos (NO 3 - ) por bacterias como Nitrobacer. NH 3 NO 2 - NO 3-3- Asimilación. El nitrato (NO 3 - ) ya puede ser absorbido y utilizado por las plantas. 13

14 4- Amonificación. El nitrógeno es liberado de nuevo en compuestos nitrogenados orgánicos (urea, ácido úrico y organismos muertos) y como amoníaco (NH 3 ) por bacterias amonificantes. 5- Desnitrificación. Los nitratos (NO 3 - ) del suelo y de las aguas puede ser transformado en nitrógeno molecular (N 2 ) por bacterias desnitrificantes anaerobias como Pseudomonas y hongos. NO 3 - N 2 Ciclo del Carbono. El carbono (C) es quizás el elemento químico más destacable en el proceso de la vida puesto que forma parte de los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos de los seres vivos. En la naturaleza se encuentra principalmente en la atmósfera en forma de dióxido de carbono (CO2; aunque su concentración es muy pequeña: 0,03 %), en el océano y el agua dulce en forma de carbonatos (CO 3 2- ) y bicarbonatos (HCO 3 - ) y en rocas calizas en forma de carbonato cálcico (CaCO 3 ). CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO H + + CO 3 2- El carbono es fijado por los productores primarios en la fotosíntesis. 6CO 2 + 6H 2 O + energía C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Después se transmite al resto de eslabones de la cadena trófica. Parte de este carbono es devuelto a la atmósfera y el agua por los procesos respiratorios de todos los seres vivos aunque la mayor parte del carbono es devuelto por los descomponedores al procesar los materiales de desecho y los restos muertos de todos los niveles tróficos. Existe una devolución adicional en el proceso de combustión de incendios y combustibles fósiles, en la erupción de volcanes y en el proceso de erosión de la roca caliza. 14

15 Ciclo del fósforo. El fósforo (P) forma parte de los ácidos nucleicos, de los fosfolípidos de membrana y de las moléculas energéticas (ATP, ADP y AMP) de los seres vivos. La mayor parte de este elemento se encuentra en forma de fosfatos inorgánicos (PO 4 3- ) en las rocas. Es liberado por erosión y solubilizado por el agua como ácido ortofosfórico o fosfato orgánico (PO 4 2- ) que de esta manera puede ser absorbido por los productores primarios. Después se transmite al resto de eslabones de la cadena trófica y es devuelto al medio natural por los descomponedores al procesar los materiales de desecho y los restos muertos de todos los niveles tróficos. Ciclo del azufre. El azufre (S) es un elemento esencial para todos los seres vivos ya que forma parte de los aminoácidos de las proteínas y otros tipos de moléculas. La descomposición de depósitos orgánicos e inorgánicos del suelo produce sulfatos (SO 4 2- ) que son captados por los productores. Éstos son reducidos a sulfuro de hidrógeno (H 2 S) e incorporados a los aminoácidos. De aquí el azufre pasará a otros niveles tróficos para volver al suelo por actividad bacteriana una vez cesada la vida del organismo. Además las erupciones volcánicas, la combustión de combustible fósiles y la desintegración de la materia liberan azufre a la atmósfera. Éste se transforma en dióxido de azufre (SO 2 ) que reacciona con la luz para producir trióxido de azufre (SO 3 ) y a su vez dar ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) con el agua que precipita en forma de lluvia ácida. H 2 S + ½ O 2 S + H 2 O S + O 2 SO 2 SO 2 + luz SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 15

16 Ciclo hidrológico (ciclo del agua). El agua (H 2 O) es la molécula más importante para el mantenimiento de la vida. La evaporación de la hidrosfera (océanos, mares, lagos, ríos, ) pasa el agua a la atmósfera donde se condensa y precipita en forma de lluvia, nieve o granizo sobre la superficie de la biosfera. Parte de esta agua es retenida por los seres vivos que la consumen para mantener su metabolismo y es devuelta a la atmósfera en forma de transpiración. El oxígeno (O 2 ) de la atmósfera (21 %) procede de la fotosíntesis que realizan los organismos autótrofos y es utilizado por los seres vivos para respirar. 16

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