LA ORGANIZACIÓN N DEL ECOSISTEMA

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3 LA ORGANIZACIÓN N DEL ECOSISTEMA LA ESTRUCTURA TRÓFICA. FICA.- Todos los seres vivos de un ecosistema interaccionan entre sís de manera que cada uno de ellos desempeña a funciones que complementan a los demás, dotando al ecosistema de una estructura y una organización n complejas. Por tanto, cualquier cambio que se produzca en una determinada especie provocará cambios en las demás. Una de las relaciones más m s importantes entre los organismos de un ecosistema son las alimentarias, pues de ellas dependen tanto la supervivencia de los individuos de una especie como el equilibrio entre las diferentes especies que viven en el biotopo. Un nivel trófico es el conjunto de especies del ecosistema que compiten por los mismos recursos alimentarios. En todos los ecosistemas encontramos tres niveles tróficos o alimentarios: productores, consumidores y descomponedores.

4 AS ASÍ SON LOS NIVELES LOS PRODUCTORES.- Son organismos autótrofos trofos,, como las plantas y las algas que, mediante la fotosíntesis producen su alimento (materia orgánica) a partir de la energía solar y de sustancias inorgánicas nicas que toman del medio. La materia orgánica que fabrican contiene energía a que utilizan que utilizan para realizar sus funciones vitales. Los productores alimentan a otros seres del ecosistema (los consumidores y los descomponedores). TRÓFICOS

5 LOS CONSUMIDORES.- Son organismos heterótrofos trofos que consumen la materia orgánica producida por otros seres. Los consumidores primarios son organismos herbívoros, como los ciervos, que se alimentan de los productores. Los consumidores secundarios son seres carnívoros, como el lobo, que se come a los herbívoros. Los consumidores terciarios se alimentan de consumidores secundarios. Algunos ecosistemas tienen más m s niveles de consumidores. Hay otros tipos de consumidores: Los omnívoros voros.. Tienen una dieta variada, como los osos o las hormigas, y pueden ocupar diferentes niveles tróficos dentro de los consumidores. Los detrívoros voros.. Comen restos orgánicos más m s o menos descompuestos o excrementos. Las larvas de numerosos insectos y las lombrices de tierra son consumidores detrívoros.

6 Los consumidores. En este nivel están los seres heterótrofos; o sea, los que toman materia orgánica fabricada por otros seres y la transforman en la suya propia. Dentro de este nivel podemos encontrar varias categorías: Consumidores primarios: son los que se alimentan de los productores. A este nivel pertenecen los fitófagos o herbívoros. Consumidores secundarios: son los que se alimentan de los consumidores primarios. A esta categoría pertenecen los zoófagos o carnívoros de primer orden, si se alimentan de herbívoros, y de segundo orden, si se alimentan a su vez de carnívoros.

7 LOS DESCOMPONEDORES.- Son seres heterótrofos trofos que descomponen los organismos muertos y sus restos (como los excrementos o las hojas de los árboles de hoja caduca que caen en el otoño) o) y los transforman en sustancias minerales que se incorporan al medio. Estas sustancias minerales son aprovechadas de nuevo por los productores. Los descomponedores más m importantes del ecosistema son las bacterías as y los hongos

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9 Estructura trófica de la biocenosis En la biocenosis se puede diferenciar una serie de niveles tróficos. Cada nivel trófico agrupa a todas aquellas especies que tienen el mismo tipo de alimentación, que siempre es una dieta a base de especies del nivel inmediatamente inferior. Así, el flujo de materia y energía pasa de un nivel trófico al siguiente. Se acepta, en general, que un nivel aprovecha como mucho el 10% de la energía del nivel anterior. Es decir, si partimos de 100 unidades de energía en los productores primarios, los fitófagos solo tendrán 10, los zoófagos de primer orden 1 y los de segundo orden 0,1; es decir, mil veces menos que el nivel inicial. Cada nivel trófico representa un eslabón de la cadena; pero, como en cada transferencia entre los seres vivos se pierde una gran cantidad de energía (en torno el 90 %), los eslabones son limitados (tres, cuatro o, a lo sumo, cinco). Dentro de cada nivel trófico, según cómo produzcan, obtengan o transformen los nutrientes, a los seres vivos se les puede denominar de diferentes formas, como se recoge en el siguiente esquema:

10 Algunos ejemplos de seres vivos y su tipo de alimentación: autótrofa, herbívora, carnívora, omnívora... Diferentes organismos y su tipo de alimentación: el helecho es autótrofo, el lagarto ocelado carnívoro, el oso omnívoro, etc.

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13 Dinámica de los Ecosistemas La Representación de la estructura trófica de un ecosistema (quien se come a quien), se puede realizar de varias formas: CADENA TRÓFICA RED TRÓFICA

14 APRENDE A TRABAJAR EN CIENCIAS CADENA TRÓFICA. FICA.- En todos los ecosistemas, unos organismos se alimentan de otros, de forma que el alimento circula en una dirección determinada. La representación n lineal que muestra la dirección n que sigue el alimento en el ecosistema es una cadena trófica. Ejemplo: las hierbas (productores) alimentan a los saltamontes (consumidores primarios); estos, a las serpientes (consumidores secundarios), y estas, a los halcones (consumidores terciarios). En una cadena trófica, las flechas nos indican el sentido en el que fluye el alimento.

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16 Cadenas y redes tróficas -Las cadenas y redes tróficas son representaciones gráficas lineales del flujo de energía entre los niveles tróficos. Indican mediante flechas quién suministra la energía y quién la consume: parten de quien es consumido y apuntan hacia el organismo que consume. Dependiendo del primer eslabón de la cadena trófica, se pueden distinguir dos tipos: Cadenas de los herbívoros. Su primer eslabón siempre es un productor. De él se alimentan los herbívoros, y de estos, otros organismos. Cadenas de los detritus. El primer eslabón son los restos de cualquier ser vivo. De ellos se alimentan los detritívoros, y de estos, otros organismos, generalmente microscópicos. Pero en los ecosistemas cada especie puede ser consumida por una gran variedad de organismos y, a su vez, comer una gran diversidad de alimentos. Por ello, las relaciones lineales se convierten en un entramado de flechas que nos recuerdan el trenzado de una red. Cuando la representación gráfica de las relaciones tróficas entre las especies de un ecosistema forma un entramado de relaciones alimentarias, la denominamos red trófica. Las redes tróficas describen la realidad mejor que las cadenas tróficas, pero pueden ser sumamente complejas.

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20 REDES TRÓFICAS. FICAS.- Una red trófica o alimentaría a es una representación n de las relaciones alimentarias de los organismos del ecosistema y, por tanto, está constituida por numerosas cadenas tróficas interconectadas. Por ejemplo, un productor como la hierba no solo alimenta a los saltamontes, sino también n a otros muchos organismos (ratones, lombrices de tierra, etc.). Por su parte, los saltamontes son presa de numerosos depredadores (jilgueros, patos, ranas ) además s de las serpientes. A su vez, las serpientes son presas de varias aves rapaces. En los ecosistemas, existen innumerables cadenas tróficas que comparten muchos eslabones.

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25 ACTIVIDADES PÁGINA P Representa, mediante flechas, la cadena trófica constituida por los organismos siguientes: hormiga, cardo, águila, culebra, lagartija. 2.- Escribe en tu cuaderno cuatro cadenas tróficas de la red trófica que se muestra en la ilustración n. 3.- Añade tres especies nuevas a la red trófica anterior. 4.- Construye una red trófica con las siguientes cadenas tróficas de un determinado ecosistema: A) Hojas de mastranzo, caracol, paloma torcaz y halcón. B) Cebada, liebre y lince. D) Alfalfa, conejo, zorro.

26 SOLUCIÓN N ACTIVIDADES PÁGINA P Cardo hormiga lagartija culebra águila. 2.- A) Planta insecto ave insectívora ave rapaz. B) Algas alevines de pez pez garza. C) Planta insecto pato. D) Planta insecto rana culebra ave rapaz. 3.- Se pueden añadir a adir otras especies como el cangrejo, la araña, a, la mantis religiosa, el martín pescador.

27 4.-Una de las diversa redes que podemos hacer es la siguiente: Hojas de Cebada Grama Alfalfa mastranzo Caracol Liebre Conejo Paloma Torcaz Halcón n Tejón n Lince Zorro

28 12.4. EL FLUJO DE ENERGÍA A Y DE MATERIA EN EL ECOSISTEMA EL FLUJO DE ENERGÍA A EN EL ECOSISTEMA.- El funcionamiento de un ecosistema requiere energía a a fin de mantener su organización, n, ya que esta es necesaria para que todos los organismos de la biocenosis realicen adecuadamente sus funciones vitales. La primera energía a que se incorpora en el ecosistema procede del Sol, que es utilizada por los productores para realizar la fotosíntesis. La energía acumulada en los tejidos de estos organismos fluye hacia los demas niveles tróficos. La actividad de todos los seres vivos genera calor que se designa al medio.

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31 El flujo de energía en los ecosistemas -Los seres vivos de una biocenosis captan materiales y energías del exterior para usarlos y transferirlos a otros seres vivos. Por tanto, las biocenosis ecológicas son sistemas naturales abiertos que intercambian su energía con el exterior. Cómo utilizan los ecosistemas la materia y la energía? Un ecosistema es uno de los «métodos» de este planeta que sirve para captar energía, y para utilizarla en las reacciones químicas de los seres vivientes. Gracias a esta energía, los organismos viven; es decir, son capaces de desarrollar todas las reacciones químicas que intervienen en las funciones de relación, reproducción, nutrición... Se dice que la energía fluye entre los seres vivos de un ecosistema porque se reutiliza una vez que alguno de aquellos la ha usado en sus reacciones químicas. Cuando esto sucede, la energía se degrada, pierde utilidad, transformándose en calor. Por el contrario, los elementos químicos materiales siempre son útiles: son transferidos de unos a otros, reutilizados una y otra vez por todos y en el propio biotopo de cada ecosistema; se dice que siguen ciclos biogeoquímicos. Los ecosistemas son sistemas casi cerrados para la materia.

32 CÓMO FLUYE LA ENERGÍA A EN EL ECOSISTEMA LOS PRODUCTORES.- Solo utilizan una pequeña a parte de la energía a solar que incide en la superficie terrestre. Gracias a la fotosíntesis, estos seres transforman la energía luminosa del Sol en moléculas ricas en energía a química (hidratos de carbono). LOS CONSUMIDORES.- Utilizan una pequeña a parte de la energía a química contenida en los alimentos (tejidos de otros organismos). LOD DESCOMPONEDORES.- Son seres que aprovechan la energía a química que está en los restos de otros organismos. La actividad de todos los seres vivos produce calor, que es transferido al medio y se pierde, por lo que esta energía calorífica ya no podrá ser utilizada por ningún n organismo.

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34 Intercambios entre biotopo y biocenosis. En cualquier ecosistema hay dos actividades vitales imprescindibles: la fotosíntesis (quimiosíntesis, excepcionalmente) y la descomposición-degradaci degradación. Mediante la primera se consigue incorporar materia y energía a desde el biotopo hacia la biocenosis. Los organismos descomponedores transfieren la materia desechada por los seres vivos (cadáveres, excrementos, fragmentos...) hacia el biotopo de su ecosistema y se aprovechan de los últimos restos de energía que quedan en ellos.

35 Desde el biotopo hacia los seres vivos. La fotosíntesis es el principal proceso bioquímico que consigue pasar materiales desde el biotopo hasta la biocenosis de un ecosistema. Una vez incorporados como parte de los organismos autótrofos, los heterótrofos (por ejemplo, los animales) solo tienen que aprovecharse de aquellos; con la existencia de pequeñas cantidades de agua, todo está preparado para que el ecosistema entero comience a funcionar. Además, siempre habrá animales depredadores, carnívoros, que seguirán aprovechando los materiales de otros. Hay ecosistemas excepcionales (por ejemplo, las profundidades marinas) que carecen de vegetales productores porque no disponen de luz. Los encargados de conseguir materia a partir del biotopo son los microorganismos quimioautótrofos.

36 La desintegración. Los vegetales podrían terminar con los recursos del suelo al cabo de cierto tiempo; además, los cadáveres, excrementos, residuos, etc., podrían ir envenenando poco a poco el ecosistema. Estas son dos dificultades que los ecosistemas deben resolver para perdurar. Disponen de un buen método: la existencia de organismos descomponedores, especialmente en sus suelos, pero también en el agua o en los fondos acuáticos. Descomponer es desintegrar, desordenar las uniones entre átomos y moléculas existentes en los restos de organismos. Al desorganizarlos, quedan libres y pasan de nuevo a ser parte del suelo, recuperándose así para un nuevo uso. Los hongos son algunos de ellos. Los procesos de descomposición les proporcionan, además, cierta cantidad de energía, liberada al romperse dichas uniones entre átomos, la cual es suficiente para que vivan esos microbios. Existen otros muchos que no necesitan el oxígeno para vivir, sino que descomponen la materia orgánica (restos de seres vivos) en su ausencia; se les denomina anaerobios fermentadores. Por ejemplo, las bacterias del yogur o del queso son de este tipo. Se cierran así los ciclos de uso de todos los elementos químicos que forman parte de los seres vivos de los ecosistemas. Prácticamente, toda la materia se recicla dentro de ellos. No se necesitan nuevas materias, porque tampoco se pierden. Es un constante trasiego desde el biotopo hasta la biocenosis y viceversa.

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38 Pelos absorbentes Las raíces de las plantas cuentan con pelos absorventes que transfieren al interior el agua y las sales minerales del suelo. Los pelos absorbentes de las raíces se encargan de captar agua y sales minerales del suelo transfiriéndolas al interior de la planta.

39 TRANSFERENCIA DE MATERIA Y ENERGÍA EN LAS REDES TRÓFICAS. PIRÁMIDES TRÓFICAS: La cantidad de materia que se encuentra en un ecosistema en un momento m dado se llama biomasa. Esta cantidad se puede representar gráficamente por un rectángulo cuyo tamaño o es proporcional al valor de la biomasa.

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42 Esquema de flujos de energía dentro de una cadena alimentaria en un ecosistema terrestre y matriz con los parámetros. Modelo de compartimento del sistema que representa el funcionamiento energético del sistema.

43 EL CICLO DE LA MATERIA En los ecosistemas, la materia describe un movimiento cíclico, c clico, ya que todos los intercambios tienen lugar entre los diferentes componentes, ntes, tanto abióticos como bióticos. EL RECORRIDO DE LA MATERIA EN LOS NIVELES TRÓFICOS: -LOS PRODUCTORES. Fijan la materia inorgánica nica del medio (CO 2, agua y sales minerales) y la transforman en materia orgánica, que será el alimento del nivel trófico siguiente (los consumidores primarios). -LOS CONSUMIDORES. La materia producida por los consumidores primarios será utilizada por los consumidores secundarios cuando estos se alimenten; la materia de los consumidores secundarios será aprovechada por los consumidores terciarios; y así,, sucesivamente, hasta llegar al último nivel de consumidores del ecosistema. -LOS DESCOMPONEDORES. Se encargan de transformar los cadáveres y los restos orgánicos (hojas, excrementos, etc.) en numerosos productos que se reincorporan en el medio físico: f sales minerales (nitratos, fosfatos, sulfatos ), dióxido de carbono, amoniaco, etc.

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45 Ciclo del Carbono El carbono es elemento básico b en la formación n de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados entre sí. s. La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración n de más m s del 0,03% y cada año a o aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido drido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años. a La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración n la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría a parecer, los animales más m s visibles. Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la de otros gases, como el O2 o el N2, porque reacciona con el agua formando ácido carbónico. En los ecosistemas marinos algunos organismos convierten parte del CO2 que toman en CaCO3 que necesitan para formar f sus conchas, caparazones o masas rocosas en el caso de los arrecifes.. Cuando estos organismos mueren sus caparazones se depositan en el fondo formando rocas sedimentarias calizas en el que el C queda retirado del ciclo durante miles y millones de años. a Este C volverá lentamente al ciclo cuando se van disolviendo las rocas. El petróleo leo, carbón y la materia orgánica acumulados en el suelo son resultado de épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a la atmósfera del que se tomaba. Así apareció el O2 en la atmósfera. Si hoy consumiéramos todos los combustibles fósiles f almacenados, el O2 desaparecería a de la atmósfera. Como veremos el ritmo creciente al que estamos devolviendo CO2 a la atmósfera, por la actividad humana, es motivo de preocupación n respecto al nivel de infecto invernadero que puede estar provocando, con el cambio climático consiguiente.

46 Ciclo del Carbono Atmósfera Biomasa vegetal y animal Detritos/materia orgánica del suelo

47 Ciclo del Oxígeno El oxígeno es el elemento químico más m s abundante en los seres vivos. Forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas nicas.. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética tica de primitivos organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica t para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía a ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. c Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía v a de obtención n de energía a mucho más m s eficiente que la anaeróbica bica.. La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución n del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario. Otra parte del ciclo natural del oxígeno o que tiene un notable interés s indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión n en ozono.. Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción n es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2.

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49 Ciclo del Nitrógeno Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis s de proteínas nas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría a de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias). Esas bacterias y algas cianofíceas ceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papel muy importante te en el ciclo de este elemento al hacer la fijación n del nitrógeno geno.. De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas. El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) ) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis s de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales. En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión i n amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van n a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias. Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos n de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes es para hacer un abonado natural de los suelos. Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificaci ificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la atmósfera. A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos s que escasean y que es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos años se usaron productos naturales ricos en nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis s artificial de amoniaco por el proceso Haber fue posible fabricar abonos nitrogenados que se emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura. Como veremos su mal uso produce, a veces, problemas de contaminación n en las aguas: la eutrofización.

50 Ciclo del Nitrógeno Nitrógeno Componente esencial de las proteínas y de la atmósfera Estado gaseoso(n 2 ) Debe fijarse para su utilización Acción química de alta energía Biológico Radiación cósmica Relámpagos y rayos Bacterias fijadoras de nitrógeno