BLOQUE 6.- CICLOS DE MATERIA LA ECOSFERA I.- CICLOS DE MATERIA EN LOS ECOSISTEMAS. LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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1 BLOQUE 6.- CICLOS DE MATERIA LA ECOSFERA I.- CICLOS DE MATERIA EN LOS ECOSISTEMAS. LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS En los ecosistemas, la energía va pasando de unos niveles tróficos a otros y en cada transferencia de energía se va perdiendo una cantidad (regla del 10%). Es lo que se denomina flujo de energía. En cambio, la materia en los ecosistemas, va pasando desde el medio ambiente (atmósfera, hidrosfera, litosfera) a los seres vivos y de éstos de nuevo al medio ambiente, siguiendo un ciclo, en el que juegan un papel importante los descomponedores (bacterias y hongos), que transforman la materia orgánica en inorgánica, que se incorpora al suelo. A estos ciclos se les denomina ciclos biogeoquímicos. La energía que los mueve directa o indirectamente el la del sol. Los ciclos más importantes son: -Ciclo del Oxígeno, que está en la atmósfera como O 2. -Ciclo del Carbono, que está como CO 2, CO y CH 4. -Ciclo del Nitrógeno, que está en forma de N 2, NH 3 y NO X (NO, NO 2 y N 2 O). La principal reserva está en la atmósfera, en forma de N 2. -Ciclo del Fósforo (P) en forma de fosfato PO Ciclo del Azufre (S) en forma de SO 4 2-, SO 2 y H 2 S. El tiempo que permanecen los elementos químicos en los distintos medios es variable, denominándose almacén o reserva al lugar donde su permanencia es máxima. El fósforo y el azufre son nutrientes sedimentarios. El fósforo y el azufre tienden a acumularse sobre todo en los sedimentos oceánicos o lagos profundos, formando parte de la litosfera. Esto provoca que sean inaccesibles para los seres vivos, por ello ejercen una influencia limitante, mucho mayor que los nutrientes gaseosos. Los procesos de meteorización liberan lentamente los elementos presentes en las rocas y los incorporan al suelo. Si la liberación es muy lenta, como ocurre con el fósforo, se considera recurso no renovable. Los ciclos biogeoquímicos se encuentran regulados por procesos de retroalimentación, pero las actividades humanas tienden a acelerar estos ciclos, poniendo en peligro el equilibrio en el que están. CICLO DEL CARBONO El carbono es incorporado en forma de CO 2 por los productores mediante la fotosíntesis. Los consumidores incorporan el carbono al alimentarse de los productores, y los descomponedores lo hacen al actuar sobre los cadáveres y los productos de desecho. El proceso respiratorio de productores, consumidores y descomponedores devuelve la mayor parte del carbono al medio en forma de CO 2. Una parte del carbono queda precipitada, en conchas y en esqueletos formados por algunos animales marinos. Cuando estos organismos mueren caen al fondo, reingresando el C muy lentamente al ciclo. 11

2 Otra parte del carbono es retenida en la corteza terrestre durante largos periodos en forma de roca caliza y de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural), que será liberado a la atmósfera cuando estos sean quemados. ATMÓSFERA E HIDROSFERA CO 2 Descomposición bacteriana de cadáveres Fotosíntesis Respiración PLANTAS VERDES Carbono orgánico (glúcidos, lípidos, prótidos) Cadáveres Carbones y petróleo SUELO Respiración ANIMALES Carbono orgánico (glúcidos, lípidos, prótidos) Combustiones de carbones y petróleo Los humanos estamos interviniendo en el ciclo del carbono de dos maneras: - Eliminación de bosques y otra vegetación sin replantación suficiente, lo que deja menos vegetación para absorbe CO 2. - Utilización de combustibles fósiles que contienen carbono y combustión de madera más rápido de lo que puede volver a reproducirse. Esto produce CO 2 que fluye a la atmósfera. 12

3 CICLO DEL NITROGENO La atmósfera está constituida en un 79% por nitrógeno, pero sólo algunas bacterias (Clostridium, Rhizobium y Azotobacter) y algunas cianofíceas (Anabaena y Nostoc) son capaces de aprovecharlo. El proceso de fijación del nitrógeno que realizan consiste en combinar el nitrógeno atmosférico (N 2 ) con hidrógeno (H 2 ) para formar amoníaco (NH 3. ) Rhizobium leguminosarum es una bacteria simbiótica que se encuentra en unos nódulos que hay en las raíces de las leguminosas. Parte del nitrógeno fijado lo cede a las plantas en forma de un componente soluble en el citoplasma celular, En el caso de Clostridium y Azotobacter, que son bacterias del suelo, el amoníaco queda acumulado en él. La acción de los decomponedores sobre los cadáveres y los productos de desecho del metabolismo de productores y consumidores enriquecen el suelo en amoníaco. Este proceso se denomina amonificación. Casi todo el amoníaco que llega al suelo pasa rápidamente a ión nitrato por la acción quimiosintética de algunas bacterias. Este proceso se denomina nitrificación y ocurre en dos etapas: las bacterias del género Nitrosomonnas transforman el amoniaco en ión nitrito (NO 2 - ) (nitrosación) y las del género Nitrobacter transforman el ión nitrito (NO 2 - ) en ión nitrato (NO 3 - ) (nitratación), que constituye la fuente principal de nitrógeno disponible en el suelo para las plantas superiores. Existe un proceso perjudicial para la agricultura denominada desnitrificación, que consiste en la transformación del (NO 3 - ) en (NO 2 - ) y de éste en N 2 que pasa al aire. Dicha transformación la realizan las bacterias del género Pseudomonas. Así se completa el ciclo del nitrógeno. ATMÓSFERA N 2 Bacterias desnitrificantes. Sin O 2 PLANTAS Nitrógeno orgánico (proteínas) Fotosíntesis del nitrógeno ANIMALES Nitrógeno orgánico (proteínas) Descargas eléctricas Fijación por quimiosíntesis NO 3 NO 2 NH 3 Bacterias nitrificantes. Con O 2 SUELO Los humanos intervenimos en el ciclo del nitrógeno en varias maneras: - La emisión de grandes cantidades de óxido nítrico a la atmósfera al quemar madera o cualquier combustible. Que puede reaccionar con el vapor de agua de la atmósfera para formar ácido nítrico (HNO 3 ), que es un componente de la lluvia ácida. - La emisión de óxido nitroso (N 2 O) que es un gas invernadero, por acción de bacterias sobre fertilizantes y desechos del ganado. 13

4 - La extracción minera de compuestos con nitrato y amonio para su uso como fertilizantes inorgánicos comerciales. - Agotamiento de nitrato y amonio por la cosecha de cultivos ricos en nitrógeno. - Adicción de exceso de nitrato y amonio a los ecosistemas acuáticos, que provoca la eutrofización de las aguas. CICLO DEL FOSFORO El fósforo se halla en la corteza terrestre como componente de diversos materiales. Por efecto de la meteorización química se transforma en ión ortofosfato (PO 4 3- ), que es transportado en disolución por las aguas. Una parte permanece en el suelo y otra parte llega al mar. Las plantas absorben únicamente el fósforo que está en la solución del suelo en forma de ión fosfato, y de éstas toman el fósforo los animales. Dicho elemento entra como componente en los ácidos nucléicos, en el ATP, en los esqueletos, etc. El fósforo que ha sido transportado al mar es incorporado en parte por las plantas y animales marinos, y la mayoría precipita, desintegrándose. Los cadáveres de los seres vivos, se descomponen por efecto de los organismos descomponedores, liberándose así el fósforo. En el fondo del mar se acumulan grandes cantidades de este elemento. Son las llamadas trampas de fósforo porque, al acumularse éste en los sedimentos marinos, queda fuera del alcance de los seres vivos. El hombre, para abonar los campos, debe limitarse a los yacimientos minerales de fosforitas (que también proceden de antiguas cuencas sedimentarias marinas.) Así mismo, puede recurrir al guano, excrementos de aves marinas, generalmente pelicaniformes, que éstas dejan en grandes cantidades en los acantilados (los denominados "cabos blancos".) Los humanos intervienen en el ciclo del fósforo principalmente de dos maneras: - Extrayendo por minería grandes cantidades de rocas que contienen fosfatos para producir fertilizantes inorgánicos, lo que está originando que cada vez aumente más la trampa de fósforo. 14

5 - Añadiendo exceso de fosfato a los ecosistemas acuáticos provocando su eutrofización. 15

6 DINÁMICA DEL ECOSISTEMA: SUCESIÓN ECOLÓGICA Y CLIMAX. Se denomina sucesión ecológica a las etapas por las cuales pasa una comunidad a lo largo del tiempo, hasta llegar a una comunidad estable denominada comunidad clímax. Cada una de las distintas comunidades que se suceden se denomina etapa serial, y el conjunto de todas esas etapas recibe el nombre de serie. Las sucesiones ocurren a lo largo de grandes periodos de tiempo, que suponen la maduración del ecosistema con el transcurso del tiempo. Se distinguen dos tipos de sucesiones: 1. Sucesión primaria: Cuando el nuevo territorio no ha sufrido anteriormente la influencia de una comunidad (se inicia en un área en la que antes no existían organismos). Por ejemplo, las dunas de arena recién formadas, nuevas rocas magmáticas formadas después de una erupción volcánica o el terreno descubierto al retirarse un glaciar. En primer lugar, el sustrato es colonizado por musgos, líquenes y algunas especies herbáceas de raíces superficiales, denominados organismos pioneros, oportunistas, que aportan materia orgánica y favorecen la degradación superficial de la roca, enriqueciendo el suelo. Poco a poco se va formando el horizonte A que permite la existencia de plantas de mayor porte, inicialmente se forma un pastizal y más adelante aparecen arbustos, formando un matorral. Si el clima lo permite, empezarán a aparecer especies arbóreas que acabarán formando un bosque típico de la zona, bosque mixto, robledal, hayedo, encinar, etc. El resultado final, es que el ecosistema alcanza su máximo grado de desarrollo, en el que la complejidad es máxima y en la que el ecosistema está en equilibrio con el medio que le rodea, constituyendo la etapa clímax. Al mismo tiempo que evoluciona la vegetación, la zona es colonizada por los consumidores correspondientes, cada vez en mayor nº y tamaño, formando redes tróficas cada vez más complejas. Simultáneamente a la vegetación, el suelo también evoluciona, pasando por diferentes etapas cada vez de mayor complejidad, pasando de ser un suelo con horizonte C, después con horizontes A y C y finalmente un suelo evolucionado o maduro, con horizontes A, B y C. 2. Sucesión secundaria: Se produce cuando la vegetación de una zona ha sido eliminada de forma total o parcial, pero queda un suelo bien desarrollado con semillas y esporas (ya habían existido organismos anteriormente.) Son causas de sucesión secundaria la pedida de los árboles por enfermedades, incendios forestales, abandono de cultivo. En este caso, dicho campo es bombardeado por semillas de numerosas plantas y será ocupado por aquellas que germinan más rápidamente. En un campo abierto, estas plantas son las que sobreviven a la luz solar y vientos secos (hierbas, gramíneas), posteriormente será colonizado por árboles como cedros, álamos y abedules que también subsisten en estas condiciones. Por algún tiempo, estas plantas dominan el bosque, pero finalmente se eliminarían a sí mismas debido a que sus plántulas no pueden competir en la sombra formada por los árboles paternos; así irán apareciendo especies que sí se desarrollan en estas condiciones de sombra (robles, arces rojos y fresnos.) A medida que el bosque madura, estos árboles crecen más y finalmente impiden de tal manera el paso de la luz que incluso sus propias plántulas no pueden crecer. En estas condiciones los únicos árboles que pueden crecer son aquellos que sobreviven con muy poca cantidad de luz como por ejemplo las hayas, que toman posesión del bosque. 16

7 CAMBIOS QUE SE PRODUCEN EN LA SUCESIÓN (primaria y secundaria) 1. Un aumento progresivo de la diversidad de especies, lo que supone más disponibilidad de nichos ecológicos, de forma que cualquier cambio importante no va a afectar al ecosistema como un todo. 2. Se van sustituyendo progresivamente las especies estrategas de la r, por especies estrategas de la K. 3. Un aumento de la complejidad estructural, aumentando el número de niveles tróficos y la complejidad de las redes tróficas. 4. Incremento de la biomasa: manifestándose sobre todo en organismos o partes de organismos con metabolismo bajo. Por ejemplo, la madera que aumenta progresivamente según avanza la sucesión. 5. Tendencia hacia la estabilidad metabólica: El estado de estabilidad metabólica sólo se logra al final de la sucesión. La producción bruta va aumentando, pero también aumenta la respiración, con lo que la producción neta global tiende a ser cero. 6. Tanto si una sucesión es primaria como secundaria, vemos que los estadios finales tienden a conseguir un equilibrio, este será máximo cuando los individuos que mueren son sustituidos por otros de la misma especie; estaríamos en un estado de máxima biomasa en el que la variedad de especies y las relaciones entre unas y otras serían máximas. Esta comunidad estable es lo que denominamos comunidad clímax y está determinada por las características físicas del medio. En regiones donde las características físicas son desfavorables, como en la tundra, los procesos de la sucesión tiene pocos estadios y la comunidad clímax es simple, alcanzándose rápidamente. En otras condiciones físicas mejores, como en una sucesión de campos abandonados puede durar de 100 a 300 años, por ello, es posible que el proceso de sucesión no llegue nunca a su término, ya que durante este tiempo la probabilidad de que se produzcan incendios o huracanes son altas. La comunidad clímax es muy estable, debido a que todos los nichos ecológicos del ecosistema se encuentran cubiertos estableciéndose entre ellos una compleja red de interdependencias tróficas y ambientales. Los nutrientes se reciclan de modo regular y los individuos de cada especie tienden a mantenerse constantes. Se trata de un equilibrio dinámico. PERDIDA DE BIODIVERSIDAD EN LOS ECOSISTEMAS A finales del siglo XX y principios del XXI, aún no somos capaces de cuantificar, ni siquiera aproximadamente, el número de especies que comparten el planeta Tierra con nosotros. Esto no es obstáculo, sin embargo, para que con nuestra actuación como especie hayamos puesto en marcha el más rápido proceso de destrucción de formas vivas de que tengamos constancia. Los más fiables pronósticos científicos acerca de la extinción de formas genéticas diferentes que se producirían en los próximos años, de continuar nuestro modo de entender el desarrollo, revelan una situación alarmante cuyas consecuencias son impredecibles Ignorar que nuestro destino es el mismo que el del resto de las comunidades vivas con las que compartimos la Tierra es una estupidez peligrosa 1. 1 "10 Preguntas y un convenio para una situación desesperada: la conservación de la biodiversidad". José Antonio Pascual Trillo. Edt. Amigos de la Tierra. 17

8 CONCEPTO DE BIODIVERSIDAD "Por diversidad biológica se entiende la variabilidad de organismos vivos de cualquier fuente, incluidos, entre otras cosas, los ecosistemas terrestres y marinos y otros ecosistemas acuáticos y los complejos ecológicos de los que forman parte; comprende la diversidad dentro de cada especie, entre las especies y de los ecosistemas" 2 Este concepto contiene tres ideas básicas: son los llamados componentes de la biodiversidad: - Diversidad de los Ecosistemas: variedad de sistemas ecológicos diferentes. - Diversidad de Especies: entidades biológicas naturales en las que la característica fundamental es la capacidad de intercambio genético. - Diversidad Genética: la variabilidad de genes que las especies contienen en sus poblaciones e individuos, que les hace ser ligeramente diferentes unos de otros y, con ello, les permite evolucionar y, en su caso, adaptarse a los cambios del medio. DISTRIBUCIÓN DE LA BIODIVERSIDAD La biodiversidad no se distribuye de forma regular sobre la Tierra, generalmente tiende a crecer según nos acercamos a las zonas tropicales. Los bosques tropicales y los arrecifes de corales presentan el mayor grado de diversidad conocido. Ello se debe, sobre todo al clima y a razones de tipo biogeográfico. Al menos la mitad de las especies del mundo se encuentran en los bosques tropicales húmedos, un tipo de ecosistemas que no alcanza a cubrir el 6% de la superficie terrestre. En una superficie del tamaño de diez campos de fútbol ubicado en las selvas de Borneo se pueden encontrar más especies de árboles que en todo el continente norteamericano. En un solo árbol del Perú se han llegado a contabilizar un número de especies de hormigas similar al total de las que habitan en todas las islas Británicas. Panamá, con una superficie más de 6 veces menor que la española, contiene un número identificado de vertebrados terrestres más de dos veces y media superior al español (1424 frente a 534) y eso que España es uno de los enclaves de Europa con mayor biodiversidad. ORIGEN DE LA BIODIVERSIDAD La biodiversidad es el fruto de millones de años de evolución, resultado de adaptación de la vida a los distintos ambientes y fruto de la selección natural. Proceso descrito básicamente por Charles Darwin. IMPORTANCIA DE LA EXISTENCIA DE LA BIODIVERSIDAD De forma resumida se podría decir que sin ella la vida humana sobre la Tierra sería imposible. De la biodiversidad dependen: a) La fotosíntesis: la diversidad vegetal posibilita la realización de la fotosíntesis en múltiples ecosistemas. De ella, a su vez, depende: 2 Artículo 2 del Convenio Internacional sobre la Diversidad Biológica. Conferencia de Naciones Unidad sobre Medio Ambiente y Desarrollo. Río de Janeiro

9 - La producción primaria: síntesis de materia orgánica a partir de la luz solar, agua y CO 2. Base de toda red trófica de los ecosistemas, incluyendo al hombre. - Producción de oxígeno y eliminación del CO 2, con lo que los organismos aerobios no podrían realizar su respiración. Ello, además, contribuye al mantenimiento de la composición gaseosa de la atmósfera y a la estabilidad climática. b) La formación y el mantenimiento de los suelos: sin ellos no existirían las plantas y sin ellas no existiría la vida. c) Los ciclos biogeoquímicos: mecanismos naturales de reciclado de la materia, entre los que destacan la mineralización y saneamiento de los productos orgánicos de desecho. La ausencia de microorganismos, hongos, artrópodos y otros invertebrados implicaría la inmediata inhabitabilidad de la biosfera solo por la interrupción de esta función. d) Los flujos energéticos a lo largo de los distintos componentes de la biocenosis. e) La polinización y diseminación de semillas. f) El control de la erosión del suelo. g) Determinados fenómenos simbióticos: - Fijación de nitrógeno atmosférico. - Micorrizosis: simbiosis entre vegetales, sobre todo árboles, y hongos. - Digestión simbiótica: bacterias en el intestino. h) Control de poblaciones: la biodiversidad contribuye al mantenimiento de toda una serie de ajustes entre las distintas poblaciones lo que evita crecimientos explosivos de alguna de ellas. i) La alimentación humana y la obtención de productos farmacéuticos. - La alimentación humana depende en un 99% de sustancias producidas directamente por los seres vivos. - Más del 40% de todos los medicamentos comercializados provienen directamente de sustancias proporcionadas por los seres vivos. Cuantos nuevos productos farmacéuticos, alimentarios o industriales obtenidos directamente o a través de la utilización de la biotecnología sobre el potencial genético procedente de la biodiversidad se perderán con la desaparición de nuevas especies, hoy todavía desconocidas? De todas formas, cabe hacerse la siguiente pregunta: Toda la biodiversidad es necesaria? Resulta imposible determinar cuál es la capacidad de reducir la diversidad mundial sin atentar contra la estabilidad ecológica. Eliminar una especie puede parecer, a priori, una cuestión que no debe afectar gravemente a casi nada. Dos, quizás tampoco, pero cuándo parar? Qué especies pueden desaparecer sin notarse apenas y cuales causarían graves percances inmediatos? Hasta dónde se puede reducir la superficie de bosques originales sin afectar a su capacidad de estabilización climática?. No tenemos una sola respuesta a ninguna de estas cuestiones y, sin embargo, seguimos destruyendo formas de vida. Se deben destruir insectos, ácaros, sanguijuelas, víboras etc.? Sabemos que numerosas especies vegetales tropicales comerciales tienen una única especie de insecto polinizador sin el cual su existencia acabaría en una generación. Otras especies contribuyen al control del crecimiento de determinadas poblaciones y se desaparición podría traer consecuencias ecológicas impredecibles (víbora y ratones) 19

10 PRINCIPALES CAUSAS DE LA DESAPARICIÓN DE ESPECIES La extinción de las especies depende en un 99% de causas producidas por el hombre. Unas especies están desapareciendo al año y de seguir con el ritmo actual la cuarta parte de todas las especies desaparecerá en un plazo de unos 30 años. La mayor tragedia en la pérdida de la biodiversidad corresponde al proceso de destrucción de los ecosistemas más ricos en ella: los bosques tropicales. Se estima que unos 20 millones de hectáreas de bosques tropicales desaparecen cada año por tala o quema. Esto supone una superficie tal que representa la desaparición, cada dos años y medio, de un territorio, donde se alberga más de la mitad de todas las especies de la tierra, similar al total de España. La mayor parte de las especies que hoy desaparecen son desconocidas Realmente se ha pasado de una situación en la que la extinción de especies estaba liderada por mecanismos de acoso directo: caza y pesca, fundamentalmente, a la actualidad, en donde es el deterioro global de la biosfera el que preside la amenaza sobre la biodiversidad. Las especies desaparecen porque sus medios naturales de vida se degradan o desaparecen. Entre las principales causas humanas destacamos: 1) Deterioro, destrucción y fragmentación de los hábitats. - Desecación de humedales. - Creación de autopistas (osos asturianos). - Destrucción de bosques. - Canalización de ríos. - Grandes embalses que inundan selvas y valles. 2) Introducción de especies exóticas. - Cangrejo Americano en Europa. - Conejos en Australia 3) Sobreexplotación de especies. - Deforestación (tala masiva de bosques tropicales). - Sobrepesca. - Caza excesiva. - Recolección de determinadas plantas (medicinales, etc.) 4) Contaminación de suelos, aguas y atmósfera. 5) Cambio climático 6) Industrialización e intensificación agrícola y forestal. - Extensas superficies de monocultivos atiborrados de plaguicidas y fertilizantes. - Plantaciones forestales de especies de rápido crecimiento en lugares inadecuados y con métodos destructores del medio natural. 20

11 CONSECUENCIAS DE LA PÉRDIDA DE LA BIODIVERSIDAD Junto con todo lo anteriormente descrito: - Desertificación. - Inundaciones: consecuencia de la deforestación. Levante español. En Bangladesh por la deforestación del Himalaya. - Hambre en el mundo. Toda pérdida de la biodiversidad: la degradación de un bosque, la pérdida de una especie, la desaparición de una raza autóctona, etc. conlleva una pérdida de nuestra calidad de vida, de nuestras expectativas de vivir mejor y un aumento de la ya larga cuenta negra de nuestra responsabilidad ética para con nuestros descendientes. QUÉ PODEMOS HACER PARA EVITARLA? Es preciso corregir el sistema de desarrollo y aplicar un nuevo modelo conocido como "desarrollo sostenible". Ya que existe un instrumento para ello : Convenio sobre la Diversidad Biológica, creado en La Conferencia de Naciones Unidas sobre Medio Ambiente celebrada en Río de Janeiro en 1992, firmado por 160 Estados, que todos los estados lo suscriban y sobre todo que lo cumplan. De forma más concreta, se citan a continuación diferentes actuaciones para la protección de las distintas especies: a. Protección de especies en peligro de extinción: catalogación de las distintas especies en peligro de extinción, establecimiento de una legislación para su protección y cumplimiento de la misma, tanto a nivel nacional como internacional. Se deberá evitar el comercio indiscriminado de las mismas. b. Establecimiento de sistemas de explotación sostenible: leyes de caza y pesca, establecimiento de cotos y períodos de veda que eviten la sobreexplotación de las distintas especies animales y vegetales. c. Protección de los distintos ecosistemas: si queremos que una especie perdure, no solamente se debe de proteger a esa especie evitando su caza o captura, sino conservar sus hábitats naturales. A ello contribuye el establecimiento de Reservas de la Biosfera, Parques Nacionales y espacios protegidos. Estos, además, generan turismo, permiten la investigación científica y contribuyen al equilibrio natural. d. Creación de bancos de genes, jardines botánicos y fomento, para determinadas especies, de cría en cautividad: Aunque no es la mejor solución puede contribuir a la perdurabilidad de ciertas especies. e. A nivel personal, se deberá evitar el coleccionismo de especies vegetales o animales, tanto autóctonas como exóticas; la adquisición de animales de compañía en riesgo de extinción o la introducción de especies exóticas en nuestros hábitats. 21

12 BIODIVERSIDAD EN ESPAÑA España posee una gran variedad de climas y una orografía muy diversa en la que se encuentran montañas con nieves perpetuas en sus cumbres y una zona de especial interés, en cuanto a biodiversidad se refiere, que es el archipiélago Canario. Todo ello hace que sea el primer país europeo con más variedad de mamíferos y reptiles y el tercero en anfibios y peces. El territorio español cuenta con especies de plantas diferentes, se calcula que existen unas especies de hongos, líquenes y musgos y entre y especies de plantas vasculares (helechos y plantas con flores) que representan el 80% de las existentes en la Unión Europea. De este último grupo más de son plantas autóctonas, con unos endemismos únicos en el mundo, y otros 500 son endemismos compartidos con el Norte de África. En cuanto a la fauna, la Península Ibérica posee la mayor riqueza biótica de Europa occidental con especies animales, más del 50% de las especies existentes en la Unión Europea. De ellas, 770 especies son vertebrados, excluyendo los peces marinos. En las islas Canarias habitan, debido a su aislamiento, el 44% de especies animales endémicas. Además, España goza de una gran variedad de hábitats teniendo 121 tipos diferentes, lo que supone el 54% del total de hábitats existentes en toda la Unión. Especies Amenazadas: en España, como en otros lugares del planeta, son muchas las especies que se encuentran amenazadas (el 37% de los vertebrados) y el 7% en serio peligro de extinción, junto con un 15% de plantas susceptibles de desaparecer si no se toman las medidas para evitarlo. En España existen 16 especies en peligro crítico de extinción, como la foca monje, el lince ibérico, el sapillo balear ó ferreret, o el lagarto gigante que habita la isla de El Hierro. Entre las plantas se encuentran el acebo y la subespecie canaria del saúco, y entre los peces el esturión. 22

13 Otras 33 especies -como el pato malvasía o la tortuga boba- corren un grave riesgo de desaparecer, y otras 110 más (el drago canario o la avutarda, entre otras) son consideradas como vulnerables. Según los datos que arroja la Estrategia Española para la Conservación y el Uso sostenible de la Diversidad Biológica, España es el país comunitario que cuenta con un mayor número de plantas vasculares y vertebrados amenazados, según las categorías establecidas por la Unión Mundial para la Naturaleza, UICN. Para preservar la biodiversidad se hace imprescindible la protección de estas especies, animales o vegetales, cuya supervivencia ha sido puesta en peligro por la presión de la actividad humana, presión ejercida bien sobre la propia especie a través de su explotación o incluso persecución y envenenamiento, bien sobre el hábitat en que se desarrolla y de cuya conservación depende íntimamente. La protección de las mismas se realiza a través de leyes, reales decretos, acuerdos, convenios y estrategias, elaborados para tal fin. ESPECIES INVASORAS: Qué son? Las especies invasoras o alóctonas son animales, plantas u otros organismos introducidos por el ser humano en lugares fuera de su área de distribución natural y que han conseguido establecerse y dispersarse en la nueva región. Qué efectos producen en los ecosistemas? Producen cambios importantes en la composición, la estructura o en los procesos que ocurren en los ecosistemas naturales poniendo en peligro las especies autóctonas y por lo tanto la biodiversidad. Ejemplo de plantas invasoras en Asturias: Baccharis halimifolia Originaria de Florida, se introduce en Asturias a través de la Ría de Tinamayor. Se encuentra en marismas, bahías y rías. Coloniza nuevos territorios gracias al vilano de sus semillas, que favorece su dispersión por el viento. Una planta de dos metros puede producir medio millón de semillas. Sus raíces retienen los sedimentos por lo que pueden contribuir a acelerar el proceso de colmatación de las marismas. Muestra frecuentemente un comportamiento fuertemente invasor, resultando especialmente preocupante su presencia en las marismas de los ríos Sella y Navia y la ría de Villaviciosa (reserva en la que se ha prohibido su uso). Carpobrotus sp. (Uña de gato) Arenales y roquedos costeros. En las costas de Asturias y Cantabria. Forma densas alfombras que desplazan a las especies nativas. Favorece la estabilización de las arenas y la acumulación de sales en el suelo, alterando el ph y disminuyendo la disponibilidad de nutrientes 23

14 Cortaderia selloana (Plumero de la Pampa) Se encuentra en riberas y humedales. La situación más grave se encuentra en la Cornisa Cantábrica, (muy extendida) y en las islas Canarias. Su peligrosidad se debe en gran medida a su rápido crecimiento, capacidad de rebrote y de reproducción vegetativa, capacidad para modificar el hábitat (acumulación de sedimentos y restos orgánicos) y el paisaje. ` 24

15 II LA ECOSFERA CONCEPTO DE BIOSFERA Toda la cubierta viva de la Tierra constituye un gran ecosistema y recibe el nombre de biosfera, palabra formada por analogía con atmósfera, hidrosfera y litosfera. Se extiende entre 5-10 Km. por encima de la superficie (troposfera) y aproximadamente lo mismo en las proximidades del mar, no es uniforme ni en grosor ni en densidad. En la litosfera llega hasta unos pocos Km. (bacterias 2Km.) Un ecosistema está formado por un conjunto de seres vivos que habitan en un medio (biocenosis), los factores físico-químicos de dicho medio (biotopo), y las interacciones que se establecen entre ellos, podremos concluir que, tomada en conjunto, toda la biosfera se puede considerar como un único ecosistema, llamado ecosfera. Este gran ecosistema, lo podemos dividir en ecosistemas más pequeños, más fáciles de definir, delimitar y estudiar, como por ejemplo un lago o un bosque. LOS BIOMAS Los biomas son el conjunto de grandes ecosistemas o unidades ecológicas, que se extienden por una amplia zona geográfica, caracterizados por un clima y una vegetación característica. Los biomas se pueden clasificar en biomas terrestres y biomas acuáticos. Biomas terrestres Las selvas, que forman un cinturón arbóreo alrededor de la zona ecuatorial. Existen diferentes tipos de selvas, la selva tropical húmeda (de hoja perenne), la selva de montaña y la selva de hoja caduca, la selva tropófila (situada en la sabana, que pierde la hoja en la estación seca). La sabana, praderas de gramíneas de zonas cálidas con estación lluviosa, con muchos herbívoros. El bosque esclerófilo o chaparral, es un ecosistema característico del clima mediterráneo, (con inviernos suaves y veranos secos y calurosos), formado por árboles y arbustos de hoja perenne, característico de las zonas mediterráneas (bosque mediterráneo) y en zonas como California, Chile central, Sudáfrica, oeste y sur de Australia. El bosque caducifolio, de zonas templadas y húmedas, formado por robles y hayas (fagáceas). La estepa, pradera de las zonas continentales templadas. El bosque de coníferas o taiga, que sustituye al caducifolio a mayores alturas y latitudes. La tundra, por encima del círculo polar ártico y en las cumbres de las montañas donde las bajas temperaturas no permiten la existencia de árboles, formada por musgos y líquenes. Biomas acuáticos Biomas dulceacuícolas, están formados por las aguas continentales, lénticos (aguas estancadas y lagos) y lóticos (aguas corrientes como los ríos). Biomas de interfase, son los estuarios y las marismas, en estas zonas el agua del mar se mezcla con el agua dulce que viene de los continentes. 25

16 Biomas marinos, presentan una gran variedad de ambientes, están caracterizados por la luz, la temperatura y la presión, en ellos están la zona nerítica que comprende la zona situada sobre la plataforma continental, y la zona pelágica o de alta mar. 26

17 CONCEPTO DE ECOSISTEMA. COMPONENTES. NIVELES TRÓFICOS Un ecosistema es una comunidad de especies diferentes que interactúan entre sí, y con los factores químicos y físicos que constituyen su ambiente no vivo. Un ecosistema es una red siempre cambiante (dinámica) de interacciones biológicas, químicas y físicas que sustentan una comunidad, y le permiten responder a cambios en las condiciones ambientales. 27

18 Se define la población como el número total de individuos de una misma especie, que ocupa un área determinada durante un periodo definido de tiempo. Las características fisicoquímicas del lugar que ocupa una población, es su hábitat. Son ejemplos de poblaciones las carpas de un estanque, las ardillas de un bosque, etc. La totalidad de los organismos o poblaciones de organismos que ocupan una zona determinada se denomina biocenosis o comunidad biológica, y el medio físico con el que interactúan se conoce con el nombre de biotopo. El nicho ecológico es la función que una especie realiza en el ecosistema (su "profesión".) Por ejemplo las cebras y las jirafas, pese a ser herbívoros, pertenecen a distintos nichos ecológicos, ya que mientras unas se alimentan de las hojas inferiores, las otras lo hacen de las hojas superiores. Así, por ejemplo, el hábitat del gato montés -Felix sylvestris- son los bosques de montaña, mientras que su nicho ecológico sería el de cazador nocturno. COMPONENTES ABIÓTICOS DE LOS ECOSISTEMAS Los componentes no vivos o abióticos, de un ecosistema incluyen varios factores físicos y químicos. Los factores físicos que tienen un efecto mayor sobre los ecosistemas son: o Intensidad luminosa y sombra o Temperatura media y oscilación de la temperatura o Precipitación media y su distribución a través del año o Viento o La topografía (el relieve) que condiciona la orientación, la altitud y la pendiente. o Latitud (distancia angular desde el ecuador) o Altitud (distancia vertical sobre el nivel del mar) o Textura y tipo de suelo (para ecosistemas terrestres) o Corrientes de agua (en los ecosistemas acuáticos) o Turbidez debida a partículas en suspensión (acuáticos) Los factores químicos que tienen mayor efecto sobre los ecosistemas son: o Cantidad de agua y aire en el suelo o Concentración de nutrientes minerales en el suelo, en los ecosistemas terrestres, y en el agua en los ecosistemas acuáticos. o Concentración de sustancias tóxicas naturales o artificiales en el suelo o en el agua en los acuáticos. o Salinidad para los ecosistemas acuáticos o Cantidad de oxígeno disuelto en los ecosistemas acuáticos. o El ph del agua COMPONENTES BIÓTICOS DE LOS ECOSISTEMAS. NIVELES TRÓFICOS Los organismos que constituyen los componentes vivos o bióticos de un ecosistema, generalmente se clasifican como productores, consumidores y descomponedores, en base, a la manera en que obtienen la comida o los nutrientes orgánicos que necesitan para sobrevivir. El conjunto de organismos que lo obtienen de la misma manera forman un nivel trófico. Productores: son organismos autótrofos, es decir, forman los compuestos orgánicos que necesitan, a partir de compuestos inorgánicos simples obtenidos de su ambiente. En la mayoría de 28

19 los ecosistemas terrestres, las plantas verdes son los productores. En los ecosistemas acuáticos, la mayoría de los productores forman parte del fitoplancton. La mayoría de los productores obtienen los nutrientes que necesitan mediante la fotosíntesis: Este complejo proceso convierte la energía solar en energía química (materia orgánica) almacenada en los enlaces químicos de la glucosa y otros compuestos orgánicos. Los productores fijan otros nutrientes como N y P, de los compuestos disueltos en el agua que obtienen de su ambiente. Algunos productores, principalmente bacterias especializadas, pueden utilizar compuestos inorgánicos de su ambiente y convertirlos en compuestos orgánicos sin la presencia de luz solar. Este proceso se llama quimiosíntesis. Consumidores: son organismos heterótrofos, que no pueden sintetizar los nutrientes orgánicos que necesitan, los obtienen alimentándose de materia orgánica de los productores o de otros consumidores. Hay varias clases de consumidores, dependiendo de sus fuentes alimenticias: Los consumidores primarios o herbívoros se alimentan directamente de los vegetales o de otros productores. Son ejemplos la vaca, el caballo, etc. Los consumidores secundarios o carnívoros primarios, que se alimentan sólo de los consumidores primarios. Son ejemplos el león, el tigre, etc. Los consumidores terciarios o carnívoros secundarios que se alimentan de animales que comen otros niveles. Por ejemplo el águila (águila-serpiente-caracol.) Otros tipos de consumidores son: o Los omnívoros (comedores de todo) pueden consumir vegetales y animales y pertenecen a varios niveles tróficos. Son ejemplos: ratas, zorros, cucarachas, humanos. o Los carroñeros o necrófagos que se alimentan de cadáveres, como los buitres y los chacales. o Los saprófagos que se alimentan de restos vegetales y animales claramente alterados, como algunos insectos. o Los detritívoros que se alimentan de restos orgánicos mezclados con fragmentos minerales del suelo. 29

20 Descomponedores, organismos que transforman materia orgánica en inorgánica. Los cadáveres, excrementos y restos de organismos, gracias a la accción de bacterias y hongos, descomponedores, que transforman la materia orgánica en inorgánica, utilizada de nuevo por los productores. CADENAS Y REDES TRÓFICAS Todos los organismos de un ecosistema son fuentes potenciales de alimento para otros organismos estén vivos o muertos. Así una oruga devora una hoja, un petirrojo come a una oruga, y un halcón se come al petirrojo. Cuando todos estos mueren sus restos orgánicos son consumidos por los descomponedores. Así en un ecosistema, los seres vivos que lo componen (componentes bióticos) se clasifican en productores y consumidores según la forma de obtener los nutrientes, por otra parte existen diversos componentes no vivos (componentes abióticos.) Estas relaciones de transferencia de materia y energía a través del ecosistema se pueden representar mediante flechas constituyendo lo que se denomina cadena alimentaría o cadena trófica. Todo organismo ocupa una posición en dicha cadena que denominamos nivel trófico, indicando el sentido de la flecha hacia dónde va el alimento. Hoja Primer nivel trófico Productores Oruga Segundo nivel trófico Consumidores Primarios Petirrojo----- Tercer nivel trófico Consumidores Secundarios Hoja Oruga Petirrojo Hay que tener en cuenta que la mayoría de los consumidores se alimentan de dos o más tipos de organismos, y a su vez, son alimento de varios tipos de organismos. También hay algunos animales que se alimentan de varios niveles tróficos. 30

21 Esto significa que los organismos en la mayoría de los ecosistemas están involucradas en una red compleja de muchas relaciones alimentarías entre sí, y que se llama red alimentaría o red trófica, que es una representación mucho más real de las relaciones alimentarias en un ecosistema. 31

22 FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS: CICLOS DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA En las interacciones entre los organismos vivos y los factores ambientales de cualquier ecosistema se pueden diferenciar dos aspectos: - Un ciclo de la materia a través de las diferentes partes del ecosistema, desde el medio abiótico como materia inorgánica, hacia los organismos vivos en forma orgánica y volviendo de nuevo al medio abiótico. - Un flujo de energía entre todos los integrantes del ecosistema. La energía del Sol, es absorbida por los productores y fluye en forma de materia a través de los seres vivos. Una parte de esa energía es liberada al ambiente en forma de calor. De modo que la vida en la tierra depende de estos dos procesos, un flujo ininterrumpido y unidireccional de energía y el ciclo de la materia. De toda esta energía solar, solo el 0,2% (espectro visible) es capturada por las plantas, el fitoplancton y algunas bacterias, y transformada en energía química (materia orgánica) mediante la fotosíntesis, entrando de esta forma en la cadena alimentaria, pasando de unos niveles tróficos a otros. Una parte de la energía utilizada por los seres vivos se transforma en calor, que se disipa y sale del ecosistema sin poder volver a ser utilizada como fuente energética, ya que el calor es la forma mas 32

23 degradada de la energía. FLUJO DE ENERGÍA. PARÁMETROS TRÓFICOS. Biomasa (B). Se denomina biomasa a la materia orgánica que se origina en un proceso biológico y que puede ser utilizada como fuente directa o indirecta de energía. Funcionalmente puede expresarse como el peso fresco o peso seco de materia viva por unidad de superficie o de volumen, en un hábitat determinado. Se mide en gramos por unidad de superficie o de volumen (g/cm 3, kg/ha.), aunque también es frecuente expresarla en unidades de energía (Kcal /ha, kj/m 2 ). Producción (P) Se define como la biomasa que consigue sintetizar el ecosistema por unidad de superficie y por unidad de tiempo, es decir, es el incremento de biomasa en un tiempo determinado. Se mide en mg/cm 2 /día, en g/ha/año o en Kcal/ha/año. P = B / T Radiación solar Radiación solar no utilizada Productor primario Respiración (energía liberada como calor) Elaboración de biomasa Producción neta Producción bruta Producción primaria es la cantidad de energía luminosa transformada en energía química por los productores (vegetales, fitoplancton). Pueden considerarse dos tipos: -La producción primaria bruta (PPB) es la síntesis total de materia orgánica (biomasa) realizada por los autótrofos, por unidad de tiempo, incluyendo la que se consume en la respiración (R), y que utiliza el vegetal para su crecimiento, funcionamiento y reproducción. Este parámetro no representa el alimento potencialmente a disposición de los heterótrofos. PPB = PPN + R -La producción primaria neta (PPN) es la materia orgánica almacenada después de descontar la respiración. Es el alimento que queda a disposición de los herbívoros. PPN = PPB - R Se puede expresar con la siguiente igualdad: Energía solar (asimilada por el vegetal) = Energía química (para crecimiento orgánico y reproducción) + Energía calorífica (disipada en respiración). Producción secundaria es la energía fijada en forma de materia orgánica en los tejidos de los consumidores (heterótrofos), es decir, es la energía asimilada. También se puede definir como el incremento de biomasa por unidad de tiempo de los consumidores. Pueden considerarse dos tipos: - La producción secundaria bruta corresponde con el porcentaje de alimento asimilado del total consumido. Los heterótrofos no asimilan la totalidad del alimento consumido 33

24 (herbívoros no asimilan el 90%, que es expulsado en forma de heces, los carnívoros son mas eficientes asimilan entre el 30% o el 40%.) - La producción secundaria neta se refiere a la energía que queda a disposición del nivel trófico siguiente. Energía química ingerida = Energía química asimilada + Energía química de las heces (E química asimilada = E química para el crecimiento, excreción y reproducción + E calorífica disipada en la respiración) Los tejidos corporales y los excrementos pueden ser fuente de alimentación para otros heterótrofos. Productividad (p) o Tasa de renovación La productividad de un ecosistema o de un nivel trófico es la relación entre producción neta (PN) y biomasa (B). Se expresa en %. Producción Neta p = PN x 100/B Productividad (tasa de renovación) = x100 Biomasa La productividad también se denomina tasa de renovación y nos indica la velocidad de renovación de la biomasa y de la eficiencia con que se transmite la energía de un nivel trófico al siguiente. El fitoplancton se reproduce muy rápido, por lo que la productividad diaria puede ser del 100 %, es decir, duplica su masa cada 24 horas. En la vegetación terrestre la productividad diaria (tasa de renovación) puede variar entre el 0,006% y el 0,3% (el 2% y el 100% anual). Tiempo de renovación Es el tiempo que tarda en renovarse toda la biomasa de un nivel trófico o un ecosistema y es la relación entre la Biomasa y la Producción neta: B/PN. Se mide en días, años, etc. Tiempo de renovación = Biomasa Producción Neta Eficiencia Representa el rendimiento de un nivel trófico o de un ecosistema y se calcula con el cociente entre salidas/entradas (output/input). Se puede calcular de diferentes maneras. a.-la eficiencia de los productores se calcula mediante la relación entre la energía asimilada (Producción primaria neta) y la energía incidente. Se expresa en %. Energía asimilada Eficiencia de los productores = x100 Energía incidente b.-se puede calcular como la relación entre la Productividad neta de un nivel trófico y la productividad neta del nivel trófico anterior. c.-la relación PN/PB. En este caso se mide la cantidad de energía incorporada a cada nivel trófico, respecto al total asimilado, en cuyo caso estaremos constatando las pérdidas respiratorias, que en el caso del fitoplancton son del 10-40%. En la vegetación terrestre son superiores al 50%. 34

25 FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA. La producción primaria representa la biomasa sintetizada mediante la actividad fotosintética de los productores. Factores limitantes. Un factor limitante de la producción primaria es cualquier requerimiento de algún factor físico o sustancia necesarios para que se efectúe la fotosíntesis. Hay una serie de factores que limitan la producción de los autótrofos, entre ellos pueden destacarse: 1. La luz es imprescindible para el crecimiento vegetal. Según aumenta su intensidad, aumenta la producción primaria, pero llega un momento en que el aparato fotosintético se satura (moléculas de clorofila que se dan sombra unas a otras y pocos centros de reacción frente al número de moléculas de clorofila), y sucesivos aumentos de la luz ya no se corresponden con aumentos en la producción. Esto explica que los máximos rendimientos fotosintéticos se logren en las primeras horas de la mañana y al atardecer, cuando la luz es más difusa, y no en las horas centrales del día, con luz solar directa. 2. La concentración del CO 2 no constituye un factor limitante ni en la tierra ni en el mar. Un aumento de este gas produce una mayor eficiencia fotosintética, pero aunque en un principio aumenta la fotosíntesis, pronto se alcanza la saturación por falta de otros nutrientes o saturarse los enzimas necesarios para el Ciclo de Calvin. 3. La Temperatura alta produce, si los otros factores vitales están disponibles, un crecimiento más rápido de los vegetales. Si la temperatura aumentase mucho, la producción 35

26 primaria disminuiría por desnaturalización de los enzimas. 4. La falta de agua en los vegetales terrestres impide que pueda llevarse a cabo el proceso fotosintético. Por debajo de una cierta cantidad de agua se cierran los estomas, con lo que se impide la entrada de CO 2 y la salida del O 2, y al ser el agua vehículo para la entrada de sales minerales no hay síntesis orgánica. 5. El nitrógeno es muy abundante en la atmósfera (78%) y disuelto en el agua, por ello si falta en el entorno, bacterias y cianofíceas lo incorporan al ciclo del ecosistema en forma de amonio, nitritos o nitratos. En la atmósfera está en forma de N 2, pero así sólo puede ser utilizado por los vegetales, si es fijado por las bacterias Rhizobium, presentes en los nódulos de las raíces de las leguminosas. 6. El fósforo es el principal factor limitante de la producción primaria en la biosfera, al quedar inmovilizado en compuestos insolubles en los sedimentos de los fondos marinos (por tanto en la litosfera) y es liberado muy lentamente. El fósforo es un elemento fundamental para la formación de moléculas orgánicas (ácidos nucleicos y fosfolípidos) y forma caparazones y huesos de vertebrados. El fósforo es el componente fundamental de los abonos agrícolas. 7. La profundidad en los océanos. En los océanos, la fotosíntesis sólo se puede realizar en los primeros m. (zona fótica), mientras que la degradación se produce en los fondos. La gran distancia entre el fondo y la superficie dificulta el retorno de nutrientes, limitando la producción primaria. En ciertas zonas, gracias al viento, se producen los afloramientos, en los que el agua asciende desde el fondo arrastrando los nutrientes que son utilizados por el fitoplancton. 8. El Oxígeno. Al aumentar, disminuye la intensidad fotosintética, ya que se potencia la respiración, por tanto disminuye la producción primaria. 36

27 EL FLUJO DE ENERGÍA Y LA REGLA DEL 10% Una cadena o una red alimentaría empieza transfiriendo a los consumidores primarios una parte de la biomasa creada por los productores. Antes de ser transferida de nuevo al siguiente nivel trófico, parte es desechada, no digerida, otra parte es utilizada para llevar a cabo procesos vitales, liberándose parte de energía en forma de calor al ambiente. Esto significa que la cantidad de energía de alta calidad disponible para los consumidores secundarios, es menor que la disponible de los consumidores primarios. 37

28 En cada paso de una cadena alimentaría hay una pérdida de energía utilizable. El porcentaje de energía disponible, transferido de un nivel trófico a otro es de aproximadamente el 10% (entre un 5% y un 20%.) Cuanto más grande es el número de niveles tróficos o pasos de una cadena o una red alimentarías, tanto mayor es la pérdida acumulativa de energía de alta calidad utilizable. Regla del 10%: sólo alrededor del 10% de la energía procedente de un nivel trófico, es útil para los organismos del nivel siguiente. Es decir que la energía total contenida en un nivel trófico, es la décima parte de la que tenía el nivel precedente. Esto condiciona que en la mayor parte de los casos, las cadenas alimentarias no tengan más de 4 ó 5 niveles tróficos. La pirámide del flujo de energía explica por qué una población mayor de humanos puede ser sustentable si la gente come de niveles tróficos inferiores consumiendo vegetales directamente (por ejemplo, arroz humano), en vez de comer animales que se alimentan con vegetales (grano vacuno humano.) 38