MATERIA Y ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS

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1 MATERIA Y ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS

2 LAS RELACIONES TRÓFICAS

3 RELACIONES ALIMENTARIAS Forma de intercambio de materia y energía entre individuos PRODUCTORES Autótrofos, mediante la fotosíntesis obtienen energía y la incorporan en la síntesis de materia CONSUMIDORES Heterótrofos consumidores primarios consumidores secundarios omnivoros DESCOMPONEDORES Heterótrofos, mineralizan la materia orgánica. Detritívoros

4 CADENAS Y REDES TRÓFICAS CADENA: relación lineal entre organismos donde cada uno come y es comido (sólo un ejemplo de cada nivel). TRÉBOL CONEJO LINCE? NIVELES TRÓFICOS Trata de hacer una cadena lo más larga posible

5 RED TRÓFICA: es el conjunto de cadenas alimenticias cruzadas entre sí, que existen en un ecosistema. Puedes diferenciar cada uno de los niveles tróficos? Puede una misma especie pertenecer a dos niveles tróficos? La red intenta expresar todas las relaciones tróficas del ecosistema

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7 PRODUCTORES FOTOSÍNTESIS Los organismos fotosintéticos como las plantas transforman el agua, sales minerales y dióxido de carbono,en materia orgánica, usando como fuente de energía la luz. Como subproducto se genera oxígeno. De esta manera la energía solar queda almacenada en los compuestos orgánicos en forma de energía química 6H 2 O + 6CO 2 + Energía solar Glucosa + 6O 2 Almidón

8 CONSUMIDORES RESPIRACIÓN En las mitocondrias de las células de los seres vivos se realiza un proceso denominado respiración celular. En este proceso, los compuestos orgánicos son transformados en CO2 y H2O, utilizando el O2. De esta manera se extrae de estos compuestos la energía química que contienen sus enlaces. Glucosa + 6O 2 6H 2 O + 6CO 2 + Energía química (ATP)

9 FLUJO DE ENERGÍA

10 TRANSFERENCIA DE ENERGÍA EN LAS CADENAS TRÓFICAS La energía entra en los ecosistemas como energía luminosa y es transformada en energía química por los organismos fotosintéticos. Esta energía pasa a los consumidores primarios, de aquí a los secundarios,... Sin embargo no pasa toda la energía por qué?

11 TRANSFERENCIA DE ENERGÍA EN LAS CADENAS TRÓFICAS Parte de la energía es consumida para: Realizar los procesos vitales mediante la respiración celular Desechos, excrementos Materia asimilada en el cuerpo del ser vivo (materia disponible para el siguiente nivel trófico). Al final, los descomponedores devuelven al medio la energía contenida en excrementos, restos y cadáveres en forma de calor

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13 Recordemos: la transferencia de energía Discurre siempre sólo a través de los seres vivos. Su flujo es unidireccional y abierto Se pierde paulatinamente a lo largo de la cadena trófica: por eso hablamos de flujo.

14 Uso de la energía por los productores: el ejemplo del maíz. De toda la energía solar que recibe el maíz un 50% es reflejada y vuelve al medio como luz o calor. Un 49% es asimilada inicialmente en sustancias orgánicas, pero se extrae después por medio de la respiración y se emplea para realizar funciones vitales, sobre todo por la noche cuando no hay luz solar. Esta energía termina en la atmósfera como calor. Sólo un 1% es asimilada y almacenada como energía química en las sustancias orgánicas que constituyen el cuerpo de la planta. Es este 1% el que queda para el nivel trófico siguiente.

15 Uso de la energía por los consumidores primarios: ejemplo el ratón. De toda la energía que contienen los vegetales de los que se alimenta un ratón, un 60% se pierde en sus excrementos y no puede ser utilizada. Un 33% se extrae por medio de la respiración y se emplea sobre todo en energía de movimiento. Esta energía termina en la atmósfera como calor. Un 7% es asimilada y almacenada como energía química en las sustancias orgánicas que constituyen su organismo. Este 7% queda para el nivel trófico siguiente.

16 Uso de la energía por los consumidores primarios: ejemplo el ratón. El zorro, cuando se come un ratón, pierde un 30% de la energía que contiene este en sus excrementos y no puede utilizarla. Un 50% la extrae de la materia orgánica del ratón y por medio de la respiración la emplea sobre todo en moverse. Esta energía termina en el medio como calor. El 20% restante es asimilada y almacenada como energía química en las sustancias orgánicas que constituyen su organismo. Este 20% queda para el nivel trófico siguiente.

17 Ahora entiendes por qué no puede haber cadenas tróficas largas (no más de 4 ó 5 niveles tróficos)?

18 CICLO DE MATERIA

19 CICLO DE MATERIA Los productores transforman la materia inorgánica en orgánica, que será utilizada por los consumidores (C1, C2,...). Cuando mueren todos, los descomponedores vuelven a transformarla en inorgánica. Podemos decir que la materia circula por el ecosistema de forma cíclica: La materia se recicla productores m.i. m.o. consumidores

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21 LA PRODUCTIVIDAD DE LOS ECOSISTEMAS

22 PARÁMETROS BIOMASA: La cantidad de materia orgánica de la que está formado un individuo, un nivel trófico o la biocenosis de un ecosistema. Se mide en unidades de masa por unidad de superficie o volumen. (Kg/Ha) Una parte de la energía que pasa a través de un nivel trófico se almacena en los organismos; así, aumenta la biomasa. El incremento de biomasa por unidad de tiempo es la PRODUCCIÓN Nos da una idea de la biomasa disponible por unidad de tiempo para el siguiente nivel sin poner en peligro la estabilidad del sistema Δ Biomasa / Tiempo Se puede medir en: g/m 2 /día, Kg/m 2 /año,

23 PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN PRIMARIA BRUTA: nueva fabricación de biomasa en la fotosíntesis (PPB) PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA: incremento de biomasa en los productores descontada su propia respiración (PPN= PPB - Respiración) PRODUCCIÓN SECUNDARIA NETA: incremento de biomasa en los consumidores descontada su propia respiración (PSN= m.o. ingerida - respiración y desechos) PRODUCCIÓN BRUTA ECOSISTEMA: incremento de biomasa de los productores (PPB) PRODUCCIÓN NETA ECOSISTEMA: incremento de biomasa que se acumula en el ecosistema en un tiempo dado (PNE= PPB-respiración total)

24 PRODUCTIVIDAD: Es la relación entre la producción y la biomasa. Es una medida de la velocidad de renovación de la biomasa (tasa de renovación) y de la eficiencia con que se transmite la energía de un nivel a otro. Expresa la nueva materia formada a expensas de la ya existente y la velocidad con que se ofrece nueva materia al consumo por otros organismos. Permite conocer los límites de la explotación. p= PN / Biomasa Se mide en unidades de energía /unidad de área o volumen; o en % TIEMPO DE RENOVACIÓN: Es el tiempo que tarda un nivel trófico o un ecosistema en renovar su biomasa. Tr= Biomasa / PN

25 Estos parámetros sirven para definir el funcionamiento de un ecosistema y conocer el modo en que la energía fluye por los distintos niveles tróficos. Además, miden la eficacia del ecosistema. Si la PPB es > respiración, la PN ecosistema es positiva Ecosistema crece, aumenta la biodiversidad y las complejidad. ECOSISTEMAS JÓVENES En los ECOSISTEMAS MADUROS (selvas, bosques) la PPB es = respiración, por lo que la PN del ecosistema es cero. En los ECOSISTEMAS CONTAMINADOS o sometidos a explotación por el hombre se invierte la relación, y la PN del ecosistema es negativa al ser PPB< respiración.

26 En un estudio se han conseguido los siguientes datos: Bosque: biomasa = 15 Kg/m2 PB= 6 g/m2/día R total = 5,4 g/m2/día Pradera: biomasa= 3Kg/m2 PB =4 g /m2/día R total= 2,4 g/m2/día Calcula las respectivas producciones netas de ambos ecosistemas. Cuál posee mayor productividad? Qué ecosistema ofrece mejores perspectivas para una explotación de sus recursos con las menores alteraciones posibles?

27 SOLUCIÓN: Bosque: Pn = Pb - R = 6 g de C/m 2 día - 5,4 g de C/m 2 día =0,6 g de C/m 2 día. Productividad = Pn/B. 100 = 0,6 / = 0,004% SOLUCIÓN: Pradera: Pn = Pb - R = 4 Kg de C/m 2 día - 2,4 g de C/m 2 día =1,6 g de C/m 2 día. Productividad = Pn/B. 100 = 1,6/ = 0,053%

28 PIRÁMIDES ECOLÓGICAS

29 PIRÁMIDES DE BIOMASA Los escalones de la pirámide son proporcionales a la biomasa contenida en cada uno de los niveles tróficos. Puede darse una pirámide invertida. Así, por ejemplo, en el ecosistema marino, el fitoplancton (organismos productores), que se reproduce con mucha rapidez, presenta una gran productividad, lo cual le permite soportar un nivel de zooplancton (consumidores) de mayor biomasa que él.

30 PIRÁMIDES DE NÚMEROS Los escalones de la pirámide son proporcionales al número de individuos de cada uno de los niveles tróficos. Puede darse casos de pirámides invertidas. (en realidad se invierte sólo algún escalón)

31 PIRÁMIDES DE ENERGÍA O PRODUCCIÓN Los escalones de la pirámide son proporcionales a la producción de cada uno de los niveles tróficos. R e p r e s e n t a n e l c o n t e n i d o energético de cada nivel que está disponible para el siguiente nivel trófico. Sigue la regla del 10% y se suele expresar en Kj/m 2 /año NUNCA APARECEN INVERSIONES!

32 LOS ECOSISTEMAS EN EQUILIBRIO Cada nivel trófico explota al inferior (se alimenta de él) y retira de él una cantidad de materia (energía) por unidad de tiempo igual a la producida por dicho nivel, de esta manera su biomasa permanece constante (vivir de los intereses de una cuenta, sin tocar el capital). De esta manera la biomasa que puede mantenerse en un determinado nivel no depende de la biomasa del nivel anterior, sino de la producción de este y de la velocidad con que se lleva a cabo (productividad)

33 Construyamos con los siguientes datos una pirámide de biomasa: Productores Kg/Ha Consumidores primarios Kg/Ha consumidores secundarios Kg/Ha consumidores terciarios...200mkg/ha

34 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Circulación de los elementos químicos (nutrientes) por el ecosistema entre el medio y los seres vivos.

35 CICLO DEL CARBONO Los organismos fotosintéticos (fotosíntesis) captan el CO2 de la atmósfera o el disuelto en agua y lo transforman en compuestos orgánicos. El carbono orgánico circula a través de los niveles tróficos. Parte es devuelto a través de la respiración en forma de CO2 Los restos de organismos enterrados por los sedimentos: carbón y petróleo Combustión de materiales vegetales y erupciones volcánicas liberan CO2 Los organismos marinos construyen sus conchas y caparazones con el carbono disuelto en agua, cuando mueren contribuyen a la formación de rocas calizas

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38 EFECTO INVERNADERO El ciclo del carbono regula el clima (efecto invernadero) La quema de combustibles fósiles unida a la deforestación produce desequilibrios en el ciclo y como consecuencia problemas ambientales: se acentúa el efecto invernadero y c o m o c o n s e c u e n c i a s e produce calentamiento global del planeta.

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40 CICLO DEL NITRÓGENO El nitrógeno se encuentra: N2 (gas) atmósfera. Nitrógeno inorgánico (nitritos, nitratos,sales amoniacales) en agua y suelo. Nitrógeno orgánico (proteínas y ac. nucleicos) en los seres vivos. El N2 es incorporado a la materia viva de forma biótica: bacterias fijadoras del nitrógeno ( libres o asociadas a las leguminosas, como g. Rhizobium) o abiótica, en las descargas eléctricas de tormentas. Pasa a los diferentes niveles tróficos formando parte de proteínas y ac. nucleicos. El nitrógeno orgánico de los detritos (restos, orina, cadáveres,..) es transformado mediante amonificación y nitrificación en sales de nitrógeno (nitritos y nitratos) que serán de nuevo incorporadas a las plantas. Bacterias del suelo desnitrificantes devuelven a la atmósfera el N2.

41 Pseudomonas Rhizobium Nitrobacter Azotobacter Clostridium Nitrosomonas

42 EUTROFIZACIÓN El hombre también influye sobre este ciclo: Mediante el abono con compuestos nitrogenados: eutrofización Emisión a la atmósfera de óxidos de nitrógeno (NOx) por industrias y transportes: lluvia ácida Un río, un lago o un embalse sufren eutrofización cuando sus aguas se enriquecen en nutrientes (compuestos de fósforo y nitrógeno). Si hay exceso de nutrientes crecen en abundancia las plantas y algas. Cuando mueren, se pudren, el proceso de descomposición consume una gran cantidad del oxígeno disuelto y los peces mueren. Se producen putrefacciones anaeróbicas (malos olores) y las aguas se vuelven turbias

43 LLUVIA ÁCIDA Los compuestos de nitrógeno y azufre que emitimos a la atmósfera reaccionan con la humedad atmosférica y forman ácidos (ácido nítrico y sulfúrico). Cuando llueve, las gotas de lluvia arrastran estos ácidos. ph lluvia normal 5-6 (5,6) ph lluvia ácida < 5 (2,3) Disminuye el ph del agua afectando a los organismos que allí viven, la mayoría no tolera ph por debajo de 5. Produce daños directos sobre las estructuras vegetales, se considera un factor importante en la muerte de los bosques Produce corrosión de metales y construcciones, afecta al patrimonio histórico

44 ECOSISTEMAS Y TIEMPO

45 CAMBIOS EN LOS ECOSISTEMAS Los ecosistemas no son inmutables sino que cambian con el tiempo. Estos cambios pueden deberse a múltiples factores físicos, químicos o biológicos. Actualmente debido a la actividad humana los ecosistemas están sufriendo una importante modificación

46 DEFORESTACIÓN En 2005 la DEFORESTACIÓN acumulada en la Amazonia alcanzaba los km 2, lo que significa que la cobertura vegetal de la región se ha reducido en un 17%.

47 CAMBIOS PERIÓDICOS EN LOS ECOSISTEMAS Los ecosistemas experimentan variaciones periódicas en respuesta a cambios ambientales. Los organismos desarrollan un comportamiento frente a los cambios del medio: se anticipan a estos cambios Estos cambios ambientales se denominan RITMOS Tipo de ritmo Origen Ejemplos Diario Estacional Mareas Variación luz solar (día -noche) Variaciones climáticas (estaciones) Variaciones nivel mar Migraciones verticales plancton floración, caída hojas Anémonas

48 CAMBIOS TRAS UN INCENDIO INCENDIO: Elemento perturbador que cambia la evolución de las comunidades vegetales. Incendio natural: caída de rayos o erupciones volcánicas. Incendios provocados por el hombre. Qué ambiente es más proclive de sufrir incendios? Bosque mediterráneo: vegetación seca que arde con facilidad. Especies vegetales pirófitas: presentan adaptaciones para soportar la acción del fuego, e incluso sacan partido reproductivamente. Alcornoque cubierta aislante (corcho) Pita ó Ágave planta suculenta (agua) Enebro rebrotan (aporte extra nutrientes)

49 ETAPAS DE REGENERACIÓN DE UN BOSQUE TRAS EL FUEGO 1. Destrucción del suelo Solo sobreviven algunos elementos subterráneos y las semillas de pirófitos. 2. Inicio de la regeneración del suelo. Colonización del suelo por microorganismos y aparición de líquenes y de las primeras plantas herbáceas generalistas (malas hierbas). Aparecen comunidades de invertebrados (artrópodos) asociadas a ellas. 3. Colonización de arbustos bajos (10-15 años) que coexisten con las herbáceas. Las poblaciones de animales van aumentando (primeros herbívoros y consumidores primarios ). 4. A los años, se observa una maquia arbolada (arbustos y árboles). Presencia de consumidores primarios y secundarios. Las cadenas tróficas se alargan. 5. Tras el paso de unos años, se puede volver a hablar de bosque. 6. Aunque no será hasta los años, cuando el ecosistema vuelva a alcanzar el estado de clímax.

50 SUCESIÓN PRIMARIA SECUNDARIA Cuando se producen cambios en un ecosistema, unas comunidades son sustituidas por otras, produciéndose una sucesión ecológica. Se tiende al ecosistema climax Las sucesiones pueden ser: Primaria: cuando los seres vivos colonizan un hábitat nuevo, que antes no había sido colonizado. Secundaria: cuando se produce un reemplazo de comunidades existentes

51 Ejemplo de sucesión primaria: formación de un bosque en una isla Una isla oceánica emerge En principio es colonizada por vegetación herbácea Poco a poco se instala una comunidad en la que predominan los arbustos Con el tiempo se instalan grandes árboles y la comunidad alcanza el clímax al formarse un bosque

52 Al inicio de la sucesión se dice que el ecosistema es inmaduro (pocas especies, poca diversidad ) Al avanzar en la sucesión, el ecosistema madura. Se dice que una comunidad llega al clímax, cuando alcanza una composición estable y en equilibrio con las condiciones ambientales (selva tropical, la taiga,...) Características Inmaduro Maduro Diversidad de especies Baja Alta Tipo de especies Generalistas Especialistas Número de nichos Pocos Muchos Red trófica Sencillas Complejas Relación entre niveles tróficos muchos productores, menos consumidores mezcla de todos los niveles

53 Ejemplo de sucesión primaria: formación de un bosque en una isla La laguna pierde profundidad por el aporte de sedimentos y materia orgánica. Los juncos y cañas avanzan hacia el interior y aparecen animales terrestres, como anfibios y lombrices En las antiguas riberas crecen árboles que soportan bien la humedad, como alisos o sauces y se asientan aves y otros animales propios de estos ambientes Conforme desaparece esta humedad,estos árboles son sustituidos por el bosque típico de la zona al que acompaña su fauna

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