Introducción a la Ecología y a la Biosfera Capítulo 50 Campbell y Reece, 2005 Séptima edición

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1 Introducción a la Ecología y a la Biosfera Capítulo 50 Campbell y Reece, 2005 Séptima edición La ecología es el estudio científico de las interacciones entre los organismos y el medio ambiente. Estas interacciones determinan la distribución y la abundancia de los organismos, llevando a las tres preguntas principales que los científicos quieren contestar: 1) Dónde viven? 2) Por qué viven ahí? 3) Cuántos hay? Los ecólogos también estudian las interacciones entre los organismos y el fenómeno del efecto ambiental, incluyendo el número de especies en un área dada, el reciclaje de nutrientes en un bosque o lago y el crecimiento de las poblaciones. Los estudios ecológicos han revelado cuan rica es la biosfera, que es la porción de la tierra habitada por organismos. La ecología está bien relacionada con la evolución, que es nuestro próximo tema en el capítulo 51. Por ejemplo, un halcón que se alimenta de ratones, tiene el efecto de reducir la población de este tipo de roedores. A largo plazo, esto ayuda a seleccionar ratones con un pelaje particular, que le sirva de camuflaje al animal y que el halcón no puede reconocer. O sea, los eventos que ocurren a nivel ecológico pueden afectar a nivel evolutivo. En términos generales, el ambiente de un organismo está constituido por dos componentes: 1) abiótico o no vivo incluye factores químicos y físicos como la temperatura, luz, agua, nutrientes, viento, rocas y suelo 2) biótico se refiere a todos los organismos o biota que están en el medio ambiente del individuo El efecto que puede tener el medio ambiente en la distribución y la abundancia de un organismo se muestra en la Figura El canguro rojo de Australia predomina en ciertas áreas, marcadas con los colores marrón y rojo, regiones áridas y semiáridas donde el clima es más seco y Dr. Iván Ferrer-Rodríguez Chap 50 1

2 variable. Éste es menos abundante en climas más húmedos, como los indicados en los colores claros. Hay diferentes áreas dentro de la ecología: 1) Ecología organismal estudia como la estructura de un organismo, la fisiología y su comportamiento, se enfrentan a los retos que le presenta la naturaleza. 2) Ecología de poblaciones se concentra principalmente en los factores que afectan la cantidad de individuos de una especia particular que vive en un área dada. a. Población es un grupo de individuos de la misma especie que viven en un área geográfica particular 3) Ecología de comunidades trata con todas las especies que interactúan en una comunidad dada y los factores que afectan la estructura y la organización de la comunidad. a. Comunidad consiste de todos los organismos de todas las especies que habitan en un área particular 4) Ecología de ecosistemas enfatiza en el flujo de energía y los ciclos químicos entre los componentes bióticos y abióticos. a. Ecosistema cosiste de todos los factores abióticos y todas las comunidades que existen en un área dada 5) Ecología paisajista trata con conjuntos de ecosistemas, por ejemplo, un corredor de árboles a lo largo de un río. Se enfoca en los factores que controlan el intercambio de energía, materiales y organismos en el ecosistema. Las interacciones entre los organismos y el medio ambiente limitan la distribución de especies: La biosfera es el ecosistema global, es la suma de todos los ecosistemas del planeta. En la Figura 50.5 se ilustran los reinos biogeográficos, cada uno con una flora y una fauna distintiva. Éstos son: Neartic, Neotropical, Ethiopian, Oriental, Paleartic, Australian. Los factores que limitan la distribución geográfica de una especie están considerados en la Figura 50.6; para estudiar estos factores, los ecólogos usualmente se hacen una serie de preguntas que están dadas en la figura. Dr. Iván Ferrer-Rodríguez Chap 50 2

3 La dispersión de organismos se refiere al movimiento de organismos desde áreas de alta densidad poblacional o desde su punto de origen. Hay un ejemplo de dispersión en la Figura Un ejemplo de cómo los factores bióticos afectan la distribución de una especie está dado en la Figura En estos experimentos realizados en un ecosistema marino se observó lo siguiente: Gráfica violeta - Si se remueven los erizos de mar y las lapas, crecen de manera abundante las algas Gráfica negra - Si se remueven los erizos de mar solamente, crecen de manera abundante las algas Gráfica azul - Si se remueven las lapas solamente, NO se observó crecimiento de las algas Gráfica roja En los experimentos controles donde se mantuvieron los erizos de mar y las lapas, NO se observó crecimiento de las algas Estos experimentos demostraron que los erizos de mar tienen un efecto mayor que las lapas, en términos de limitar la distribución de las algas. Otros factores bióticos que afectan la distribución de organismos son las interacciones entre especies como depredación y competencia. Hay cuatro factores abióticos que son los principales componentes del clima: temperatura, agua, luz y viento. En la Figura se presenta un resumen de los patrones climáticos en la tierra. La luz solar impacta de manera perpendicular la tierra a nivel del ecuador, generando más calor y luz por unidad de área que en los polos, donde la luz impacta en ángulo y por lo tanto la luz es más difusa. El trópico de cáncer y el trópico de capricornio quedan 23.5º al norte y el 23.5º al sur del ecuador, respectivamente. La tierra tiene una inclinación de 23.5 º relativo a su plano de órbita alrededor del sol. En el solsticio de junio, el hemisferio norte queda inclinado hacia el sol y comienza el verano, mientras que el sur está en invierno. En el solsticio de diciembre, el hemisferio norte queda inclinado lejos del sol y comienza el invierno, mientras que el sur está en verano. En los equinoccios (marzo y septiembre), el ecuador queda directamente hacia el sol y todas las regiones del planeta reciben 12 horas de luz y doce horas de oscuridad. En general, los cuerpos de agua moderan el clima (Figura 50.11). En un día de verano caliente, cuando la tierra es más caliente que el agua, (1) el aire en la tierra se calienta y sube a la atmósfera; (2) este aire caliente se enfría en las alturas; (3) el aire frío baja sobre las aguas; (4) el aire frío Dr. Iván Ferrer-Rodríguez Chap 50 3

4 sobre las aguas se mueve hacia la tierra en forma de brisa, remplazando el aire caliente que estaba en la tierra y por lo tanto enfría la superficie. Las montañas también tienen un efecto significativo sobre la cantidad de luz que llega a un área, la temperatura y la cantidad de lluvia (Figura 50.12). Factores bióticos y abióticos influencian la estructura y dinámica de biomas acuáticos: Los biomas son ecosistemas acuáticos que constituyen la mayoría de la biosfera. En los lagos (Figura 50.16a), éstos tienen cierta zonificación basada en tres criterios principales: 1) Penetración de la luz a. Zona fótica (photic) zona en la que hay suficiente luz como para que ocurra fotosíntesis b. Zona afótica zona en la que penetra una cantidad de luz pequeña 2) Distancia de la orilla y profundidad a. Zona litoral cerca de la orilla y poco profundo b. Zona limnética - lejos de la orilla y más profundo 3) Mar adentro o fondo a. Agua adentro se conoce como zona pelágica (Pelagic) b. Zona béntica es el sustrato presente en el fondo de todo bioma acuático; está compuesto de arena y sedimentos orgánicos e inorgánicos. La zona béntica está ocupada por una comunidad de organismos llamada benthos. En la zona marina (Figura 50.16b), los biomas tienen cierta zonificación basada en los mismos criterios: 1) Penetración de la luz a. Zona fótica (photic) zona en la que hay suficiente luz como para que ocurra fotosíntesis b. Zona afótica zona en la que penetra una cantidad de luz pequeña 2) Distancia de la orilla y profundidad a. Zona intertidal cerca de la orilla y poco profundo b. Zona neritic - lejos de la orilla y más profundo c. Zona oceánica mar adentro 3) Mar adentro o fondo a. Mar adentro se conoce como zona pelágica (Pelagic) b. Zona béntica el sustrato presente en el fondo del bioma acuático Dr. Iván Ferrer-Rodríguez Chap 50 4

5 c. Zona abismal regiones más profundas en el fondo del océano El clima determina grandemente la distribución y la estructura de los biomas terrestres. En la Figura se muestra un climatograma para los tipos de biomas principales en América del Norte. Este climatograma permite ver el impacto del clima en la distribución de organismos comparando la temperatura y la precitación en un área geográfica dada. La distribución general de los biomas terrestres principales está dada en la Figura ) Bosque tropical: a. Distribución: regiones ecuatoriales y sub-ecuatoriales b. Precipitación: cm por año c. Temperatura: ºC d. Plantas: estratificados, hay una competencia intensa por la luz e. Animales: es el bioma de mayor diversidad de animales, incluyendo anfibios, aves, reptiles, mamíferos y artrópodos 2) Desierto: a. Distribución: 30º al norte y 30º al sur del ecuador b. Precipitación: baja y variable, usualmente menos de 30 cm por año c. Temperatura: variable, desde -30 ºC hasta 50 ºC d. Plantas: vegetación baja y dispersa, hay adaptaciones para almacenar agua, tolerancia al calor y deshidratación y área de superficie reducida en las hojas e. Animales: culebras, lagartos, escorpiones, hormigas, roedores y aves migratorias 3) Savanna a. Distribución: regiones ecuatoriales y sub-ecuatoriales b. Precipitación: cm por año, la época de sequía puede durar de 8-9 meses c. Temperatura: tibio todo el año, promediando entre ºC d. Plantas: árboles dispersos, espinosos y área de superficie reducida en las hojas, una adaptación para las condiciones secas e. Animales: mamíferos herbívoros grandes, ñu y zebras y sus depredadores, las hienas y los leones 4) Chaparral Dr. Iván Ferrer-Rodríguez Chap 50 5

6 a. Distribución: ocurre en latitudes medias, en las regiones costeras en varios continentes b. Precipitación: cm por año c. Temperatura: en verano promedia 30 ºC y el resto del año ºC d. Plantas: matorrales y árboles pequeños y una gran diversidad de hierbas y pastos e. Animales: mamíferos como venados y cabras 5) Pradera templada (grassland) a. Distribución: Sudáfrica, Argentina, Hungría, Uruguay, Rusia y América del Norte b. Precipitación: cm por año c. Temperatura: fríos, promedio -10 ºC d. Plantas: pastos, forbs 6) Bosque conífero a. Distribución: América del Norte y Eurasia b. Precipitación: cm por año c. Temperatura: variable, desde -70 ºC hasta 30 ºC d. Plantas: pinos e. Animales: aves migratorias 7) Bosque templado a. Distribución: latitudes media en el hemisferio norte, Australia y Nueva Zelanda b. Precipitación: cm por año c. Temperatura: 0-30 ºC d. Plantas: una a dos estratos de árboles e. Animales: mamíferos, aves, e insectos 8) Tundra a. Distribución: áreas en el ártico, b. Precipitación: cm por año c. Temperatura: desde -30 hasta 10 ºC d. Plantas: líquenes, pastos y arbustos pequeños e. Animales: bueyes residentes y depredadores como osos, lobos y zorros Dr. Iván Ferrer-Rodríguez Chap 50 6