Tema 4 Los organismos y la temperatura y la luz

Transcripción

1 Tema 4 Los organismos y la temperatura y la luz

2 Índice (parte de temperatura) 1) La temperatura determina la velocidad de las reacciones bioquímicas. 2) Temperatura y desarrollo de organismos. Concepto de grado día 3) La temperatura puede ser una señal para regular el ciclo de vida 4) De qué depende la temperatura de los organismos? Ecuación del balance de energía 5) Temperatura y distribución de organismos. No siempre hay una relación directa 6) Por qué las temperaturas extremas limitan la vida de los organismos? 7) Adaptaciones a temperaturas extremas en animales y microrganismos 8) Adaptaciones a temperaturas extremas en plantas 9) Aclimatación a temperaturas extremas. No todo es adaptación 10) Caso práctico: la localización de los viveros forestales y su papel en la aclimatación de las plantas forestales y el éxito de las reforestaciones

3 Por qué es importante la temperatura para los organismos? 1) La temperatura determina la velocidad de las reacciones bioquímicas y la disponibilidad de agua Los organismos EVOLUCIONAN para ajustar sus óptimos metabólicos a la temperatura de su habitar Molles, 2005 Grupo de plantas Plantas C4 (herbáceas subtropicales y tropicales) Árboles tropicales Árboles y arbustos esclerófilos mediterráneos Plantas herbáceas agrícolas C3 Árboles caducifolios templados Arbustos de la tundra Líquenes de zonas frías Tª óptima de fotosíntesis (ºC)

4 Por qué es importante la temperatura para los organismos? 2) La temperatura determina la velocidad de desarrollo de los organismos: concepto de GRADOS-DIA (heat sum) (S) S = t 2 t1 Cómo calculo S? ( T Tb ) S = Días Temp. Pieris rapae Ejemplo: Pieris rapae; S=174 grados-día, Tb=10.5ºC T ª = 20º C; Días = T ª = 15º C; Días = 174 = 18.3 ( ) 174 = 38.6 ( Begon et al., 1999 Útil para animales ECTOTERMOS y plantas

5 Por qué es importante la temperatura para los organismos? 3) Algunos organismos, además, usan la temperatura como señal para regular su ciclo de vida Ejemplo 1: La germinación en otoño de las semillas de plantas anuales mediterráneas debe ir precedida de temperaturas elevadas Ejemplo 2: La brotación de muchos árboles del mundo templado debe ir precedida por una acumulación de horas de frío (y en muchos seguida de una acumulación de horas de calor) Ejemplo 2: La señal que indica a muchas plantas mediterráneas que deben empezar la aclimatación al frío es la reducción de la temperatura

6 De qué depende la temperatura de los organismos? Ecuación de balance de calor C almacenado = C metabolismo ± C radiación ± C conducción ± C convección -C evaporación Radiación directa Intercambio por convección Radiación reflejada Radiación reflejada Metabolismo Intercambio por evaporación Intercambio de energía Radiación de la atmósfera Begon et al., 1999 Intercambio por conducción

7 Los organismos difieren en su capacidad de regular la temperatura de su cuerpo Qué diferencias hay entre los organismos poiquilotermos y los homeotermos, entre los organismos ectotermos y los endotermos, y cuáles son las ventajas y desventajas de la ectotermia y la endotermia? (es importante que conozcáis las fuentes bibliográficas consultadas)

8 La temperatura limita la distribución de los organismos pero la relación no tiene porque ser directa Rubia peregrina Begon et al., 1999

9 Por qué las temperaturas extremas limitan la vida de los organismos? Temperatura elevada Temperatura baja (congelación) Deshidratación (estrés hídrico) Desnaturalización de proteínas y ácidos nucleicos Deshidratación (estrés hídrico) -En plantas, por incapacidad de absorber agua - En plantas, por formación de embolias en el xilema Destrucción protoplasma - por cambios en su volumen - por formación de cristales

10 Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 1) Estructuras de resistencia en animales y microrganismos: huevos de invertebrados y esporas 2) Entrada en letargo: concepto de hibernación y estivación. Letargo diario Letargo estacional Hibernación Estivación

11 Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos La hibernación/estivación ocurre principalmente entre animales endotermos pequeños por qué?

12 Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 3) Cubiertas aislantes para el frío: capas de grasa y capas de pelo, plumas que influyen en la capa límite (Concepto de capa límite) Begon et al., 1999 Capa de aire más densa y próxima a un cuerpo Las capas limite determinan el flujo de calor y materia Su espesor depende de la velocidad del fluido que envuelve el cuerpo

13 Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 4) Intercambio de calor contracorriente: La circulación sanguínea contracorriente Endotermos acuáticos Órix (Oryx besia) Smith and Smith, 2001 Smith and Smith, 2001 Hill et al 2006

14 Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 5) Acumulación de polímeros crioprotectores (glucoproteínas, glicerol) que impiden la congelación del interior de las células y síntesis de proteínas y ácidos nucleicos, y membranas termoestables que no se desnaturalizan a temperaturas elevadas: invertebrados, anfibios y microorganismos 6) En endotermos (mamíferos principalmente) se produce un acortamiento de extremidades (Regla de Allen) y una reducción de la relación superficie/volumen del cuerpo (Regla de Bergman) en climas fríos. Tenéis una práctica en relación con esto

15 Adaptaciones a temperaturas extremas: plantas 1) Estructuras de resistencia (semillas, bulbos, rizomas, etc.) 2) Caducifolía 3) Producción de sistemas hidráulicos resistentes a las embolias Davis et al., 1999, American J. Botany 86:

16 Adaptaciones a temperaturas extremas: plantas 4) Fecha de brotación en primavera Vulnerabilidad del xilema a embolias (diámetro vasos) log DMax (µm) r=0,64 P<0,0001 Febrero Marzo Abril Mayo Mes de comienzo del crecimiento Momento de brotación en primavera 5) Acumulación de crioprotectores que estabilizan las membranas y reducen el punto de congelación: acumulación de carbohidratos solubles

17 Resistencia al frío de especies arbóreas y arbustivas silvestres ibéricas (determinada según tolerancia a heladas y distribución geográfica natural) Baja Ceratonia siliqua (algarrobo) Pistacia lentiscus (lentisco) Smilax aspera (zarzaparrilla) Tetraclinis articulata (Araar) Erica multiflora (Bruguera) Anthyllis cytisoides (albaida) Ulex parviflorus Myrtus communis (mirto o arrayán) Maytenus senegalensis Periploca laevigata Capparis spinosa (alcaparro) Nerium oleander (adelfa) Lonicera implexa Chamaerops humilis (palmito) Phoenix dactylifera (palmera datilera) Media Pinus halepensis (pino carrasco) Pinus pinea (pino piñonero) Pinus pinaster (pino resinero), LA VARIEDAD MARITIMA Quercus coccifera (coscoja) Quercus suber (alcornoque) Arbutus unedo (madroño) Phillyrea sp. Rhamnus alaternus (aladierno) Rhamnus lycioides (espino negro) Olea europaea (olivo, acebuche) Rosmarinus officinalis (romero) Cupressus sempervirens (ciprés) Cistus albidus (jara blanca) Cistus ladanifer (jara pringosa) Ficus carica (higuera) Erica arborea (brezo) Retama sphaerocarpa (retama) Cytisus scoparius (retama negra) Daphne gnidium (torvisco) Viburnum tinus (durillo) Lavandula stoechas Phoenix canariensis (palmera canaria) Genista scorpius (aliaga) Alta CASI todas las especies caducifolias Abies alba (abeto) Pinus sylvestris (pino albar) Pinus pinaster (pino resinero), SOLO LA VARIEDAD CONTINENTAL Pinus nigra (pino laricio) Pinus uncinata (pino negro) Juniperus thurifera (sabina albar) Juniperus communis (enebro) Quercus ilex (encina) Ilex aquifolium (Acebo) Taxus baccata (Tejo) Cistus laurifolius Cytisus oromediterraneus (piorno) Arctostaphylos uva-ursi (gayuba) Rhododendron ferrugineum Buxus sempervirens (boj)

18 Los organismos pueden aclimatarse para resistir las temperaturas extremas: cambios no adaptativos Aclimatación o endurecimiento a las bajas temperaturas de Quercus ilex Individuos muertos (%) jun-00 jul-00 Helada de -12ºC ago-00 oct-00 nov-00 dic-00 ene-01 mar-01 abr-01 may-01 Los cambios de temperatura ambiental y/o de fotoperíodo desencadenan la aclimatación. Mollá et al., 2006 Forest Ecology and Management 237:

19 Un ejemplo de aplicada: la localización de los viveros determina la aclimatación al frío de las plantas y, por tanto, el éxito de las repoblaciones en lugares fríos Quercus ilex Mollá et al., 2006 Forest Ecology and Management 237: