Capítulo 28. Cómo funcionan los ecosistemas? Lecture Outlines by Gregory Ahearn, University of North Florida. Copyright 2011 Pearson Education Inc.

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1 Capítulo 28 Cómo funcionan los ecosistemas? Lecture Outlines by Gregory Ahearn, University of North Florida Copyright 2011 Pearson Education Inc.

2 Contenido de la sección Cómo se mueven la energía y los nutrientes a lo largo de los ecosistemas? La función de un ecosistema está sujeta a dos leyes básicas:

3 Trayectorias de la energía y los nutrimentos La energía se desplaza de una comunidad a otra dentro de los ecosistemas en un flujo unidireccional continuo. La energía que impulsa las actividades de la vida proviene del sol. Es captura por los organismos fotosintéticos y transformada por las reacciones químicas que alimentan la vida. Termina convertida en energía calorífica que se irradia de regreso hacia el espacio.

4 Trayectorias de la energía y los nutrimentos Los nutrimentos constantemente se reciclan dentro y entre de los ecosistemas. Las moléculas de la vida se construyen a partir de componentes químicos básicos que se obtienen del medio ambiente. Los nutrimentos pueden cambiar en cuanto a su forma y distribución, e incluso ser transportados entre diferentes ecosistemas, pero permanecen en la Tierra.

5 Contenido de la sección Cómo fluye la energía a través de las comunidades?

6 La energía entra por la vía de la fotosíntesis Las ondas electromagnéticas llevan energía del sol a la Tierra. Gran parte de la energía solar que llega a la Tierra es reflejada o absorbida. Sólo alrededor del 1% de la energía está disponible para la fotosíntesis. Los organismos fotosintéticos capturan el 3% o menos de esta cantidad. Gracias a la fotosíntesis, ellos sirven como conducto tanto de energía como de nutrimentos hacia las comunidades ecológicas.

7 La energía entra por la vía de la fotosíntesis La energía fluye en las comunidades a partir de los productores fotosintéticos a través de varios niveles de consumidores. Cada nivel de organismos se llama nivel trófico.

8 La energía entra por la vía de la fotosíntesis Los autótrofos (o productores) producen su propio alimento utilizando nutrimentos y energía del ambiente (luz solar). Forman el primer nivel trófico. Directa o indirectamente también producen alimento para casi todas las formas de vida.

9 La energía entra por la vía de la fotosíntesis Los heterótrofos (o consumidores) no pueden sintetizar su propio alimento, así que obtienen la energía y nutrimentos de los productores. Ocupan varios niveles tróficos.

10 Flujo de energía entre los niveles tróficos Los consumidores ocupan varios niveles tróficos. Los que se alimentan directa y exclusivamente de los productores se llaman herbívoros o consumidores primarios. Los que se alimentan principalmente de consumidores primarios se llaman carnívoros o consumidores secundarios.

11 Flujo de energía entre los niveles tróficos Los consumidores ocupan varios niveles tróficos. Los que se alimentan principalmente de consumidores primarios se llaman carnívoros o consumidores secundarios.

12 Flujo de energía entre los niveles tróficos Los consumidores ocupan varios niveles tróficos. Algunos carnívoros se alimentan en ocasiones de otros carnívoros y actúan como consumidores terciarios.

13 energía de la luz solar productores calor calor nutrimentos calor consumidores primarios descomponedores FIGURA 28-1 Flujo de energía, ciclo de nutrimentos y relaciones tróficas en los ecosistemas consumidores de nivel superior energía solar energía térmica energía almacenada en enlaces químicos nutrimentos calor

14 La energía entra por la vía de la fotosíntesis La energía que los organismos fotosintéticos almacenan y ponen a disposición de otros miembros de la comunidad a lo largo de un periodo específico se denomina productividad primaria neta. Determina la cantidad de vida que un ecosistema determinado puede sostener.

15 La energía entra por la vía de la fotosíntesis En la productividad primaria neta del ecosistema influyen: La cantidad de nutrimentos y luz solar de la que disponen los productores. La disponibilidad de agua. La temperatura.

16 mar abierto (125) plataforma continental (140) tundra (140) bosque lluvioso (2200) bosque de coníferas (800) bosque caducifolio templado (1200) estuario (1500) pastizal (600) desierto (90) FIGURA 28-2 Comparación de la productividad de los ecosistemas

17 Cadenas tróficas Una cadena trófica es una relación lineal de alimentación con un solo representante de cada nivel trófico. Los distintos ecosistemas tienen cadenas alimentarias radicalmente diferentes. Las comunidades naturales rara vez contienen grupos bien definidos de consumidores primarios, secundarios y terciarios.

18 FIGURA 28-3 Cadenas tróficas terrestre y marina

19 Redes alimentarias Una red trófica muestra las relaciones alimentarias de una comunidad e incluyen sus múltiples cadenas interconectadas.

20 FIGURA 28-4 Una red alimentaria simple en una pradera de pastos cortos

21 Flujo de energía entre los niveles tróficos Algunos animales son omnívoros, y actúan en diferentes ocasiones como consumidores primarios, secundarios y, ocasionalmente, terciarios. Ejemplo: los seres humanos.

22 Comedores de detritos y descomponedores Los comedores de detritos (detritófagos) y los descomponedores (saprófitos) liberan nutrimentos que se reutilizan.

23 Comedores de detritos y descomponedores Los comedores de detritos viven de los desperdicios orgánicos: exoesqueletos mudados, hojas caídas, desechos y cadáveres.

24 Comedores de detritos y descomponedores Comedores de detritos. Ejemplos: lombrices de tierra, protistas, cochinillas, y buitres. Consumen materia orgánica muerta y la excretan en un estado de descomposición más avanzado. Sus productos de excreción sirven de alimento a otros comedores de detritos y a los descomponedores.

25 Comedores de detritos y descomponedores Los descomponedores digieren el alimento que encuentran afuera de su cuerpo mediante la secreción de enzimas digestivas. Son principalmente hongos y bacterias. Absorben los nutrimentos y los compuestos ricos en energía que necesitan, liberando aquellos que quedan.

26 Comedores de detritos y descomponedores Los comedores de detritos y los descomponedores reducen el cuerpo y los residuos de los organismos vivos a moléculas simples. Reciclan los nutrimentos, que vuelven a quedar disponibles para los productores primarios. Si no existieran, la productividad primaria se detendría por falta de nutrimentos y la comunidad colapsaría.

27 La transferencia de energía es ineficiente La transferencia de energía de un nivel trófico a otro es ineficiente. Un pequeño porcentaje de la energía disponible se transfiere al siguiente nivel trófico porque: La conversión de energía siempre implica pérdidas en forma de calor. Algunas de las moléculas de los organismos no pueden ser digeridas o absorbidas.

28 La transferencia de energía es ineficiente Un pequeño porcentaje de la energía disponible se transfiere al siguiente nivel trófico porque: Una parte de la energía se utiliza en cada nivel trófico para mantenimiento, reparación, movimiento, etcétera. Algunos organismos mueren en cada nivel sin ser comidos y pasan su energía a los comedores de detritos y descomponedores.

29 FIGURA 28-5 Transferencia y pérdida de energía

30 Pirámides de energía Las pirámides de energía ilustran la transferencia de energía entre niveles tróficos.

31 Pirámides de energía La transferencia neta de energía entre los niveles tróficos tiene una eficiencia aproximada del 10%. Una pirámide de energía representa esto, con los productores primarios en la base y los niveles tróficos apilados en la parte superior.

32 consumidor terciario (1 caloría) consumidor secundario (10 caloría) consumidor primario (100 caloría) productores (1000 caloría) FIGURA 28-6 Pirámide de energía de un ecosistema de pradera

33 Pirámides de energía Este patrón de transferencia de energía tiene algunas ramificaciones importantes: Las plantas dominan casi todas las comunidades porque disponen de más energía, seguidas por los herbívoros y los carnívoros. Se puede alimentar a un número mucho mayor de personas con cereales que con carne.

34 Contenido de la sección Cómo se desplazan los nutrimentos dentro de los ecosistemas y entre ellos?

35 Ciclos de nutrimentos Los nutrimentos son los elementos y las pequeñas moléculas que constituyen todos los componentes básicos de la vida.

36 Ciclos de nutrimentos Los organismos necesitan de los macronutrimentos en grandes cantidades. Incluyen: agua, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y calcio.

37 Ciclos de nutrimentos Los micronutrimentos son necesarios sólo en muy pequeñas cantidades. Incluyen: zinc, molibdeno, hierro, selenio y yodo.

38 Ciclos de nutrimentos Los ciclos de nutrimentos (o ciclos biogeoquímicos) describen las trayectorias que siguen los nutrimentos entre las comunidades y las partes inanimadas de los ecosistemas. Las fuentes y los lugares de almacenamiento de nutrimentos se denominan reservas. Las reservas principales se encuentran, por lo general, en el ambiente abiótico.

39 El ciclo hidrológico La reserva principal de agua es el océano. Contiene más del 97% del agua de la Tierra. La energía solar evapora el agua, y la gravedad la trae de vuelta a la Tierra en forma de precipitación.

40 El ciclo hidrológico El agua que cae en tierra sigue varias rutas: Un poco de agua se evapora del suelo, los lagos y las corrientes de agua. Una fracción escurre de la tierra y vuelve a los océanos. Una pequeña cantidad penetra hasta los depósitos subterráneos.

41 El ciclo hidrológico La mayoría del agua se evapora en la superficie del océano. Las raíces de las plantas absorben agua, que en buena parte se evapora de las hojas y regresa a la atmósfera.

42 depósitos procesos vapor de agua en la atmósfera precipitación sobre la tierra precipitación sobre el océano evaporación de la tierra y transpiración de las plantas evaporación del océano evaporación de lagos y ríos lagos y ríos filtración en el suelo escurrimiento desde ríos y tierra extracción para agricultura agua en el océano agua subterránea, incluidos acuíferos FIGURA 28-7 Ciclo hidrológico

43 El ciclo hidrológico A medida que la población humana ha crecido, el agua dulce ha comenzado a escasear. Debido a que el agua es escasa, el crecimiento de los cultivos, se limita. El bombeo del agua de los mantos acuíferos se está agotando rápidamente.

44 El ciclo hidrológico A medida que la población humana ha crecido, el agua dulce ha comenzado a escasear. El agua contaminada se consume por más de mil millones de personas al año en los países en desarrollo, y mata a millones de niños.

45 El ciclo del carbono El marco estructural de todas las moléculas orgánicas, que son los componentes básicos de la vida, está formado de cadenas de átomos de carbono.

46 El ciclo del carbono El carbono entra en la comunidad viviente cuando los productores captan dióxido de carbono (CO 2 ) durante la fotosíntesis. En tierra, los productores obtienen CO 2 de la atmósfera. Los productores acuáticos encuentran abundante CO 2 disuelto en el agua.

47 El ciclo del carbono Los consumidores primarios se alimentan de los productores y se apropian del carbono almacenado en sus tejidos. Estos herbívoros liberan un poco de carbono al respirar. Guardan el resto, que es consumido a veces por organismos de niveles tróficos más elevados.

48 El ciclo del carbono Todos los seres vivos mueren tarde o temprano y los detritófagos y saprófagos se encargan de degradar sus cuerpos. La respiración celular de estos organismos devuelve CO 2 a la atmósfera y a los océanos.

49 El ciclo del carbono Los combustibles fósiles se forman cuando los restos de plantas y animales antiguos se entierran y se someten a altas temperaturas y presiones durante millones de años. Cuando quemamos combustibles fósiles para aprovechar esta energía almacenada, se libera CO 2 en la atmósfera.

50 depósitos procesos niveles tróficos CO 2 en la atmósfera CO 2 disuelto en el océano quema de combustibles fósiles CO 2 en la atmósfera fuego fotosíntesis productores consumidores descomposición detritófagos y saprófitos combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) FIGURA 28-8 Ciclo del carbono

51 El ciclo del nitrógeno El nitrógeno es un componente fundamental de las proteínas, de muchas vitaminas y de los ácidos nucleicos ADN y ARN. Aunque el nitrógeno gaseoso (N 2 ) conforma el 79% de la atmósfera, esta forma de nitrógeno no puede ser utilizada por las plantas; sólo por algunas bacterias. Las plantas utilizan el nitrato (NO 3- ) o el amoniaco (NH 3 ) como fuentes de nitrógeno.

52 El ciclo del nitrógeno Ciertas bacterias convierten el (N 2 ) en amoniaco (fijación de nitrógeno). Algunas de estas bacterias viven en el agua y en la tierra. Otras viven en asociaciones simbióticas con plantas leguminosas.

53 El ciclo del nitrógeno Otras bacterias en el suelo y el agua convierten el amoniaco en nitrato (NO 3- ). Los nitratos también se producen durante tormentas eléctricas, cuando la energía de los relámpagos combina nitrógeno y oxígeno atmosférico para formar compuestos de óxido de nitrógeno que se disuelven en la lluvia.

54 El ciclo del nitrógeno Las plantas asimilan los compuestos nitrogenados disponibles en el suelo y agua. Los consumidores obtienen nitrógeno de su alimento a través de los niveles tróficos. Los detritófagos y saprófitos producen amoniaco a partir de los organismos que descomponen.

55 El ciclo del nitrógeno Las bacterias desnitrificantes descomponen el nitrato y devuelven nitrógeno gaseoso a la atmósfera.

56 depósitos procesos niveles tróficos N 2 en la atmósfera quema de combustibles fósiles N 2 en la atmósfera aplicación de fertilizante fabricado consumidores productores amoniaco y nitratos en el agua N 2 en la atmósfera N 2 en la atmósfera bacteria fijadora de nitrógeno en suelo y raíces de leguminosa descomposición bacteria desnitrificante amoniaco y nitratos en el suelo FIGURA 28-9 Ciclo del nitrógeno

57 El ciclo del nitrógeno Los compuestos nitrogenados producidos por los seres humanos ahora dominan el ciclo del nitrógeno, creando serios problemas ambientales. La aplicación de fertilizantes químicos podría cambiar la composición de las comunidades vegetales. La quema de bosques y combustibles fósiles libera nitrógeno que produce la acidificación del hábitat.

58 El ciclo del fósforo El fósforo es un componente fundamental del ATP y el NADP, los ácidos nucleicos y los fosfolípidos de las membranas celulares.

59 El ciclo del fósforo La reserva principal de fósforo de los ecosistemas es la roca, donde se encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato. Las rocas ricas en fosfato expuestas a la intemperie se erosionan y la lluvia disuelve el fosfato. El fosfato disuelto, lo absorben los autótrofos, que lo incorporan a las moléculas biológicas que pasan por las redes alimentarias.

60 El ciclo del fósforo La reserva principal de fósforo de los ecosistemas es la roca, donde se encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato. En cada nivel se excreta el fósforo excedente y los descomponedores liberan fosfato. El fosfato puede ser reabsorbido por los autótrofos o incorporarse de nuevo a la roca.

61 depósitos procesos niveles tróficos fosfato en roca elevación geológica aplicación de fertilizante fabricado consumidores productores escurrimiento de campos fertilizados escurrimiento de ríos detritófagos y saprófitos descomposición ingesta por productores fosfato en suelo fosfato en agua Fosfato en sedimento formación de roca que contiene fosfato FIGURA Ciclo del fósforo

62 El ciclo del fósforo Las rocas ricas en fosfatos se emplean para producir fertilizantes. El suelo que se erosiona de los campos fertilizados arrastra grandes cantidades de fosfatos hacia lagos, corrientes de agua y el mar. Estimula un crecimiento tan abundante de algas y bacterias, que se trastornan las interacciones naturales en la comunidad.

63 Contenido de la sección A qué se debe la lluvia ácida?

64 A qué se debe la lluvia ácida? Muchos de los problemas ambientales que aquejan a la sociedad moderna son consecuencia de la interferencia humana en el funcionamiento de los ecosistemas.

65 A qué se debe la lluvia ácida? Hemos expuesto a los ecosistemas a una variedad de sustancias que son extrañas y a menudo tóxicas para ellos.

66 FIGURA Una sustancia natural fuera de lugar

67 A qué se debe la lluvia ácida? Sintetizamos sustancias que nunca se habían hallado en la Tierra y que son dañinas para muchas formas de vida. Ejemplos: pesticidas y solventes.

68 A qué se debe la lluvia ácida? Desde el inicio de la Revolución hemos dependido enormemente de la energía extraída de los combustibles fósiles para calentar, iluminar y transportar, así como para la agricultura y las diversas industrias. La dependencia en los combustibles fósiles provoca dos problemas ambientales: La lluvia ácida El calentamiento global

69 A qué se debe la lluvia ácida? La lluvia ácida (sedimentación ácida) se debe a la producción industrial excesiva de óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre que nuestros ecosistemas naturales no pueden absorber y reciclar.

70 Ciclos sobrecargados Dióxido de azufre: Liberado principalmente por plantas generadoras que usan carbón y petróleo. Al combinarse con el vapor de agua de la atmósfera, se transforma en ácido sulfúrico.

71 Ciclos sobrecargados Óxidos de nitrógeno: Liberados por vehículos, plantas generadoras, e industrias. Al combinarse con el vapor de agua de la atmósfera se transforman en ácido nítrico.

72 Ciclos sobrecargados Algunos días después, y con frecuencia a cientos de kilómetros de la fuente, los ácidos se precipitan. Corroen las estatuas y los edificios Dañan los árboles y los cultivos Dejan los lagos sin vida

73 FIGURA La sedimentación ácida es corrosiva

74 Daños por sedimentación ácida El 25% de todos los lagos y estanques de los montes Adirondack (Nueva York) son demasiado ácidos para permitir la vida de peces en ellos.

75 Daños por sedimentación ácida Los peces mueren, porque se destruye gran parte de la red alimentaria que les da sustento La acidificación afecta primero a las almejas, los caracoles, los langostinos y las larvas de insectos, después a los anfibios y finalmente a los peces. El resultado es un lago cristalino hermoso, pero muerto.

76 Daños por sedimentación ácida La lluvia ácida disminuye la productividad de los cultivos y la salud de las plantas silvestres. Al penetrar en el suelo disuelve y arrastra consigo nutrimentos indispensables al tiempo que mata los microorganismos descomponedores. Las plantas, envenenadas y privadas de nutrimentos, se debilitan y quedan a merced de las infecciones y el ataque de los insectos.

77 Daños por sedimentación ácida La lluvia ácida disminuye la productividad de los cultivos y la salud de las plantas silvestres. Ejemplo: los bosques del monte Mitchell, en Carolina del Norte.

78 FIGURA La sedimentación ácida destruye los bosques