TEMA 5. TRANSFORMACIONES DE LOS ECOSISTEMAS

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1 TEMA 5. TRANSFORMACIONES DE LOS ECOSISTEMAS Contenidos 1. Ecosistema: Biocenosis y Biotopo. 2. Dinámica de los ecosistemas: Niveles tróficos, Cadenas tróficas, Redes tróficas. Flujo de materia y energía. Parámetros tróficos. Pirámides tróficas. 3. Tipos de especies. Estrategias de la r y de la k. 4. Definición de Ciclo biogeoquímico. Ejemplos. 5. Concepto de sucesión y clímax. 6. Autorregulación del ecosistema. 7. Adaptaciones de los seres vivos al medio. 1. ECOSISTEMA: BIOCENOSIS Y BIOTOPO. Ecosistema. Conjunto formado por los seres vivos que habitan en un lugar (biocenosis), el medio físico que ocupan (biotopo) y las relaciones que se establecen entre ellos. Biocenosis. Parte viva del ecosistema. Está formada por las Poblaciones de organismos y los Factores Bióticos (relaciones que se establecen entre los organismos: mutualismo, depredación, ). Biotopo. Parte no viva del ecosistema. Está formado por el Medio Físico (aire, agua, rocas, suelo) y los Factores Abióticos (variables físico-químicas del medio: luz, temperatura, humedad, ). ECOSISTEMA = Biocenosis + Biotopo + Relaciones mutuas 2. DINÁMICA DE LOS ECOSISTEMAS: NIVELES TRÓFICOS, CADENAS TRÓFICAS, REDES TRÓFICAS. FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA. PARÁMETROS TRÓFICOS. PIRÁMIDES TRÓFICAS Niveles Tróficos. Según la forma de obtener el alimento, los seres vivos de un ecosistema se clasifican en varios grupos llamados niveles tróficos: A) Productores. Organismos autótrofos que fabrican su propio alimento por fotosíntesis. Son las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas. B) Consumidores. Organismos heterótrofos que se alimentan de otros seres vivos. Hay tres tipos: - Primarios. Se alimentan de los productores. Son los herbívoros. Ej.: oveja. - Secundarios. Se alimentan de los consumidores primarios. Son los carnívoros (ej.: lobo) y los omnívoros (ej.: gallina). - Terciarios. Se alimentan de consumidores secundarios. Son los supercarnívoros. Ej.: tiburón. C) Descomponedores. Organismos heterótrofos que se alimentan de restos orgánicos (hojarasca, cadáveres, excrementos, ), que transforman en materia inorgánica, que puede ser utilizada de nuevo por los productores. Son los hongos y las bacterias. 1

2 2.2. Relaciones Tróficas: Cadenas y Redes. Las relaciones tróficas son aquellas que se establecen entres los seres vivos que se alimentan unos de otros. Se representan en forma de cadenas o redes. a) Cadena trófica. Serie de organismos ordenados linealmente, donde cada uno sirve de alimento al siguiente. Ej.: Hierba Caracol Pájaro Halcón b) Red trófica. Conjunto de cadenas tróficas interconectadas que se establecen en un ecosistema Flujo de Energía y Ciclo de la Materia. La materia y la energía se transmiten en los ecosistemas a través de las relaciones tróficas. En todos los ecosistemas ocurren simultáneamente dos procesos: a) Flujo de energía. Es un proceso abierto: - Los Productores, mediante la fotosíntesis, transforman la energía luminosa del Sol en energía química, que se acumula en forma de materia orgánica en su cuerpo y se transfiere de unos organismos a otros a través de las relaciones tróficas. - En cada nivel trófico, una parte de la energía se utiliza para el crecimiento del cuerpo, otra se aprovecha para realizar distintos trabajos celulares (transportar sustancias, realizar movimientos, división de la célula, ) y otra se pierde con la respiración celular en forma de calor. - Solo la parte de la energía que se almacena en el cuerpo ( 10% de la recibida del nivel anterior) es la que puede pasar al siguiente nivel trófico. Esta es la razón por la que las cadenas tróficas no suelen tener más de 4 o 5 eslabones o niveles. b) Ciclo de la materia. Es un proceso cerrado: la materia circula por el ecosistema de forma cíclica, por tanto, no se pierde. - La materia inorgánica entra en el ecosistema a través de los productores, que la transforman en materia orgánica y a partir de ellos va pasando a los distintos consumidores. - Cuando productores y consumidores mueren, sus restos orgánicos son transformados por los descomponedores en compuestos inorgánicos, que pueden ser utilizados de nuevo por los productores, cerrándose así el ciclo. 2

3 2.4. Parámetros Tróficos. Son las variables que nos permiten conocer cuál es la acumulación y la transferencia de materia y energía en los distintos niveles tróficos de un ecosistema. Los más importantes son: - Biomasa (B): Es la cantidad de materia orgánica acumulada en un individuo, un nivel trófico o un ecosistema. Se expresa en unidades de masa (g, kg o t) por unidad de superficie o de volumen. Ejs.: g/cm 2, t/ha, kg/m 3, etc. - Producción (P): Es la cantidad de biomasa que se acumula en cada nivel trófico por unidad de superficie (o de volumen) y de tiempo. Por tanto, se puede expresar en g/m 2 /día, kg/ha/año, kg/m 3 /día, etc. Según el nivel trófico, hay dos tipos:. Producción primaria: es aquella referida al nivel de los productores.. Producción secundaria: aquella referida al nivel de los consumidores. Dentro de cada una de estas, se diferencia entre:. Producción bruta (PB): cantidad total de biomasa generada por un nivel trófico cualquiera.. Producción neta (PN): cantidad de biomasa que queda disponible para el siguiente nivel trófico, tras descontar la parte consumida en la respiración celular (R). PN = PB R. - Productividad (p): Es la relación entre la producción y la biomasa de un nivel trófico. Expresa la rentabilidad o eficiencia de un nivel trófico. p = P/B. En general, los organismos pequeños son muy productivos, debido a que se reproducen y crecen muy rápidamente. Ej.: plancton marino Pirámides Tróficas. Un pirámide trófica es la representación gráfica de cómo varía una característica determinada en los distintos niveles tróficos (nº individuos, energía, etc). Los niveles tróficos se representan por medio de pisos o rectángulos superpuestos. La base corresponde a los productores y encima se disponen, por orden, los distintos niveles de consumidores. Todos los rectángulos tienen la misma altura, mientras que la anchura es proporcional al valor de la característica representada. Hay tres tipos: a) Pirámides de números. Se representa el número de individuos en cada nivel trófico. Pueden ser invertidas. b) Pirámides de biomasa. Se representa la biomasa que hay en cada nivel trófico. Pueden ser invertidas. c) Pirámides de energía. Se representa la energía acumulada en cada nivel trófico. No pueden ser invertidas. 3

4 3. TIPOS DE ESPECIES. ESTRATEGIAS DE LA R Y DE LA K. En cualquier ecosistema encontramos poblaciones de diversas especies. Se distinguen varios tipos: Especies nativas. Son las que naturalmente pertenecen a un ecosistema. Especies inmigrantes. Son las que son introducidas deliberada o accidentalmente en un ecosistema. Algunas veces, el resultado es beneficioso (por ejemplo, para luchar contra una plaga), pero otras son muy perjudiciales porque se convierten en plagas o eliminan a otras especies nativas. Así sucedió, por ejemplo, con la introducción del conejo en Australia. Especies generalistas. Son las que pueden vivir en muchos lugares diferentes, ingerir gran variedad de alimentos y toleran muy diferentes condiciones ambientales. Ejs.: el hombre, la rata, las moscas, etc. Especies especialistas. Son las que sólo pueden vivir bajo condiciones alimenticias o ambientales muy concretas. Así, por ejemplo, el oso panda se alimenta de hojas de bambú. Estrategias de Supervivencia. Estrategias de la r y de la K A lo largo de la evolución, las especies han ido adquiriendo una serie de características que les ha permitido sobrevivir en su medio ambiente. Estas características son muy distintas según tengan que vivir en un ambiente cambiante o relativamente estable. Por eso se distinguen dos tipos de estrategias de supervivencia: la de la r y la de la K. a) Estrategia de la r. Es propia de especies microscópicas o de tamaño pequeño (bacterias, protozoos, plantas fugaces, animales pequeños, etc.), que habitan en ecosistemas inestables o jóvenes, como por ejemplo, un charco; tienen ciclos vitales cortos y una tasa de reproducción muy alta (de ahí la r ). Por tanto, se trata de especies oportunistas o pioneras, ya que su papel es colonizar los ecosistemas en las primeras etapas de su desarrollo. Ej.: cuando llueve y se forman charcos, si la temperatura es adecuada, la población de protozoos del charco crecerá rápidamente hasta que llegue un momento en el que el charco se seque o se termine. b) Estrategia de la K. Es propia de especies de gran tamaño y longevas que habitan en ecosistemas relativamente estables o maduros, como por ejemplo, un bosque; tienen ciclos vitales largos y una tasa de reproducción baja, por lo que su población se mantiene alrededor de la capacidad de carga del medio (de ahí la K ). Por tanto, son especies especialistas, ya que viven en unas condiciones muy concretas. Ejs.: mayoría de aves y mamíferos. 4. DEFINICIÓN DE CICLO BIOGEOQUÍMICO. EJEMPLOS. Ciclo Biogeoquímico: es el recorrido que realiza un elemento químico a través de la biocenosis y el biotopo de un ecosistema. Los más importantes son: el ciclo del carbono, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del fósforo. 4

5 CICLO DEL CARBONO Procesos: 1 : Fotosíntesis 2 : Respiración celular 3 : Precipitación química 4 : Disolución 5 : Respiración celular 6 : Nutrición heterótrofa 7 : Combustión 8 : Descomposición bacteriana CICLO DEL NITRÓGENO Procesos: 1 : Absorción 2 : Nutrición heterótrofa 3 : Excreción 4 y 5 : Nitrificación bacteriana 6 : Desnitrificación bacteriana 7 : Fijación bacteriana 5

6 CICLO DEL FÓSFORO 5. CONCEPTO DE SUCESIÓN Y CLÍMAX. Sucesión ecológica: Es el conjunto de cambios sucesivos que se producen en un ecosistema, como consecuencia de su propia dinámica interna. Es un proceso lento y gradual. Cambios generales en una sucesión. Los más importantes son: - Aumenta la diversidad de especies (las especies generalistas son sustituidas por especies especialistas). - Aumenta la complejidad estructural (más especies redes tróficas más complejas y más relaciones interespecíficas). - Se incrementa la biomasa (fase inicial: crecimiento exponencial; fase final: crecimiento más o menos constante). - Aumenta la eficacia en el aprovechamiento de la energía. - Disminuye la productividad (producción/biomasa). - Aumenta la estabilidad del ecosistema, ya que surgen mecanismos de autorregulación que aumentan su resistencia a las perturbaciones. Etapa clímax. Es el estado de estabilidad ideal al que tienden todos los ecosistemas al final de una sucesión. Este estado no se alcanza nunca ya que las condiciones ambientales no se mantienen constantes. Las alteraciones en los ecosistemas pueden producir, bien una regresión (vuelta a una etapa anterior), o bien una nueva etapa en su evolución. Sucesiones primarias y secundarias. - Sucesión primaria. Es aquella que se inicia en un lugar virgen (no ocupado anteriormente por una comunidad). Ej.: la que se inicia en una isla volcánica recién formada. - Sucesión secundaria. Es aquella que se produce en una zona donde antes existía una comunidad que ha sido parcial o totalmente eliminada. Ej.: la que se inicia tras un incendio, una inundación, una tala masiva, etc. Las sucesiones primarias son más lentas que las secundarias, ya que primero debe formarse un suelo. Las primeras especies que aparecen en una sucesión primaria se llaman pioneras o colonizadoras. Ej.: líquenes sobre rocas desnudas. Después son sustituidas por otras, llamadas especialistas, que ocupan nuevos nichos. 6

7 6. AUTORREGULACIÓN DEL ECOSISTEMA. Los ecosistemas maduros tienden a permanecer más o menos estables a lo largo del tiempo, ya que existen factores que regulan el crecimiento indefinido de las poblaciones. Este proceso se llama autorregulación. Factores que limitan el crecimiento de las poblaciones. a) Factores dependientes de la densidad. Los más importantes son: - las enfermedades (se propagan más fácilmente en las poblaciones con mayor densidad). - la competencia por los recursos limitados (alimento, espacio, ). - la depredación. - la emigración. - la acumulación de residuos tóxicos. b) Factores independientes de la densidad. Son los factores ambientales, como: - la temperatura. - la luz. - la cantidad de oxigeno. - la sequía. - las heladas. - las inundaciones. 7. ADAPTACIONES DE LOS ORGANISMOS AL MEDIO AMBIENTE. Adaptaciones: Son las estructuras anatómicas, los procesos fisiológicos y las pautas de conducta que permiten a los organismos sobrevivir en su medio ambiente. ADAPTACIONES DE LOS SERES VIVOS AL MEDIO TERRESTRE. a) Adaptaciones a la Humedad. - PLANTAS: en lugares húmedos poseen muchos estomas (ej.: helechos); en lugares secos poseen hojas pequeñas y estrechas (tomillo), tallos suculentos y hojas en forma de espinas (cactus). A las plantas adaptadas a la escasez de agua se les denomina xerófitas. - ANIMALES: en lugares secos poseen escamas duras, caparazones (reptiles) o cubiertas impermeables, como el exoesqueleto de los insectos (escarabajos, cucarachas, ), que evitan la deshidratación. b) Adaptaciones a la Luz. - PLANTAS: en lugares con poca luz, crecen muy alto o poseen hojas muy anchas; en lugares con mucha luz, poseen pelillos reflectantes. - ANIMALES: hábitos diurnos (activos durante el día, como aves y mamíferos) o hábitos nocturnos (activos durante la noche, como murciélagos y mosquitos). 7

8 c) Adaptaciones a la Temperatura. - PLANTAS: en lugares fríos pierden las hojas en invierno (plantas de hoja caduca) o son muy finas (pino); en lugares calurosos cierran los estomas de día y poseen epidermis impermeabilizadas para reducir la transpiración. - ANIMALES: los poiquilotermos (tª variable) hibernan o se entierran en épocas frías; los homeotermos (tª estable) poseen gruesas capas de grasa, pelo (mamíferos), plumas (aves) para soportar el frío; en zonas cálidas presentan sudoración o hábitos nocturnos. ADAPTACIONES DE LOS SERES VIVOS AL MEDIO ACUÁTICO. a) Adaptaciones a la Luz. - ALGAS: viven en la zona fótica; formas acintadas o laminares (> captación de luz). Diferentes algas según el pigmento que predomine (verdes, rojas y pardas). - ANIMALES: en zonas poco iluminadas, poseen órganos productores de luz (bioluminiscencia). b) Adaptaciones a los Movimientos del Agua. - ALGAS: viven fijas al sustrato. - ANIMALES: se refugian en cuevas o bajo piedras; otros nadan activamente. c) Adaptaciones a la Densidad del Agua. - ANIMALES: aletas y cuerpo hidrodinámico (facilitan la natación); cavidades llenas de aire (vejiga natatoria) para regular su posición en la columna de agua. 8