1-ECOLOGÍA 2015 - Ecosistemas -Energía -Ciclos Materia
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ECOLOGÍA
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ECOLOGÍA
¿Qué es un ecosistema?
Es el conjunto de factores bióticos (seresvivos) y abióticos (medio físico-químico) quese relacionan entre sí en un determinadotiempo y área.
ECOSISTEMA
CARACTERÍSTICAS DE LOS ECOSISTEMAS
Homeostasis
Relaciones alimentarias
Flujos de energía
Ciclo de la materia
CARACTERÍSTICAS DE LOS ECOSISTEMAS
Homeostasis
Característica del ecosistema por la que mantiene el estado en una situación estable. Por ejemplo un bosque es un ecosistema que se compone
de suelo, aire, agua, nutrientes, especies de animales, pájaros, insectos, microorganismos, árboles, entre otros.
Si algunos de los árboles son cortados, el resto de los elementos pueden verse afectados, perder su hábitat, producirse erosión, desplazamientos de nutrientes.
Es por ello que los ecosistemas tienen la capacidad de compensar naturalmente los cambios que puedan ocurrirle, pero el accionar del hombre ha hecho que esta capacidad sea sobrepasada rompiendo el equilibrio natural.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ECOSISTEMAS
Relaciones alimentarias
El concepto principal de ecosistema es la
interrelación entre los factores, los cuales
ninguno puede ser modificado sin afectar a otro.
Los organismos necesitan de aporte de energía
suministrado por el Sol y pasa de unos a otros a
través de relaciones alimentarias llamadas
cadenas tróficas o alimentarias.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ECOSISTEMAS
Flujos de energía
En un ecosistema fluye energía desde el sol hacia cada uno de los niveles tróficos de la cadena alimentaria.
El curso de la energía es unidireccional, degradándose en formas menos aprovechables.
Esta energía cumple con las leyes de la termodinámica. La primera ley establece que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma; mientras que la segunda ley señala que cuando se transforma la energía disminuye la cantidad útil, la cual parte se pierde por calor y parte se disipa.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ECOSISTEMAS
Ciclo de la materia
Los organismos utilizan las moléculas para degradar la energía y así pasar a formar parte de su organismo.
Una vez que los seres de los distintos niveles tróficos consumen estas moléculas las van depositando en la tierra, atmósfera, o agua por la respiración, heces o por su descomposición cuando mueren.
Contrario al ciclo de la energía, los ciclos de la materia son cerrados, fluye desde el entorno abiótico pasando por los cuerpos de los organismos vivos, retomando nuevamente al abiótico cerrando el ciclo.
En todo ecosistema existen ciclos de oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, entre otros, que son necesarios conocerlos para entender el funcionamiento de los ecosistemas.
NIVELES DE ORGANIZACION
La Población
conjunto de organismos de la misma especie que conviven en tiempo y
espacio. Pueden intercambiar natural y espontáneamente sus
características genéticas, comparten un pasado evolutivo común y
constituyen una unidad evolutiva con un destino común. Ej: la población
de ratas de la ciudad de la plata.
Las Comunidades
grupos de poblaciones de distintas especies que coexisten o cohabitan
en tiempo y espacio. Ejemplos: los bosques dominados por Coihues, la
comunidad de peces del Río de la Plata.
Hay 2 aspectos fundamentales en cualquier ecosistema:
LOS FACTORES AMBIENTALES
ABIÓTICOSLA ESTRUCTURA BIÓTICA
3 categorías de organismo:
Productores: elaboran su
propio alimento. Principalmente
plantas verdes. Son los que con
la energía de la luz convierten las
sustancias inorgánicas en
orgánicas.
Consumidores: se alimentan de
los productores o de otros
consumidores.
Saprofitos y descomponedores:
se alimentan de materia orgánica
muerta.
Basada en las relaciones de
alimentación
Principales:
Régimen de lluvias: monto y
distribución anual y humedad del
suelo.
Temperatura: extremos de frio y
calor, promedio.
Luz
Viento
Nutrientes químicos
PH (acidez)
Salinidad
Incendios
Agentes físicos y químicos.
FUNCIONAMIENTO DE LOS ES
LAS RELACIONES
TRÓFICAS
FUNCIONES DE LOS ORGANISMOS
EN CADA COMUNIDAD
Los organismos fotosintéticos se llaman productores, porque producen alimento para ellos mismos.
Además, en forma indirecta, producen alimento para casi todas las otras formas de vida
Los organismos que no pueden fotosintetizar, no producen alimento por sí mismos, sino que deben adquirir la energía que se encuentra en las moléculas de los cuerpos de otros organismos.
Estos organismos se llaman consumidores.
LA ENERGÍA EN LA CADENA ALIMENTARIA
En los seres vivos la energía fluye a lo largo de
las comunidades.
Cada categoría de organismo se llama nivel
trófico ( que significa nivel de alimentación).
Los productores, desde las bacterias hasta los
árboles más grandes como el alerce, obtienen su
energía directamente de la luz solar.
Los consumidores forman varios niveles tróficos
y algunos, incluso, cambian de niveles al comer
organismos de diferentes niveles.
Así por ejemplo, los gorriones comen semillas o
insectos.
ANIMALES CONSUMIDORES
Los consumidores que se alimentan exclusivamente de productores se llaman herbívoros, (que van desde un grillo hasta una jirafa),y son los consumidores primarios o consumidores de primer orden, conformando el segundo nivel trófico.
Los carnívoros comen carne generalmente de herbívoros, son los consumidores secundarios o de segundo orden y constituyen el tercer nivel trófico.
Algunos carnívoros se comen a otros carnívoros, dependiendo de la naturaleza de su presa, conformando el cuarto nivel trófico.
DETRITÍVOROS: ORGANISMOS
CARROÑEROS Y DESCOMPONEDORES
Tanto las cadenas como las tramas alimentarias tienen animales que viven de los desechos de la vida (exoesqueletos fundidos, desperdicios, organismos muertos, etc.) y forman redes muy complejas.
Estos organismos consumen materia orgánica muerta, extraen parte de la energía almacenada en ella y la excretan en un estado aún más descompuesto.
Por ello son llamados organismos desintegradores, carroñeros, y sus productos excretados sirven de alimento a otros descomponedores hasta que se ha utilizado prácticamente toda la energía almacenada.
CADENA DETRITÍVORA
DESCOMPONEDORES
Los microorganismos forman parte de un ecosistema.
Los descomponedores son los hongos y las
bacterias no fotosintéticas, desdoblan los desechos en
compuestos inorgánicos.
De esta manera cierran el ciclo de la materia.
Gracias a los descomponedores y a los carroñeros los cuerpos y deshechos de organismos se reducen a moléculas simples, como dióxido de carbono, agua, minerales y moléculas orgánicas.
Sin los descomponedores y carroñeros la Tierra estaría colmada de deshechos acumulados, los cuales no fertilizarían el suelo, empobreciendo la vida vegetal.
CADENA TRÓFICA
Está formada por eslabones cada uno de los
cuales es un organismo que consume al
precedente y a su vez es consumido por el
siguiente.
El primer eslabón lo forman los productores
que captan la energía y la transfieren a los
niveles superiores (consumidores).
La caracterización lineal del flujo químico y de energía a través delos organismos se denomina cadena trófica o alimentaria.
CADENAS ALIMENTARIAS
En las cadenas alimentarias, el representante del
nivel trófico superior se come al representante del
nivel trófico inferior, originando una relación
lineal de la energía.
Las comunidades rara vez muestran cadenas
alimentarias con consumidores primarios
secundarios y terciarios. Normalmente forman
redes o tramas alimentarias donde muchas
cadenas se interrelacionan.
Muchas veces los animales que comen de todo y el
hombre (omnívoro) actúa en diferentes momentos
como consumidor primario, secundario o terciario.
CADENAS DE PASTOREO CON Y SIN HUMANOS
Redes Alimentarias
Conjunto de cadenas alimentarias que operan en el ecosistema
PIRÁMIDES ECOLÓGICAS
Es la representación gráfica de una cadena alimentaria en forma de pirámide, en cuya base se ubican los productores (quienes concentran la mayor cantidad de energía).
Los consumidores primarios, secundarios, terciarios se ubican en los escalones de arriba sucesivamente. En el vértice se colocan los mayores depredadores, a los que les corresponde el menor contenido energético.
Al pasar de un nivel a otro el 90% de la energía se disipa en forma de calor y sólo el 10% pasa al organismo del siguiente nivel.
Esta ineficiencia reduce la extensión de las cadenas alimentarias a 4 o 5 eslabones.
NIVELES TRÓFICOS
PIRÁMIDES NUMÉRICAS
PIRÁMIDE DE BIOMASA
NIVELES TRÓFICOS
El nivel alimentario o nivel trófico (trofos en griego=alimento) de un organismo es su posición respecto a la entrada inicial de energía a través
de los productores primarios.
1. ¿Qué sucedería en el ecosistema si se suprimiera el grupo de los descomponedores?
2. ¿Qué sucedería si se destruyera el grupo de organismos productores?
3. La estabilidad de un ecosistema es mayor mientras más grande sea la complejidad
de sus relaciones. ¿Es acertada esta afirmación?
ECOSISTEMAS SIN INTERVENCIÓN
HABITAT Y NICHO
Hábitat
Es el ambiente ocupado por un organismo o
población. Cada una de las especies en la biósfera,
tiene un lugar determinado para vivir y al cual está
adaptada.
Nicho ecológico
Es el papel funcional que desempeña una especie en
una comunidad. El hábitat es compartido por varias
especies con funciones diferentes en el mismo,
conocido como nicho, es decir la función o la posición
de una población o parte de ella en el ecosistema.
DIVERSIDAD Y DOMINANCIA
La comunidad tiene ciertos atributos, entre ellos la dominancia y la diversidad de especies.
La dominancia se produce cuando una o varias especies controlan las condiciones ambientales que influyen en las especies asociadas.
La dominancia puede influir en la diversidad de especies de una comunidad porque la diversidad no se refiere solamente al número de especies que la componen, sino también a la proporción que cada una de ellas representa.
LA ENERGÍA EN LOS
ECOSISTEMAS
La Energía de los Ecosistemas
25%
45%
25%
Es reflejado por la atmósfera antes de penetrarla
Es absorbido por la Superficie por el Planeta
5%
Sol
Absorbe la atmósfera
FLUJO DE ENERGÍA
De la energía solar que alcanza la superficie de la Tierra, una fracción muy pequeña es derivada a los sistemas vivos.
Aun cuando la luz caiga en una zona con vegetación abundante como en una selva, un maizal o un pantano, sólo aproximadamente entre el 1 y el 3% de esa luz (calculado sobre una base anual) se usa en la fotosíntesis.
Una fracción tan pequeña como ésta puede dar como resultado la producción –a partir del dióxido de carbono, el agua y unos pocos minerales– de varios millares de gramos (en peso seco) de materia orgánica por año en un solo metro cuadrado de campo o de bosque.
FLUJO DE ENERGÍA
El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel al siguiente.
La materia es utilizada de forma cíclica pero la energía es empleada una sola vez, perdiéndose paulatinamente, a lo largo de todas las etapas señaladas, en forma de calor o de trabajo.
La energía fluye a través de la cadena alimentaria sólo en una dirección.
La energía entra en el ecosistema en forma de energía luminosa, se usa por los seres vivos para trabajo y sale en forma de energía calorífica que ya no puede reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcionamiento.
LA MATERIA EN LOS
ECOSISTEMAS
NIVELES TRÓFICOS
descomponedores
BIOMASA
Es el peso del material vivo que se encuentra en
un área y un momento dados.
Se puede expresar como peso fresco o como peso
seco por unidad de área (g/m2; kg/m2; ton/ha).
En plantas se separa siempre biomasa viva de
biomasa muerta o necromasa, es decir ramas
muertas más hojarasca del suelo.
BIOMASA
En el trayecto desde los productores primarios
(vegetales) a los consumidores cuaternarios
(carnívoros secundarios), por ejemplo, se puede
pasar de
1.000 g/m2 a 1 g/m2 de biomasa transferible.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Consisten en la recirculación de los bioelementos
entre el componente abiótico (atmósfera, corteza
terrestre, lagos, etc.) y el biótico (productores,
consumidores, desintegradores) en los ecosistemas
y la biosfera.
CICLADO DE MATERIA
Los elementos y compuestos inorgánicos se mueven
en forma circular en los llamados ciclos nutritivos o ciclos
biogeoquímicos. En estos ciclos se pueden reconocer dos
zonas, una abiótica y otra biótica.
En la parte abiótica hay grandes cantidades de
sustancias inorgánicas que se descomponen en forma lenta,
están a disposición de los organismos en forma abundante y
fácil (gaseosos: agua, dióxido de carbono, oxígeno) o escasa
y difícil (materiales sedimentarios: hierro, fósforo,
magnesio).
CICLADO DE MATERIA
En la parte biótica el flujo del ciclo es rápido y la cantidad
de sustancias inorgánicas es menor. El organismo vivo
toma elementos inorgánicos y al morir y descomponerse
éstos son devueltos al ambiente para ser nuevamente
aprovechados.
En los ciclos gaseosos los nutrientes circulan entre la
atmósfera y por los organismos vivos. El depósito está en el
aire.
En los ciclos sedimentarios circulan principalmente
entre la corteza terrestre, la hidrósfera y los organismos
vivos. El depósito está en la litósfera.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Los movimientos de sustancias inorgánicas se conocen como ciclos bio-geo-químicos, porque implican componentes geológicos así como biológicos del ecosistema.
Los componentes del entorno geológico son: atmósfera, constituida fundamentalmente por gases, que
incluyen el vapor de agua;
litosfera, la corteza sólida de la Tierra y
hidrosfera, que comprende los océanos, lagos y ríos, que cubren ¾ partes de la superficie terrestre.
Los componentes biológicos de los ciclos biogeoquímicos incluyen productores
consumidores y
degradadores.
CICLO HÍDRICO (H2O)
CICLO DEL AGUA
Es una continua movilidad de agua, tanto en sus
diferentes estados (sólido, líquido y gaseoso) como
a distintos puntos del planeta, pero en forma
irregular en el espacio y el tiempo.
Requiere del sol, como fuente principal de energía
para producir la evaporación del agua, llegar a
la atmósfera y regresar en sus fases líquidas y
sólidas.
Este ciclo colabora con mantener la superficie de
la tierra más fría y la atmósfera más caliente,
moderando las temperaturas y precipitaciones.
Las fases del ciclo hidrológico son:
CICLO DEL AGUA
Evaporación.
Evaporación del agua de las grandes superficies
líquidas (océanos, mares) por medio de la radiación
solar. El vapor asciende a capas más altas de la
atmósfera donde se enfría y se condensa formando
nubes.
Precipitación.
Por condensación, cambia el estado del agua de
forma gaseosa a líquida, las gotas caen por
gravedad dando lugar a las precipitaciones, ya sea
en forma de lluvia, granizo o nieve.
CICLO DEL AGUA
Retención y almacenamiento.
Una parte del agua de las precipitaciones, que no
llega a alcanzar la superficie de la tierra vuelve a
evaporarse durante su caída y otra es retenida por las
plantas, edificios, entre otros, que luego se evapora.
La que llega a la tierra, parte es retenida por lagos,
embalses, volviendo nuevamente a la atmósfera por el
proceso de evaporación.
Escorrentía superficial.
Otra parte circula sobre la superficie que luego se
reúnen en arroyos, ríos y otros desembocan en mares.
Nuevamente, una parte se evaporará y otra se
infiltrará en el terreno.
CICLO DEL AGUA
Infiltración.
Parte del agua de precipitación llega a penetrar de la
superficie del terreno por los poros pasando a formar
parte del agua subterránea.
Ésta puede volver nuevamente a la atmósfera por
evapotranspiración cuando el nivel de saturación está
próximo a la superficie del terreno, también pueden
llegar a cargar cursos de agua de ríos o mares
comenzando de nuevo el ciclo.
Evapotranspiración.
El agua que las plantas no utilizan se elimina por
evaporación directa junto con la pérdida de agua por
transpiración, este proceso se denomina
evapotranspiración.
El ciclo se inicia con la evaporación del agua de los mares, de los lagos, de los ríos y
del suelo, y por la transpiración de las plantas. El vapor es transportado por las masas
de aire en movimiento, y puede condensarse y formar nubes.
Si las nubes se enfrían a grandes alturas, se condensa el agua en gotas, y se produce
la precipitación sobre la superficie en forma de lluvia, nieve, granizo, garúa, etc. Durante
las noches la humedad puede condensarse sobre las plantas en forma de rocío.
La precipitación que cae sobre la superficie se distribuye de varias maneras: (1) una
parte es interceptada por las plantas; (2) otra escurre por la superficie y termina en los
ríos y lagos; y (3) una parte se filtra en el suelo y es transpirada a través de las plantas
o forma el agua subterránea.
CICLO DEL AGUA
Como en todos los ciclos, la acción del hombre altera
también el del agua, por ejemplo, al desecar zonas
pantanosas, modificar el régimen de los ríos,
construir embalses, talar bosques para utilizar el
terreno para la producción agropecuaria, industria o
construir ciudades.
CICLO DEL
NITRÓGENO (N)
CICLO DEL NITRÓGENO
El nitrógeno es uno de los elementos más abundantes sobre la
tierra ya que forma el 78% del aire. Constituye el nutriente más
relevante asociado al crecimiento, desarrollo y producción
de las plantas; también para la producción de nutrientes
esenciales para la vida de los animales y del ser humano.
Los animales obtienen el nitrógeno que necesitan consumiendo
plantas u otros animales, los cuales contienen moléculas
orgánicas parcialmente compuestas de nitrógeno.
Con la eliminación de sus excrementos y la descomposición de sus
cuerpos cuando mueren, llevan el nitrógeno al suelo el cual
adquiere formas inorgánicas como las sales de amonio (NH4+)
mediante un proceso llamado amonificación.
Durante la descomposición intervienen bacterias, algas y hongos
que transforman el amonio en nitrito (NO2-) y luego en nitrato
(NO3-) absorbible así por las plantas. Este proceso es conocido
como nitrificación.
CICLO DEL NITRÓGENO
Las plantas toman el nitrógeno en forma de nitratos (NO3) en lo
que se denomina asimilación.
Esto explica la función de la rotación de cultivos ya que algunas
plantas, con la fijación simbiótica de nitrógeno atmosférico,
enriquecen los suelos con compuestos nitrogenados que luego son
aprovechados por otras plantas. Artificialmente se pueden
inocular estas bacterias nitrificantes y aumentar la productividad
de cualquier leguminosa.
Pero no todo el nitrógeno se utiliza en forma de sales inorgánicas,
una parte es liberada a la atmósfera (nitrógeno atmosférico) por
procesos que realizan las bacterias reiniciando nuevamente el
ciclo, éste proceso se denomina desnitrificación:
NO3 NO2 NH3 N2
CICLO DEL NITRÓGENO
Muy pocos organismos pueden aprovechar directamente el nitrógeno del aire y la mayor parte lo hace a través de bacterias que viven en el suelo o en las raíces de las leguminosas, formando nódulos en simbiosis.
El nitrógeno puede ser también aportado por fertilizantes inorgánicos (en forma de nitrato o amoníaco) u orgánicos (estiércol, abonos verdes).
En un suelo fértil los compuestos nitrogenados están en la materia orgánica. Por eso cuánto más materia orgánica tenga un suelo, más fértil será, porque contiene compuestos de nitrógeno, esenciales para el crecimiento de las plantas.
En zonas muy lluviosas suelen producirse lavados de los suelos y los compuestos nitrogenados son lixiviados junto con el agua de lluvia provocando la pérdida de la fertilidad del suelo.
CICLO DEL CARBONO
CICLO DEL CARBONO (C)
CICLO DEL CARBONO
El carbono (C) es fundamental para construir las
moléculas orgánicas necesarias para la vida de
los organismos vivos.
Se encuentra almacenado en el aire como gas, y
disuelto en agua y en el suelo, en forma de
dióxido de carbono (CO2).
Hace miles de años se formaron depósitos fósiles
con un alto contenido de carbono, dando origen al
petróleo, carbón, gas natural. El hombre al
utilizarlos como combustibles está liberando
carbono en mayores cantidades provocando
desequilibrios en el ciclo.
CICLO DEL CARBONO
Durante la fotosíntesis, las plantas toman CO2 (del
agua si son plantas acuáticas, del aire o suelo sin
son plantas terrestres) e incorporan el carbono en
los carbohidratos que sintetizan (el más conocido es
la glucosa). Con la energía de la luz del sol producen
alimentos y luego liberan oxígeno (O2) al aire, agua
o suelo.
Parte de esos carbohidratos (azúcares, almidón,
celulosa, lignina) son transferidos a los animales y
demás heterótrofos, devolviendo carbono al medio
en forma de CO2 durante la respiración.
CICLO DEL CARBONO
En los herbívoros, los carbohidratos son usados
como combustible en su cuerpo, y descompuestos por
respiración en las células. Al respirar absorben
oxígeno descomponiendo los azúcares y emitiendo
CO2 al aire o al agua.
Los animales carnívoros absorben la materia de
otros animales por el proceso digestivo y los
descomponen con el oxígeno durante la respiración
emitiendo también CO2 al agua y al aire.
Gran cantidad de carbono se encuentra contenida en
los cuerpos muertos de animales, sus heces y
plantas caídas que al descomponerse por medio de
bacterias y hongos liberan CO2 al ambiente.
CICLO DEL CARBONO
Las actividades volcánicas y erosión de rocas
carbonatadas son otros procesos que agregan CO2 a
la atmósfera.
Cambiar apreciablemente las concentraciones de
CO2 en el aire, provoca el “calentamiento global”.
Las actividades del hombre como quema de
combustibles fósiles, laboreos intensivos y
deforestación han provocado que se incremente la
concentración de CO2 en la atmósfera con el
consecuente incremento de las temperaturas,
reducciones o incrementos de precipitaciones,
disminuciones de los glaciares, tempestades mucho
más fuertes e intensas, ascenso del nivel del mar y
acidificación del mar, entre otras.
CICLO
DEL FÓSFORO
CICLO DEL FÓSFORO (P)
El fósforo (P4) es un elemento esencial en los procesos
fotosintéticos, para los organismos en general y se
encuentra en el ADN.
En el ciclo del fósforo no hay fase gaseosa en el aire.
Se lo encuentra en la tierra por procesos de
meteorización de las rocas o por las cenizas volcánicas
quedando así disponible para las plantas.
Parte es arrastrado por el agua hacia el mar, el cual
se incorpora a la cadena trófica marina o se
sedimenta en el fondo formando rocas subterráneas.
El fósforo es también absorbido por el plancton que a
su vez es ingerido por algunas especies de peces.
Cuando éstos son comidos por aves devuelven parte
del fósforo en las heces a la tierra.
CICLO DEL FÓSFORO (P)
Las plantas absorben los iones de fosfato (PO4-2) y los
integran a su estructura en diversos compuestos.
Estas plantas al ser ingeridas por los herbívoros
absorben los compuestos fosforados mediante la
digestión y los integran a su organismo.
Por otra parte, los carnívoros toman el fósforo de los
herbívoros que consumen y lo integran a su
estructura orgánica.
Cuando mueren las plantas y los animales por
procesos de descomposición se restituyen los
compuestos de fósforo al suelo y al agua, y son
nuevamente aprovechados por las plantas
comenzando nuevamente el ciclo.
