ECOSISTEMAS E INTERFERENCIA HUMANA

-NATURALEZA DE LOS ECOSISTEMAS. .Comunidad biótica Autótrofos Heterótrofos -FLUJOS DE ENERGIA Y CICLOS DE NUTRIENTES. . Flujo de energía . Ciclos de nutrientes . Redes alimenticias y pirámides ecológicas -CICLOS BIOGEOQUÍMICOS GLOBALES . Ciclos del agua . Ciclos del carbono . Ciclos del nitrógeno . Ciclos del fósforo

NATURALEZA DE LOS ECOSISTEMAS.

ECOSISTEMA según Arthur Tansley: «El sistema completo, ... incluyendo no sólo el complejo de organismos, sino también todo el complejo de factores físicos que forman lo que llamamos medio ambiente».

ECOSISTEMA según Eugene Odum: «Toda unidad que incluye todos los organismos (es decir: la "comunidad") en una zona determinada interactuando con el entorno físico así como un flujo de energía que conduzca a una estructura trófica claramente definida, diversidad biótica y ciclos de materiales (es decir, un intercambio de materiales entre la vida y las partes no vivas) dentro del sistema es un ecosistema»

ECOSISTEMA según el Convenio de Diversidad Biológica (1992, Rio de Janeiro, 175 países): «un complejo dinámico de comunidades vegetales, animales y de microorganismos y su medio no viviente que interactúan como una unidad funcional».

Ecosistemas a diferentes escalas

De manera global

BIOSFERA

Todos los espacios de la Tierra habitados ( litosfera, hidrosfera, atmosfera)

De manera puntual

Un bosque, un estanque

Ecosistema de Sabana, en el Parque Nacional Tarangire de Tanzania

Ecosistema acuático. Arrecife de coral.

Ecosistema Selva Tropical

Comunidad biótica

Autótrofos

Organismos productores

Fuente de energía + Compuestos inorgánicos Azucares y otros

compuestos orgánicos

Heterótrofos

Organismos consumidores Fuente de energía presente en

compuestos orgánicos

Las comunidades biológicas de un ecosistema tiene una relación trófica (de alimentación), donde se destacan poblaciones de organismos productores y consumidores

Fotoautótrofos:

Energía lumínica

Plantas Algas

Quimioatótrofos:

Oxidación de compuestos inorgánicos

Bacterias nitrificantes y

sulfurosas

Herbivoros Carnivoros

Detritivoros

Nutrición 1. Autótrofos (quimiosíntesis o fotosíntesis)

Fotoautótrofos Utilizan la luz para reducir el CO2 en compuestos orgánicos.

Bacterias que no emiten O2 (fotosisntesis anoxigénica) (Evolucionaron 1º.)

Bacterias que emiten O2 (fotosisntesis oxigénica)

Fotosistema I I y II

Tipo de clorofila Bacterioclorofila Clorofila a (Cómo en plantas y algas)

Ejemplo Bact. azufrosas verdes y púrpuras Cianobacterias

Metabolismo (Producto de fotosíntesis)

CO2+2H2S (CH2O)n +2S

CO2+2H2O (CH2O)n +O2

Quimioautótrofos Bacterias nitrificantes Bacterias que utilizan el azufre

Arqueobacterias de fallas termales

Metabolismo Oxidan, NH3 (amoniaco) en NO2 (Nitritos) y estos en NO3 (Nitratos)

2S + 2H2O+ 3O2 2H2SO4

Importancia ecológica Mantiene el ciclo del nitrógeno en los ecosistemas, deja disponible los nitratos para las plantas.

Transforma el azufre en sulfatos disponibles para las plantas.

Están a la base de las cadenas tróficas en ambientes marinos de fallas termales. Son los productores primarios de dichos ecosistemas.

Luz Luz

(Sulfato)

Oxidan compuestos inorgánicos (Hs, H2S, NH3) para obtener energía, en vez de luz. Generan materia orgánica a parir de moléculas de 1 sólo carbono y compuestos minerales.

FLUJOS DE ENERGIA Y CICLOS DE NUTRIENTES. Flujo de energía

Los ecosistemas dependen de la energía solar y nutrientes que se reciclan entre los autótrofos y heterótrofos.

El flujo de energía comienza con los productores, quienes transforman la energía química o solar en energía química disponible para todos los miembros del ecosistema

Productividad Primaria Bruta (PPB) Energía utilizada en la respiración (ER) Productividad Primaria Neta (PPN) = PPB-ER

10-50% de PPB 50-90% de PPB

ENERGÍA A NIVEL DE PRODUCTORES

Tasa en que los autótrofos capturan y almacenan energía en compuestos orgánicos (Kcal/m2/año). Fotosintesis.

Tasa en que los autótrofos almacenan energía en compuestos orgánicos (Kcal/m2/año).

Productividad primaria por ecosistema

Barrea de arrecifes de coral Australia, el mayor del mundo

Respiración celular Excreción Defecación Crecimiento y reproducción

50 % 40-45%

10-15%

ENERGÍA A NIVEL DE CONSUMIDORES

Productividad secundaria Tasa de producción de biomasa por heterótrofos Porción de energía disponible para el siguiente nivel trófico

Porción de energía utilizada por detritívoros

La energía disponible a través del ecosistema tarde o temprano se convierte en calor.

Patrones generales de flujo de energía en comunidades de bosque y marinos

NPP, Producción primaria neta DOM, Materia orgánica muerta Grazer system, consumidores primarios

Un mayor porcentaje de energía pasa del nivel de productores a los primero consumidores en ecosistemas marinos que en ecosistemas terrestres

-Ecosistemas marinos: mayor eficiencia en la asimilación por parte de los consumidores primarios.

-Ecosistemas terrestres: herbívoros presentan bajos consumos y baja eficiencia en la asimilación de alimento

Plantas -Estructuras lignificantes no asimiladas -Gran parte de la biomasa se convierte directamente en materia orgánica muerta -Producen menos biomasa por limitaciones ambientales, regulación fotosintesis-perdida de agua, luz (uso ineficiente), temperatura y agua.

Redes alimenticias y pirámides ecológicas

Dos formas de representar flujo de energía y ciclos de nutrientes en los ecosistemas

Pirámide de energía: -Una gran parte de la energía de cada nivel es consumida en procesos biológicos de los organismos que lo componen (respiración, movimiento reproducción). -Cerca del 10% de la energía asimilada por nivel queda disponible para el nivel trófico superior -Expresada: Kcal/m2 año

Pirámide de biomasa: -Cantidad de tejido vivo por nivel trófico -Cantidad de alimento potencial disponible en cada nivel trófico. -Expresada: g/área unitaria

Pirámides de números: -No. de individuos presentes en cada nivel trófico -Pirámides invertidas, ej. bosques

Pirámide de energía en una comunidad acuática, en mostaza producción neta de cada nivel, en azul respiración, suma es la energía asimilada por nivel.

Pirámide bosque

Pirámide pradera

16,2%

1,8%

0,1%

100%

Redes alimenticias en tres hábitats interconectados de la isla Oso en el Océano Ártico

Cadena trófica

Sp. clave

Ciclos de materia y energía en un ecosistema

1%

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS GLOBALES

Ciclos biogeoquímicos: Vías que por las que circulan los nutrientes dentro y entre ecosistemas

abarcan componentes vivos (biosfera) e inanimados (geológicos).

En relación con los componentes los ciclos comprenderían: 1) Deposito fuente normalmente no disponible para los productores

(restos fósiles, rocas y sedimentos)

2) Fondo de intercambio fuente a partir de la cual los organismos toman las sustancias (atmósfera, hidrosfera, suelo)

3) Comunidad biótica donde los elementos químicos se mueven a través de las cadenas alimenticias (pueden no volver al fondo de intercambio)

Dos categorías generales de ciclos biogeoquímicos

Ciclo gaseoso

NITROGENO (N2) CARBONO (CO2)

Ciclo sedimentario FOSFORO

Comunidad biótica

DEPOSITOS FONDO DE

INTERCAMBIO

Actividades humanas

1370

9,5

0,13

29

0,423

0,386 0,073 0,110

0,037

0,037

Escorrentía

Aguas subterráneas

Nieve

Lagos y ríos

Tamaño de las reservas de agua (× 10^6 km3).

Ciclos del agua

Alteraciones del ciclo del agua:

1) Calentamiento global aumenta la evaporación, eleva precipitaciones en costa, sequía tierra adentro, deshielo de casquetes polares, las nubes contribuyen al efecto invernadero. 2) Deforestación, reduce la captación de agua por plantas y reduce la captación de agua en suelos, aumenta la escorrentía y el lavado de nutrientes.

Agua dulce (3% del total de agua del planeta)

-Es renovable -Puede agotarse para el consumo por contaminación

-Se pueden alcanzar niveles muy bajos por sobre explotación. Ej. Aguas subterráneas, es mayor la extracción que la reposición en algunas regiones áridas, sur de Florida de EEUU.

Cayo sal, Morrocoy Venezuela

Océanos vs elementos , nutrientes

Productividad primaria en océanos: >250 mg de C/m2/día <150 mg de C/m2/día

Nutrientes en océano más abundantes en costas por: - Ingreso desde continente a través de ríos - Movimiento de agua en superficie

Ciclos del carbono

Iones de Bicarbonato (HCO3-)

FOTOSINTESIS

RESPIRACION

1 petagramo (pg):10^15g de C/año

COMBUSTION

CO2

Carbonato de calcio

Datos adicionales

Contenido atmosférico de CO2 en 1850 280ppm Contenido en actualidad 387ppm

Combustión de fósiles Destrucción de bosques

300

320

340

360

380

400

1960 1970 1980 1990 2000 2005 2010

Co

nce

ntr

ació

n d

e C

O2

(p

pm

)

Año

Incremento de la concentración atmosférica de CO2 En Hawái, lejos de emisiones de CO2

Concentración CO2, invierno hemisferio norte

Concentración CO2, verano hemisferio norte

Emisiones de CO2 Por actividades humanas

Atmosfera < 50%

Océanos (difusión ) >50%

Iones bicarbonato y carbonato

Tasa asimilación de CO2 por fitoplancton aumenta difusión atm-océano

(invertebrados, algas) pH disminuye

Vegetación (fotosíntesis) Cantidades despreciables

Lo que se capta por fotosíntesis = genera por respiración (platas,

suelo)

CO2, gas invernadero Aumento t°

Aumento metabolismo

GAS FUENTE TIEMPO DE VIDA ATMOSFERICO

(AÑOS)

POTENCIAL EN CALENTAMIENTO

GLOBAL

Dióxido de carbono (CO2)

Combustible fósil, quema de maderas

50-200 1

Oxido nitroso (N2O)

Uso de fertilizantes y

desechos animales

114 21

Metano (CH4)

Biogás, producto del metabolismo

de bacterias

12 289

Gases que contribuyen al efecto invernadero, calentamiento global

Tiempo de vida atmosférico= tiempo que tarda la molécula en degradarse Potencial en el calentamiento global= habilidad que tiene una cierta cantidad de gas (relativa al CO2) de atrapar calor y calentar la atmosfera en un periodo de tiempo (100 años en este caso)

¿Que efecto puede tener el calentamiento global en la distribución y abundancia de especies?

Cambia los rangos de distribución de especies, se abren y cierran nichos al moverse el rango de temperaturas.

Se reducen eventos cuello de botella en poblaciones de insectos

Caso patógenos en regiones temperadas, invierno puede acabar con hasta el 99% de pns

de estos

Restringir la distribución de ssp poco tolerantes a altas temperaturas y

aquellas que no pueda moverse en el espacio puede desaparecer

Caso especies de páramos: niveles óptimos de

temperatura < a 15°C

Expandir la distribución de ssp tolerantes a altas temperaturas y las que puedan moverse en el espacio

rápidamente

Caso insectos plaga cultivos: Mosca blanca, distribución expandiéndose en altitud

posiblemente por cambio de temperaturas

Ciclos del nitrógeno (Ciclo gaseoso )

Nitrificación

Desechos orgánicos

Descomponedores

NH4+ Bacterias fijadoras

NO2-

NO3- Plantas

Bacterias desnirificadoras

N2

En suelo

En agua

Descomponedores

NH4+

NO2-

NO3- Fitoplancton

Bacterias desnirificadoras

N2 atm.

Desechos orgánicos

N2 (78%)

Sub ciclo del N que no depende del N2 atmosferico

Eutrofización

Fijación del nitrógeno: Cuando el N2 se convierte en NH4+ (amonio) y NO3- (nitrato), que pueden fijar las plantas Bacterias nitrificantes en nódulos de raíces de plantas Bacterias de vida libre Cianobacterias en ecosistemas marinos

N2 NH4+

N orgánico

Moléculas orgánicas que lo incluyen: Ácidos nucleicos y aminoácidos

Nutriente con Baja fijación y disponibilidad en suelos y aguas

Organismos que lo captan requieren una alta inversión energética. Poco competentes cuando niveles de N en suelo aumentan

Nitrato alta solubilidad Amonio y N2 volátiles

Nitrificación: Producción de nitratos

Rayos y radiación cósmica + Oxigeno + N2 NO3-

Bacterias quimiautotrofas en el suelo, nitrificación en 2 pasos: 1) Bacterias productoras de nitrito : NH4+ NO2- 2) Bacterias productoras de nitratos : NO2- NO3-

Desnitrificación:

Conversión del nitrato en Óxido nitroso (N2O) y N2 Mediado por bacterias en el suelo y aguas (Amientes con bajos niveles de O2) Equilibra parcialmente la fijación del nitrógeno

95

% d

el flu

jo d

e N

en

tre la tie

rra y la

atmo

sfera

Nitrógeno y contaminación ambiental

Lluvias ácidas: NOx (óxidos de nitrato) +H2O

Producción de fertilizantes Combustibles fósiles

Europa, EEUU, Canadá Presentan naturalmente

suelos ácidos.

Comunidad biótica en

general

DEPOSITOS N2 atmosférico Combustibles

fósiles

FONDO DE INTERCAMBIO

Actividades humanas: extracción de N

para fertilizantes, utilización de combustibles fósiles

Esmog Fotoquímico Santiago de Chile

NOx + hidrocarburos + Luz solar O3 (Ozono) y PAN (Peroxiacetilnitrato)

.Dificultad respiratoria

.Dolor de cabeza

.Agotamiento

.Afecta crecimiento de plantas

Hombres

Inversión Térmica

Esmog, hollin

El Esmog y el hollín alternan la circulación del aire entre capas atmosféricas. Perjudicial en zonas de montaña, no hay recambio de aire

Ciclos del fósforo (Ciclo sedimentario)

Levantamiento de rocas sedimentarias

Erosión de rocas

Lixiviación

Fosfatos en solución

Fosfatos en suelo (inorgánico)

Fosfatos sedimentados

Fosfatos en compuestos orgánicos

Moléculas orgánicas con P:

-ATP -Fosfolípidos -ADN y ARN

Iones fosfato

PO4 3-, HPO4 2-

P es un nutriente limitante en muchos ecosistemas.

Fosforo y contaminación del agua Eutroficación

Dique del Molino de Santa Olaja, costa oriental de España

P Detergentes, fertilizantes

Lixiviación

Cuerpos de agua

Crecimiento de algas

Muerte de algas

Falta de oxigeno

Asfixia, muerte masiva de peces

Descomposición

Comunidad biótica

acuática

DEPOSITOS P de rocas

sedimentarias

FONDO DE INTERCAMBIO

Actividades humanas: extracción de P para fertilizantes y detergentes

Barrea de arrecifes de coral Australia, el mayor del mundo