BLOQUE V - BIOSFERA ESTRUCTURA Y DINÁMICA DE LOS ECOSISTEMAS

1. Componentes e interacciones del ecosistema

La ecología es la ciencia que se encarga del estudio de los seres vivos en su medio natural, de las interacciones que establecen los organismos entre sí y con el medio donde habitan.

Se llama ecosistema a la unidad básica de funcionamiento de la naturaleza que está compuesta por un medio físico, el biotopo, habitado por un conjunto de seres vivos, la biocenosis. Por supuesto, dentro del ecosistema se tienen en cuenta las interacciones de los organismos de la biocenosis entre sí, y con el biotopo.

Ecosistema = biotopo + biocenosis + interacciones mutuas Dentro de un ecosistema se producen múltiples interacciones entre los elementos que lo constituyen:

Interacciones en el biotopo. Los factores que no dependen de los seres vivos y que varían según el tipo de medio físico, de sus características y de su composición se denominan factores abióticos. Estos factores incluyen luz, temperatura, humedad, gases, nutrientes, etc. La relación entre los distintos factores es tan estrecha que cuando varía uno de ellos provoca cambios en los demás factores del biotopo.

Interacciones entre el biotopo y la biocenosis. Las características del biotopo influyen de forma decisiva en la distribución y abundancia de los seres vivos de un ecosistema. Son los factores abióticos los que obligan a las especies de la biocenosis a desarrollar mecanismos de adaptación a dichas condiciones para poder sobrevivir. Por otra parte, los seres vivos pueden modificar el medio donde viven al interactuar con el biotopo.

Interacciones en la biocenosis. Los factores que dependen de la presencia de seres vivos en un ecosistema se llaman factores bióticos. Los factores bióticos incluyen las interacciones positivas o negativas que se establecen entre los organismos del ecosistema, los cuáles pueden ser de la misma especie (intraespecíficas) o de especies diferentes (interespecíficas). Estas interacciones afectarán de distinta forma a la biocenosis, y por tanto influirán en la biodiversidad de un ecosistema.

1.1. Interacciones en el biotopo

El medio ambiente o entorno físico donde se asienta un ecosistema se denomina biotopo, y está definido por una serie de condiciones o parámetros que determinan sus características. Estos factores inertes son conocidos como factores abióticos y pueden variar a lo largo del tiempo e influir en la abundancia y distribución de los seres vivos en su medio.

Los factores abióticos pueden clasificarse en: Factores topográficos: son los que dependen del relieve y la orografía

del entorno. La forma del terreno afecta a otros factores tales como la presencia de luz o la disponibilidad de agua. Otra interacción con la topografía es la que se establece entre la altitud y la temperatura o la dirección del viento.

Factores climáticos: son los que dependen de la temperatura y las precipitaciones y por tanto de las condiciones atmosféricas. Afectan a otros factores abióticos tales como la cantidad de luz o la humedad del suelo.

Factores edáficos: son los que derivan de las características del suelo o del sustrato donde se asientan los seres vivos. Vienen determinados por el tipo de rocas y minerales. Un parámetro importante es la cantidad de materia orgánica presente en el suelo. El tipo de suelo de una zona depende fundamentalmente del clima (precipitación y temperatura), de la composición química del sustrato y del relieve.

Factores físicos y químicos: dependen de parámetros tales como la luz, la presión, la cantidad de sales, la concentración de gases, etc. A su vez afectan a los factores edáficos y topográficos.

Los factores ambientales que determinan la distribución y abundancia de las

especies se denominan factores limitantes. Para cada uno de los factores limitantes, las especies se desarrollan dentro de un rango de valores marcados por los límites de tolerancia. A este rango donde es posible su supervivencia se le llama zona de tolerancia. Dentro de la zona de tolerancia existe la llamada zona óptima que representa los valores del factor limitante para los cuáles la especie se desenvuelve mejor, tiene mayor descendencia y por tanto mayor probabilidad de sobrevivir.

Los factores limitantes son los que condicionan el desarrollo de una especie

1.2. Interacciones entre el biotopo y la biocenosis

Tanto el medio físico como los seres vivos establecen una serie de relaciones entre sí. Así, mientras que los factores abióticos condicionan la presencia y distribución de las especies, los seres vivos modifican las condiciones del medio físico que habitan. Estas interacciones entre biotopo y biocenosis hacen que los componentes del ecosistema estén en continuo cambio. Influencia del medio físico en las adaptaciones biológicas

Las adaptaciones son las modificaciones anatómicas, fisiológicas o etológicas (de comportamiento) que sufren los seres vivos para adecuarse a las condiciones físicas y químicas del medio donde se desarrollan. Los ecosistemas incluyen dos tipos de medios bien diferenciados:

Acuáticos: incluyen océanos, mares, marismas, ríos o lagos. Los distintos ecosistemas acuáticos, dulces o salados, tienen características muy diferentes, por lo que los seres vivos presentan adaptaciones muy distintas en cada uno de ellos.

Terrestres: constituidos por la tierra firme y el aire. El medio terrestre es muy heterogéneo y tiene fuertes variaciones ambientales, por lo que resulta ser un medio más hostil para la vida que el acuático. Estos ecosistemas están muy influenciados por el clima, por lo que la latitud y la altitud limitan la biodiversidad de cada lugar y condicionan las adaptaciones de los seres vivos.

Influencia de la biocenosis en la modificación del medio Como hemos dicho, tanto el biotopo como la biocenosis interaccionan mutuamente. De esta manera los seres vivos pueden modificar las condiciones del medio donde habitan. Los factores que pueden ser influenciados por la acción biológica son muy diversos:

Humedad del aire: las plantas son capaces de evaporar grandes cantidades de agua a través de sus hojas, lo cual provoca una mayor cantidad de humedad ambiental.

Luz: las partes aéreas de las plantas actúan como parasoles que limitan la llegada de luz hasta el suelo.

Temperatura: tanto el aumento de la humedad del aire como la menor incidencia de luz hacen que a nivel del suelo la temperatura descienda varios grados.

Suelo: las raíces de las plantas y la acción mecánica de los animales rompen la estructura interna del suelo, disgregando sus materiales y permitiendo su aireación. Además, los organismos descomponedores transforman la materia orgánica en sales minerales y aumentan la fertilidad del suelo.

Clima: la relación entre el clima y la abundancia de plantas es muy estrecha. Tanto es así, que la presencia de grandes masas de bosque pueden cambiar el clima de una zona, haciéndola más lluviosa que otras zonas donde no hay cobertura vegetal. De forma contraria, la pérdida de vegetación favorece la escasez de lluvias y por tanto la desertización de una región.

1.3. Interacciones de la biocenosis En un ecosistema encontramos seres vivos muy diferentes entre sí, ya que son organismos que pertenecen a distintas poblaciones que conviven en la misma zona y que forman comunidades. Para estudiar las interacciones que se producen dentro de la biocenosis es necesario conocer características tales como su biodiversidad, la abundancia de las especies, y las relaciones que establecen entre ellas.

Los factores bióticos son aquellos que dependen de los propios seres vivos, y por tanto dependen de las interacciones que estos organismos establezcan entre sí. RECUERDA QUE… Se llama población al conjunto de individuos de la misma especie que viven en un territorio concreto, en una época determinada. La comunidad es el conjunto de poblaciones de distintas especies que conviven en un mismo lugar. El lugar donde vive una especie se denomina hábitat. El hábitat es el espacio físico al que se han adaptado los individuos de una especie para poder vivir. Se conoce como nicho ecológico a la suma del hábitat más la función que desempeña una especie dentro del ecosistema.

Como ya sabes, los factores bióticos hacen referencia a las relaciones, tanto

positivas como negativas, que se establecen entre los organismos de un ecosistema, ya sea dentro de las poblaciones (misma especie) o de las comunidades (entre especies distintas).

Las relaciones que se establecen entre organismos de una misma especie se

denominan relaciones intraespecíficas, mientras que las relaciones entre individuos de especies distintas se llaman relaciones interespecíficas.

Relaciones intraespecíficas Dentro de una población se pueden distinguir relaciones positivas o negativas. Según sean estas interacciones se habla de:

Colaboración: son relaciones con efectos positivos entre organismos. Competencia intraespecífica: se produce en las relaciones con efectos

negativos para los miembros de la población. La competencia se produce cuando los organismos necesitan los mismos recursos y estos son limitados. Se pueden evitar de distintas formas, una de ellas es estableciendo relaciones jerárquicas que todos respetan, y otra es estableciendo distintos territorios de ocupación que se mantienen libres de intrusos, son las llamadas relaciones territoriales.

La dinámica de poblaciones es la rama de la ecología encargada del estudio de

los cambios de las poblaciones biológicas en su tamaño, edades y sexos, así como de los factores que provocan sus fluctuaciones y los mecanismos por los que se producen dichos cambios.

El crecimiento de una población depende de la variación en el número de individuos que la forman. Puede ser positivo si la población aumenta su número o negativo si disminuye. Para poder comparar distintas poblaciones se emplea la tasa de crecimiento, que es la variación en el número de individuos por unidad de tiempo (ΔN/Δt) dividida por el número de individuos de la población (N). Esta tasa se representa con la letra r y también puede ser positiva o negativa.

r∆t

∆N= : Nr

∆t

∆N= : Nr

∆t

∆N=r

∆t

∆N=

∆t

∆N== : N

Se llama potencial biótico a la tasa de crecimiento máxima que puede alcanzar

una población, si las condiciones para ello son óptimas. Se refiere a la capacidad de una población de aumentar en número.

En condiciones naturales, los recursos necesarios para el crecimiento de una

población no son infinitos, por lo que terminan agotándose. Así pues, el número de individuos de una población no crece de forma indefinida, ya que se opone a ello una serie de factores ambientales que se lo impiden.

La resistencia ambiental es el conjunto de factores bióticos y abióticos que

limitan el crecimiento de una población. Las fluctuaciones del número de individuos de una población dependerán por lo

tanto de dos tipos de factores opuestos entre sí: el potencial biótico y la resistencia ambiental.

Se puede considerar que el potencial biótico es lo que ayuda a la población a

aumentar su número a lo largo del tiempo, y que la resistencia ambiental es lo que se opone a dicho aumento. Cuando una población no aumenta el número de individuos se dice que ha alcanzado su tamaño máximo.

El tamaño máximo que puede tener una población en un ecosistema con una

determinada resistencia ambiental se conoce como capacidad de carga del medio y se representa por la letra K.

El crecimiento de una población se puede representar mediante una gráfica que

relacione el número de individuos frente al tiempo. De esta manera se pueden distinguir dos tipos de curvas de crecimiento: curva en forma de S y curva en forma de J.

La curva en forma de S se produce en tres fases. De forma inicial el

crecimiento del número de individuos de la población es lento debido a la necesidad de adaptación al medio. En segunda instancia se produce un crecimiento exponencial donde aumenta mucho el número de individuos en un corto periodo de tiempo. Finalmente, se alcanza la capacidad de carga y la población consigue el equilibrio. En estas condiciones la población sufre fluctuaciones pero mantiene su estabilidad en torno al valor K. Las poblaciones que muestran esta curva en forma de S se denominan estrategas de la K, ya que su estrategia de crecimiento se basa en alcanzar el valor máximo de individuos posible. Las aves y mamíferos emplean esta estrategia. Estas

especies tienen pocos descendientes, pero la mayoría de ellos llega a la edad adulta. Son especies que viven en biotopos que permanecen constantes a lo largo del tiempo. Sin embargo, en caso de una disminución drástica del número de individuos, la población tardará en recuperarse.

La curva en forma de J se caracteriza por una tasa de crecimiento muy elevada

desde el principio, la cual hace que el número de individuos supere pronto la capacidad de carga del medio. Debido al agotamiento de los recursos, la resistencia ambiental aumenta, y se incrementa la mortalidad de los organismos. En estas condiciones, el crecimiento de la población se hace negativo y el número de individuos sufre una caída brusca hasta una cantidad mínima a partir de la cual se recupera la población. Estos procesos de crecimiento y decrecimiento de la población se repiten de forma continua. Las poblaciones con curvas en forma de J se denominan estrategas de la r, ya que su estrategia de crecimiento se basa en una elevada tasa de crecimiento. Los insectos y peces utilizan esta estrategia. Estas especies consiguen tener una gran cantidad de descendientes, pero muy pocos llegan a ser adultos. Son propias de biotopos inestables que se crean y se destruyen fácilmente, como por ejemplo una charca. Ante un cambio drástico en su medio, estas especies son capaces de recuperarse rápidamente a partir de unos pocos individuos supervivientes.

Curvas de crecimiento en S y J de las poblaciones con estrategias K y r

Características Estrategas K Estrategas r Tamaño de la población Constante Fluctuante

Tiempo de vida Largo Corto Tamaño corporal Grande Pequeño

Velocidad de crecimiento Lenta Rápida Número de camadas al año Pocas Muchas

Número de crías Reducido Elevado Mortalidad de crías Reducido Elevado Cuidado de las crías Extenso Corto

Características de las especies estrategas de la K y de la r

Relaciones interespecíficas Las relaciones interespecíficas se producen entre individuos de especies distintas y se clasifican según las consecuencias (beneficio o perjuicio) que tengan estas interacciones para los organismos que las establecen. RECUERDA QUE…

RELACIONES INTERESPECÍFICAS CONSECUENCIAS

para las especies Especie

A Especie

B

CARACTERÍSTICAS TIPOS EJEMPLOS

Carácter no permanente Mutualismo Buey – garcilla + +

Carácter permanente Simbiosis Líquenes Por el alimento Comensalismo Rémora – tiburón

+ 0 Por el espacio físico Inquilinismo

Árbol – pájaro carpientero

Daño parcial del hospedador Parasitismo Pulgas - perro + -

Muerte de la presa Depredación Lobo - ciervo

- - Perjuicio mutuo Competencia

interespecífica Árboles - arbustos

Palomas - gorriones

Dentro de la biocenosis, las poblaciones de distintas especies interactúan unas con otras. Estas interacciones determinan el tamaño y distribución de las poblaciones que forman la comunidad. Entre todas las relaciones interespecíficas, la depredación y la competencia son las que mayor repercusión tienen sobre el equilibrio de la mayoría de los ecosistemas. La competencia entre dos especies se establece cuando las poblaciones de ambas compiten por los mismos recursos (alimento, espacio, luz, etc). En este tipo de relación, ambas especies resultan perjudicadas.

Cuando la competencia se produce en grado extremo, y ambas especies poseen exactamente el mismo nicho ecológico, puede darse el caso de que la especie más competitiva desplace a la otra. Esto se produce debido a que los organismos de la especie dominante aprovechan los recursos de manera más eficiente.

Competencia interespecífica de dos especies de escarabajos (A y B). Ambas

especies sobreviven cuando son criadas por separado, sin embargo, cuando se crían juntas una de ellas resulta excluida.

En la depredación los miembros de una población (depredadores) atacan, capturan y matan a organismos de otra especie (presas), con el objeto de alimentarse. Sólo el depredador se ve favorecido en la relación.

Las poblaciones de depredadores y presas están estrechamente ligadas entre sí. Así por ejemplo, si en un momento dado la población de presas se viera diezmada por sus depredadores, estos a su vez también comenzarían a desaparecer por falta de alimento. En el siguiente ciclo reproductivo, dado que el número de depredadores ha disminuido, la población de presas se recupera. Con el tiempo, al haber más presas, los depredadores aumentan su número, y el ciclo vuelve a empezar. Debido a esta interdependencia, cada población de presas determina el tamaño de la población de depredadores, y viceversa.

Sistema depredador-presa

Representación gráfica de las fluctuaciones periódicas de las poblaciones de un

depredador y su presa 2. Relaciones tróficas

Dentro del ecosistema muchas especies constituyen el alimento de otras, por lo que se pueden distinguir diversas categorías relacionadas con el tipo de alimentación denominadas niveles tróficos.

Se define nivel trófico como el conjunto de organismos que obtienen el

alimento de la misma forma dentro de un ecosistema.

Niveles tróficos de un ecosistema

En cualquier ecosistema se pueden reconocer los siguientes niveles tróficos:

Productores: organismos autótrofos que llevan a cabo la fotosíntesis y que elaboran materia orgánica a partir de la energía solar y sustancias inorgánicas tales como agua, sales y dióxido de carbono. Son productores las bacterias fotosintéticas, las algas y las plantas.

Consumidores: organismos heterótrofos que se alimentan de la materia orgánica procedente de otros seres vivos. Se pueden distinguir:

Consumidores primarios: organismos heterótrofos herbívoros que se alimentan de los productores. Se incluyen en esta categoría animales y protozoos.

Consumidores secundarios: organismos heterótrofos carnívoros que se alimentan de los consumidores primarios (presas) y por tanto reciben el nombre de depredadores. Este nivel está ocupado por animales.

Consumidores terciarios: organismos heterótrofos carnívoros considerados superdepredadores. es decir, que se alimentan del resto de consumidores primarios o secundarios. Este es el nivel más reducido en todos los ecosistemas y también está ocupado por animales.

Descomponedores: son los que degradan y descomponen la materia orgánica. Esta categoría incluye dos tipos de organismos. Los transformadores, que fabrican moléculas orgánicas sencillas que constituyen el humus, y los mineralizadores, los cuáles producen materia inorgánica directamente asimilable por los productores. Estos organismos son los que permiten que se cierre el ciclo de la materia. Se incluyen en esta categoría a hongos y bacterias.

¿SABÍAS QUE…?

Dentro del nivel trófico de los consumidores podemos encontrar consumidores omnívoros, que pueden obtener su energía a partir de distintos niveles tróficos, consumidores carroñeros, que se alimentan de cadáveres, y consumidores detritívoros o saprofitos, que se alimentan de materia orgánica en descomposición.

A las relaciones interespecíficas que se producen entre los organismos de las distintas categorías o niveles tróficos se les llama relaciones tróficas, y se pueden representar mediante cadenas, redes o pirámides tróficas.

2.1 Cadenas tróficas Una cadena trófica, o cadena alimentaria, es una representación lineal de la secuencia de organismos correspondientes a distintos niveles tróficos, en los que la especie de un nivel constituye el alimento de la especie del nivel siguiente. Las cadenas quedan representadas mediante el nombre o la representación de las especies y las flechas que las relacionan. Estas flechas van siempre desde la presa hacia el depredador, simbolizando el paso de la materia orgánica desde un organismo a otro.

Una cadena trófica típica incluirá cuatro eslabones correspondientes a productor, consumidor primario (herbívoro), consumidor secundario (carnívoro) y consumidor terciario (superdepredador). Las cadenas tróficas no siempre incluyen a organismos de todos los niveles tróficos. En algunos casos se puede hablar de cadena trófica incompleta cuando no aparece algún nivel trófico. Por otra parte, en las cadenas tróficas el organismo que es comido es, por lo general, más pequeño que el que lo come. Sin embargo, organismos como la ballena o el elefante, debido a su gran tamaño carecen prácticamente de depredadores. Estas especies pertenecen a cadenas tróficas cortas con pocos escalones. En el caso de la ballena, su cadena trófica carece del eslabón de consumidor terciario, y para el elefante, faltan los eslabones de consumidores secundarios y terciario En algunos casos se pueden encontrar cadenas tróficas largas donde aparecen organismos del mismo nivel trófico alimentándose unos de otros. En este caso la cadena puede estar formada 2.2 Redes tróficas En un ecosistema, por muy sencillo que sea, no existe sólo una cadena trófica, sino varias que se entrecruzan. Normalmente aparecen cadenas tróficas solapadas, es decir, que comparten algún nivel. Así pues, es posible encontrar cadenas con los mismos productores o con los mismos descomponedores. Al conjunto de cadenas tróficas interconectadas que se establecen dentro de un ecosistema se denomina red trófica. Se trata de una representación no lineal que indica todas las posibles fuentes de alimento de las especies consideradas.

Dado que un mismo productor puede servir de alimento a muchos consumidores primarios, y un consumidor terciario puede alimentarse tanto de consumidores primarios como secundarios, las relaciones tróficas de las redes pueden llegar a ser muy complejas. Además, las redes tróficas pueden incluir tanto a los detritívoros como a los descomponedores, importantes para cerrar el ciclo de la materia tanto en los ecosistemas acuáticos como en los terrestres.

En las relaciones tróficas, cuando una especie es capaz de utilizar fuentes de

alimentación muy distintas y con origen muy diverso se considera generalista. Sin embargo, si sólo se alimenta de una única fuente de recursos muy específicos se denomina especialista. Por ejemplo, el conejo es generalista ya que se alimenta de distintos productores, mientras que el lince es especialista ya que sólo se alimenta de conejos.

2.3 Pirámides tróficas Las pirámides tróficas son la representación gráfica de las cantidades de materia o energía que corresponden a los distintos niveles tróficos, los cuáles se organizan en forma de escalones.

Representación en forma de pirámide trófica de un ecosistema terrestre

Las pirámides incluyen una serie de rectángulos horizontales de tamaño variable

que se corresponden cada uno de ellos con un nivel trófico. En la base se colocan los productores, y a continuación se representan el resto de niveles hasta que en el vértice aparezcan los consumidores terciarios. Debido a la dificultad de su cuantificación, las pirámides no suelen incluir a los descomponedores, y por tanto tienen un máximo de cuatro escalones.

Generalmente, los escalones de la base son los más grandes, y a medida que

ascendemos disminuyen, ya que cada escalón representa la cantidad de materia o energía que queda disponible para el nivel siguiente. Sin embargo, las pirámides pueden tener los escalones centrales más anchos que los de los extremos. Cuando esto ocurre se llaman pirámides invertidas. RECUERDA QUE… Dependiendo de las cantidades representadas para cada uno de los niveles se pueden obtener pirámides numéricas (número de organismos), pirámides de biomasa (cantidad de materia orgánica por unidad de área o volumen) y pirámides de energía (cantidad de energía almacenada en cada nivel). Las pirámides numéricas y las de biomasa pueden tener forma de pirámide invertida.

Diferentes tipos de pirámides tróficas para el mismo ecosistema

Actividad resuelta Representación gráfica de pirámides tróficas En un determinado ecosistema se ha hecho un recuento de los organismos que habitan en distintos árboles y se ha estimado la cantidad de biomasa (g/m2) de los organismos de cada nivel trófico. Representa las pirámides de números y de biomasa para los niveles tróficos estudiados según los siguientes valores:

Nivel trófico Número de organismos Biomasa (g/m2) Productores 9 1000

Consumidores 1º 104 98 Consumidores 2º 43 15 Consumidores 3º 8 3

Descomponedores S/D S/D S/D: Sin determinar

Soluciones Para que la representación gráfica de las pirámides resulte más fácil es aconsejable emplear papel milimetrado. En la pirámide de números, con ayuda de una regla se hace corresponder un centímetro de longitud de cada rectángulo por cada 10 organismos a representar. De esta forma los rectángulos de cada nivel tendrán una anchura de 0,9 cm; 10,4 cm; 4,3 cm y 0,8 cm respectivamente. La altura de los rectángulos no es fija, aunque debe usarse el mismo grosor para todos los niveles. Todos los niveles se representan alineados en su parte central. Para ello se traza una línea vertical y se reparte la mitad de cada rectángulo a ambos lados. Para la pirámide de biomasa se emplea un procedimiento similar, aunque en este caso cada centímetro de longitud de cada rectángulo corresponde a cada 100 g/m2 a representar.

3. Flujos de energía y materia

Para mantener su funcionamiento todos los ecosistemas necesitan de un aporte constante de energía. Esta energía es suministrada por el Sol, el cual emite una cantidad enorme de radiaciones de las cuáles los seres vivos utilizan una mínima parte. De toda la energía que incide sobre la atmósfera, sólo el 0,2% es utilizada por los seres autótrofos fotosintéticos. El resto de la energía es dispersada, reflejada o absorbida por la capa de ozono, los gases atmosféricos, el vapor de agua o los materiales terrestres.

De toda la energía que recibe la Tierra, sólo una mínima parte es utilizada por los

seres vivos Los organismos fotosintéticos son los encargados de transformar la energía solar en energía química y fabricar compuestos orgánicos, ricos en energía, a partir de compuestos inorgánicos. Los seres autótrofos constituyen la vía de entrada de la energía al ecosistema. La materia orgánica fabricada por los productores a partir de la energía solar va a seguir tres caminos:

Respiración celular: parte de la materia fabricada durante la fotosíntesis se utiliza durante la respiración celular de las propias plantas para obtener la energía necesaria para sus procesos vitales. Durante este proceso metabólico parte de la energía se disipa en forma de calor.

Crecimiento: una gran parte de la materia orgánica fotosintetizada es empleada en el desarrollo de órganos tales como hojas, tallos, raíces o frutos. Esta materia es la que se pone a disposición del siguiente nivel trófico, el de los consumidores primarios.

Restos orgánicos: durante su ciclo vital los productores pierden una cantidad de materia orgánica en forma de desechos, a través de hojas viejas, raíces muertas o ramas caídas. Esta parte de la materia es empleada por el nivel trófico de los descomponedores.

De manera similar a lo descrito para los productores, los consumidores

primarios también emplean la materia orgánica que ingieren de los productores en la obtención de energía útil necesaria para sus procesos vitales (respiración), y en su crecimiento Además, de toda la materia orgánica que ingieren del nivel anterior, parte se pierde en forma de excrementos no asimilados en la digestión, o en forma de otro tipo de residuos eliminados al medio (heces, pelos, plumas, etc.). Los consumidores secundarios y terciarios llevan a cabo los mismos procesos descritos para los primarios.

Finalmente, los descomponedores transforman los restos orgánicos procedentes

de la materia muerta de los niveles anteriores en compuestos inorgánicos que serán utilizados nuevamente por los productores. Gracias a esta transformación los descomponedores obtienen materia y energía para sus propios procesos vitales.

Flujos de energía y materia en ecosistemas terrestres

Dentro de los ecosistemas el flujo de materia es cíclico ya que los compuestos

inorgánicos obtenidos del medio y transformados en materia orgánica mediante la fotosíntesis, son devueltos al medio después de haber formado parte de la materia orgánica.

Por su parte, el flujo de energía es lineal ya que esta entra al ecosistema en

forma de energía solar, es transformada en energía química por la fotosíntesis, y es devuelta al medio en forma de energía térmica liberada en los procesos metabólicos celulares.

La energía que se libera como calor no puede volver a ser utilizada, por lo que la

constante pérdida de energía obliga a que tenga que existir un aporte continuado de energía a partir del Sol. 3.1. Parámetros tróficos

Para poder cuantificar los flujos de materia y energía en los ecosistemas es necesario conocer algunos parámetros relacionados con las relaciones tróficas. De esta manera es necesario valorar el balance de la energía y la materia que entran y salen.

Las medidas que permiten entender las relaciones tróficas que se establecen

entre los seres vivos de un ecosistema se denominan parámetros tróficos y sirven para cuantificar el flujo de materia y energía que se da de unos niveles a otros y las pérdidas que se producen en dicho flujo.

Entre los parámetros tróficos más representativos podemos citar:

Biomasa (B): cantidad de materia orgánica que existe por unidad de superficie o volumen. Se llama biomasa primaria a la generada por organismos autótrofos, y biomasa secundaria a la de los heterótrofos.

Producción (P): es la cantidad de biomasa que se produce por unidad de tiempo. La producción de un nivel trófico indica la cantidad de biomasa disponible para el nivel trófico superior. Dentro del ecosistema se puede medir la producción de los productores, primaria (PP), o de los consumidores, secundaria (PS). En ambos casos se puede hablar de:

Producción Bruta (PB): es la cantidad total de materia orgánica generada o incorporada por un nivel trófico determinado en una unidad de tiempo.

Producción Neta (PN): corresponde a la producción bruta menos la cantidad de materia orgánica utilizada en la respiración (PN=PB-R).

Respiración (R): cantidad de energía gastada en los procesos vitales de los organismos.

Productividad (p): es la relación entre la producción y la biomasa (p=P/B). Da idea de la rentabilidad del ecosistema. Según su cálculo se puede hablar de productividad bruta (pB=PB/B) o productividad neta (pN=PN/B). La productividad neta indica la velocidad con que se renueva la biomasa del ecosistema.

Tiempo de renovación (T): indica el tiempo que tarda en renovarse la biomasa de un nivel trófico. Se calcula como la inversa de la productividad neta (T=B/PN).

Eficiencia (E): es la relación entre la producción bruta y la producción neta (E=PN/PB).

Eficiencia ecológica (Ee): es el porcentaje de la producción neta de un nivel trófico que se convierte en producción neta del siguiente (Ee = Pn1·100/Pn2). Según su cálculo se establece la regla del 10%.

4. Ciclos biogeoquímicos Como sabes, la materia circula dentro del ecosistema de manera cíclica en un flujo cerrado. Por lo tanto, se puede decir que la materia es reciclada y utilizada una y otra vez por los organismos vivos. Los ciclos biogeoquímicos representan los recorridos de los bioelementos que forman la materia orgánica a través de la biocenosis y del biotopo de los ecosistemas. Los ciclos biogeoquímicos de un ecosistema pueden clasificarse en dos grandes grupos:

Ciclos biogeoquímicos gaseosos: son ciclos de los elementos cuyo reservorio se encuentra fundamentalmente en la atmósfera, aunque a veces puedan estar disueltos en la hidrosfera. Son elementos cuyo ciclo es muy rápido ya que están fácilmente disponibles para los seres vivos. Incluyen carbono y nitrógeno.

Ciclos biogeoquímicos sedimentarios: son ciclos en los que los elementos se encuentran principalmente en la litosfera en forma sólida. Debido a esto, su circulación es lenta y pasan con dificultad a los seres vivos. Se trata de los ciclos de fósforo y azufre.

5. Cambios naturales en el ecosistema

Los ecosistemas son unidades dinámicas, sometidas a continuos cambios que afectan tanto a los elementos bióticos como a los abióticos. Las transformaciones o cambios que se producen en un ecosistema pueden ser debidas a distintas causas y pueden tener diferente duración.

Los cambios que sufre un ecosistema pueden ser naturales o causados por la

acción humana (antrópicos). Cuando los cambios se producen lentamente durante un largo periodo de tiempo se denominan graduales, mientras que si se producen bruscamente se llaman catastróficos.

Todos los ecosistemas tienden al equilibrio, por lo que cuando se produce algún

cambio en un factor ambiental o biológico el ecosistema en conjunto tiende equilibrarse mediante una vuelta a su estado natural.

Dependiendo del tiempo que transcurra entre un cambio y el siguiente se pueden

clasificar los tipos de cambios dentro de un ecosistema en los siguientes:

Ritmos: se trata de cambios periódicos a corto plazo que se producen en los elementos bióticos de un ecosistema por acción de factores internos o externos. Por ejemplo, un árbol de bosque templado no consigue igual producción de materia orgánica en verano que en invierno.

Fluctuaciones: son las irregularidades o cambios a medio plazo que se producen en las poblaciones con respecto a lo que sería un valor normal. Por ejemplo, una menor disponibilidad de alimentos, fruto de una sequía puntual, llevaría a una menor producción de crías en muchos animales.

Sucesiones: se trata de procesos de cambio global a largo plazo que afecta a todos los elementos vivos de un ecosistema. Durante este cambio las comunidades existentes en el ecosistema pueden ser reemplazadas por otras nuevas.

5.1. Cambios rítmicos

Se llama cambio rítmico o ritmo a la variación cíclica y predecible que se

produce en un ecosistema por acción de la dinámica del planeta y los movimientos de la Tierra y la Luna con respecto al Sol.

Algunos de los cambios cíclicos más característicos son:

Alternancia de día y noche: se debe al movimiento de rotación de la Tierra y provoca ritmos diarios en los seres vivos, los cuáles ajustan sus ciclos de vida en función de la cantidad de iluminación.

Mareas: se producen por la posición de la Luna con respecto a la Tierra. A lo largo de un día se producen dos mareas altas (pleamar) y dos mareas bajas (bajamar), por lo que los organismos acuáticos de zonas intermareales deben adaptar sus ritmos diarios a estas condiciones.

Cambios estacionales: se deben al movimiento de traslación de la Tierra y provocan ritmos anuales de cambios en las condiciones ambientales. Estos cambios son más acusados en zonas templadas donde las oscilaciones de temperatura y precipitaciones son grandes.

5.2. Fluctuaciones

Los organismos que forman las poblaciones ecológicas están sometidos a los

cambios constantes de las condiciones ambientales del medio donde habitan. Como consecuencia de estas variaciones, el número de individuos puede cambiar a lo largo del tiempo.

Se llama fluctuación a la variación del número de individuos que forman una

población, como consecuencia de la intervención de diversos factores abióticos que afectan a la dinámica de dicha población.

Las fluctuaciones pueden ser de dos tipos dependiendo de su ritmo de repetición:

Regulares o cíclicas: son variaciones que se repiten de forma periódica y a menudo predecible dentro de un determinado ecosistema. Es el caso de los movimientos migratorios de algunas especies, las cuáles se desplazan de un lugar a otro en busca de alimento o temperaturas más favorables para la reproducción.

Irregulares: variaciones que se producen de forma esporádica como consecuencia de cambios ambientales no predecibles. Por ejemplo, la escasez ocasional de precipitaciones puede provocar la ausencia de pastos y el descenso del número de herbívoros. En otras ocasiones el aumento incontrolado de determinadas poblaciones puede provocar la aparición de plagas.

Las plagas Cuando aumenta el número de individuos de una población por encima del límite que puede soportar un ecosistema, estos organismos pueden invadir otros ecosistemas causando alteraciones de las redes tróficas y los consiguientes daños ecológicos. Se llama plaga a la aparición masiva de individuos o agentes biológicos indeseables que interfieren tanto con el medio natural, como con las actividades humanas, causando daños medioambientales, económicos o de salud pública. Generalmente, las plagas suelen tener efectos devastadores sobre cultivos, plantaciones forestales y actividades ganaderas, provocando graves pérdidas económicas. Desde muy antiguo, el ser humano ha empleado distintos métodos para el control de las plagas:

Métodos naturales: son las prácticas tradicionales tales como rotación de cultivos, quema de rastrojos, arado del terreno, etc.

Control químico: se basa en el uso de pesticidas que ayudan a eliminar de forma rápida y eficaz una plaga pero que pueden contaminar de forma grave el medio ambiente.

Control biológico: técnicas basadas en las interacciones bióticas que se dan de forma natural dentro de un ecosistema. Combinan las prácticas tradicionales con técnicas modernas de biotecnología:

Depredadores naturales o parásitos: se emplean organismos capaces de eliminar una parte la población considerada como plaga para que su número no supere el límite permisible por el ecosistema.

Esterilización: se basa en la introducción de organismos esterilizados de forma artificial y que compiten con los organismos fértiles. Esta competencia provoca la disminución de puestas viables. Es muy empleada en el control de insectos.

Feromonas: sustancias químicas que emplean los organismos para interactuar entre sí (comunicación, reproducción, maduración, etc.) y que se emplean en trampas o sistemas de desorientación.

Manipulación genética: permite obtener variedades nuevas de plantas capaces de defenderse por sí mismas del ataque de plagas, ya que producen antibióticos u otras sustancias repelentes.

6. Sucesiones ecológicas

Como ya has estudiado, los ecosistemas son unidades que cambian y evolucionan con el tiempo, es decir, existe un proceso desde que aparecen las primeras poblaciones hasta que se alcanza el estado de equilibrio o madurez del ecosistema.

Se llama sucesión ecológica a los cambios graduales que se producen en las

comunidades de un ecosistema como respuesta a los cambios medioambientales, y en los que unas poblaciones son sustituidas por otras a lo largo del tiempo hasta alcanzar el estado de madurez.

Generalmente, el concepto de sucesión se aplica a la vegetación de un

ecosistema. Dependiendo de las condiciones iniciales del ecosistema se pueden distinguir dos tipos de sucesiones ecológicas:

Sucesiones primarias: se producen en territorios vírgenes que aún no han sido colonizados. Es el caso de las lavas volcánicas, los sedimentos recién depositados o las dunas. En estos biotopos el suelo aún no se ha formado, por lo que los primeros organismos en colonizar suelen ser de pocos requerimientos nutricionales. Posteriormente aparecerán otras especies de mayor tamaño.

Sucesiones secundarias: ocurren en ecosistemas ya existentes, en los que las comunidades vegetales han sido parcial o totalmente destruidas por una perturbación. Aunque el equilibrio se rompe, todavía se conservan el suelo y parte de la vegetación original. Durante esta sucesión, las especies desaparecidas son reemplazadas por otras nuevas. Al cabo de un cierto tiempo, si las condiciones ambientales lo permiten, el ecosistema se recupera.

Una sucesión primaria se produce en

un terreno de nueva formación La sucesión secundaria tienen lugar después

de una perturbación del ecosistema

6.1. Sucesiones primarias En las sucesiones primarias los seres vivos de las primeras etapas modifican las

características de su entorno, y lo van haciendo más adecuado para que puedan establecerse en él otras especies.

En las sucesiones primarias se pueden distinguir cinco etapas bien diferenciadas:

tiempo

Etapas de la sucesión primaria de un ecosistema terrestre

a) El terreno virgen sufre meteorización física y química por acción de los agentes atmosféricos y la roca original se va disgregando.

b) Aparecen los primeros organismos, llamados especies pioneras. Los líquenes y musgos contribuyen a la formación de suelo inmaduro y aceleran el proceso de meteorización de la roca.

c) Se asientan las primeras plantas herbáceas, que tienen pequeño tamaño y crecimiento rápido. A estas plantas se las conoce como oportunistas, ya que colonizan nuevos medios de forma muy rápida. En poco tiempo cubren todo el terreno y permiten la llegada de animales herbívoros.

d) Las plantas leñosas, de mayor tamaño y crecimiento más lento, sustituyen parcial y progresivamente a las herbáceas gracias a la maduración del suelo, lo cual favorece el aumento del número de herbívoros y la aparición de los primeros carnívoros.

e) En la etapa final, el suelo es muy abundante y permite el asentamiento de vegetales con gran diversidad y complejidad. Se alcanza el estado de equilibrio, conocido como comunidad clímax, en el que las redes tróficas se hacen más complejas con la llegada de los consumidores terciarios.

6.2. Sucesiones secundarias Las sucesiones secundarias ocurren en lugares donde ya existía una biocenosis

asentada en su estado de clímax. Cuando el equilibrio del ecosistema se rompe por causa de una perturbación, la biocenosis evoluciona hacia un estado parcial o totalmente distinto al original, según los efectos de la perturbación.

En las sucesiones secundarias se pueden distinguir cinco etapas bien

diferenciadas:

tiempo

Etapas de la sucesión secundaria de un ecosistema terrestre

a) Un ecosistema maduro sufre una alteración grave por causas naturales

(sequías, incendios, plagas, etc) o antrópicas (talas, sobreexplotación, urbanismo, etc) y sufre la pérdida de parte de sus especies.

b) Tras la alteración permanece un ecosistema inmaduro, con menor biodiversidad y de menor complejidad, a partir del cual comienza la reconstrucción del ecosistema.

c) Con el tiempo la llegada de especies oportunistas y los restos de plantas que sobrevivieron dan lugar a la regeneración de las comunidades vegetales que permiten la llegada de herbívoros y carnívoros. El ecosistema comienza a madurar de nuevo hacia un estado más complejo.

d) Se regeneran completamente las comunidades vegetales y se establecen de nuevo las redes tróficas completas. Aparece un ecosistema maduro donde unas especies son sustituidas por otras debido a la competencia por los recursos.

e) En la etapa final se alcanza de nuevo el estado de comunidad clímax, aunque no siempre es idéntico al estado original, ya que las condiciones del biotopo pueden haber cambiado tras la perturbación.

7. Formación y evolución del suelo Como ya has estudiado, durante las sucesiones primarias se produce una evolución del ecosistema desde un terreno sin colonizar hasta un estado de madurez con multitud de seres vivos asentados en el biotopo. Durante esta evolución del terreno tiene lugar la formación del suelo. El suelo es la capa que recubre la superficie terrestre compuesta por trozos de rocas de distinto tamaño procedentes de la meteorización y la erosión de rocas preexistentes, mezclados con restos orgánicos, agua y aire. El suelo se puede considerar como un ecosistema en sí mismo, ya que está compuesto por una serie de elementos bióticos y abióticos que interaccionan entre sí y está en permanente cambio. Todos estos componentes se organizan en el suelo en una serie de capas dispuestas sobre un lecho de roca original. Se denomina roca madre a la roca inicial uniforme a partir de la cual se desarrolla el suelo, y sobre la que aparecen una serie de capas estratificadas y heterogéneas conocidas como horizontes edáficos. Estas capas pueden tener distintos componentes y presentar propiedades muy diversas de unas a otras. En general, los componentes del suelo se pueden clasificar en dos tipos básicos:

Materia inorgánica: compuesta fundamentalmente por componentes en los tres estados de la materia. La fracción sólida está formada por fragmentos de rocas y minerales procedentes de la alteración física y química de la roca madre. La fracción líquida está formada por una cantidad variable de agua dependiente de las condiciones ambientales. El suelo contiene además una fracción gaseosa procedente tanto de los gases del aire atmosférico como de la actividad biológica del suelo.

Materia orgánica: constituida por multitud de organismos vivos (bacterias, hongos, animales y plantas), restos sin descomponer (hojas, ramas o excrementos) y humus (materia orgánica parcialmente descompuesta).

¿SABÍAS QUE…?

La edafología es la rama de la ciencia del suelo que estudia la composición y naturaleza del suelo en su relación con las plantas y el entorno que le rodea. Dentro de la edafología se incluyen estudios del suelo desde el punto de vista de la física, la química y la biología.

La edafología es la ciencia encargada del estudio del suelo

7.1. Formación del suelo La formación del suelo es un proceso lento y complejo en el que intervienen diversos factores tales como el clima, la topografía de la zona, los seres vivos, el tiempo que duran los procesos y la roca madre. La interacción de todos estos factores durante un largo periodo de tiempo da lugar a la formación de multitud de suelos distintos entre sí. En el proceso de formación de un suelo puede durar cientos de años, y en él se pueden distinguir tres etapas:

Etapas de formación y perfil de horizontes edáficos

a) Meteorización de la roca madre y la alteración tanto física como

química de los minerales que la componen. La acción tanto del agua como del aire sobre los fragmentos de roca que se van rompiendo provoca la liberación de sales minerales y nutrientes que facilitan el asentamiento de musgos y líquenes que comienzan a producir meteorización biológica.

b) Acumulación de restos de organismos colonizadores y su transformación en humus gracias a la acción microbiana. Con el tiempo, la cantidad de humus es suficiente como para que puedan asentarse las primeras plantas.

c) Formación de horizontes edáficos por migración de los compuestos del suelo al ser arrastrados por el agua desde las zonas más superficiales a las más profundas gracias a la acción de la gravedad. De esta forma se van diferenciando los distintos horizontes según se acumulen unos u otros compuestos.

- Horizonte O: superficie del suelo con restos vegetales (mantillo). - Horizonte A: zona rica en materia orgánica con raíces y humus en descomposición. - Horizonte B: acumulación de materiales procedentes del lavado del horizonte superior. - Horizonte C: fragmentos de rocas originales. - Horizonte R: roca original, compacta y sin alterar.