Influencia recíproca Influencia recíproca (feedback) entre la (feedback) entre la

mineralización del carbono mineralización del carbono bentónico y la estructura de bentónico y la estructura de

la comunidadla comunidad

Basado en el artículo de:

Daniel DupliseaEcological Modelling, 110,19-43

-1998-

Índice• INTRODUCCIÓN• ESTRUCTURA DEL MODELO

-Carbono-Sulfuro-Feedback positivos-Bacterias-Meiofauna-Macrofauna

• ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD• SIMULACIONES• CONCLUSIONES

INTRODUCCIÓN

1- Descripción del sistema:• Comunidad bentónica,

animal, marina, costera y de clima templado.

• Medio ambiente de sedimentación química a costa de esta comunidad.

-Feedback-

¿Qué es un sistema bentónico?

• Está en relación a seres y procesos que habitualmente se desarrollan en el fondo del mar.

• Características similares a sistemas terrestres.

- Permanente estructura química.- Superficies duras.- Organismos sedentarios.- Capacidad de almacenamiento

químico.

¿En qué consiste la sedimentación?

• Proceso de acumulación de los productos y desechos metabólicos en cada zona química, constituyendo un perfil de estratos caracterizado por los organismos presentes.

O2

NO3-

Mn+2

Fe+3

SO4-2

FERMENTACIÓN

C oxig

C anox

Interrelación entre las capas• La función de una

capa es esencial para la otra.

• Grandes metazoos mezclan las capas.

• Relaciones tróficas entre ellos.

ESTRUCTURA DEL MODELO

1. Tipo de comunidad bentónica

OC

AOC

SUL

ANBA

FABA

ARBA

MEIO

MACRO

Para aerób

CARBONO• OC Carbono oxigénico o C de

superficie compuesto por partículas detríticas.

O O O OOC

RIP

Hacia AOC por interconversión

• AOC Carbono anoxigénico. Compartimento profundo de C que es reserva de alimento para anaerobios.

O OAOC

RIP Enterramiento de CHacia OC por

interconversión

SULFURO

• SUL Sulfuro resultante de las rutas de oxidación anaeróbica obtenido a partir de SO4

-2, según la reacción 5H2 + 2SO4-2

2H2S + 2H2O + 2OH-

SULANBA Aerobias

Enterramiento de SUL Oxidación

Por reacción química

con el O2

Dos feedback positivos1. Acumulación de sulfuro2. Bioturbación

ANBA SUL Aerobios

RIPsedimentación

OCO2 limitado

AOC

+

• Proceso en relación a la oxigenación de los sedimentos.

MACRO Agitación de capas

OC

SUL

Organismos aerobios

Cuantificadores en los procesos de feedback

• Usaremos dos parámetros, que son B y T.

Toxicidad(T)= cTox. Log (SUL+1)Influye en:

RIP aerobios Interconversión de C

Interconversión de C

Bioturbación(B)= cBt. Log (MACR+1) Influye en:

~

Surface production

AOC

OCtoAOC

Sedimentation

CarbonBurial

CBurialRate

pollution

OC

?

MaNatMort

?

MePredOC

BacterialAOCConsumption

?

MeNatMort

FaunalOCConsump

Productivity MultiplierSurface Input

?

MaPredOC

Day

FBaPredAOCAnBaPredAOC

AOCtoOC

ArBaPredOC

FBaPredOC

?

Toxicity

?~

MaBioturbation

ArBaMort

FBaMort

AnBaMort

MaFaeces

MeFaeces

CARBONO

Interconversión• El intercambio entre los dos compartimentos se

haya como un simple intercambio proporcional en que influye B y T

Cij = Ki ·CEij .B .T

Cij Movimiento de C de un compartimento a otro (ML-2·T-

1)Ki Cantidad de C en i (ML-2)

CEij Tasa intercambio (T-1)B Relación directa para el paso AOCOCT Relación directa para el paso OCAOC

?

Sulphide Burial

?

Toxicity H2SUncoverRate

SUL

H2SInput

?

H2S Oxidation

?~

MaBioturbation

SulphideBurialRate

CoeffToxicity

AnBaResp

SULFURO

BACTERIAS

• ARBA Bacterias aerobias obligadas que reducen O2

• FABA Bacterias facultativas. Pueden oxidar C oxigénica o anoxigénicamente (respirando NO3

-2)• ANBABacterias anaerobias obligadas que reducen

SO4-2

OC y/o AOC BACTERIAS

Respiración

Muerte Natural

Depredación

• El crecimiento de cada población bacteriana se modeló como una simple respuesta numérica logística tipo Leslie donde la K es igual a la abundancia de recurso de alimento (Xi).

dXj/dt = Xi·1/oj·T·(1-Xj/Xi) - Rj·Xj- Zj·Xj- Cj

Alimentación Respiración

MuerteNatural

Depredación

34

EJEMPLO EXCLUSIVO PARA ANAEROBIASAnBa(t) = AnBa(t - dt) + AOC*(1/AnBaTo)*T*(1(AnBa/(AOC)))- AnBa*AnBaTasaResp- AnBa*(1/AnBaTo) - MeioPredAnBa* dt

Algunos parámetros a tener en cuenta

oj (AnBaTo) Es el tiempo de renovación. Se define como BIOMASA/PRODUCCIÓN (t)

Afecta a todos los procesos biológicos de la bacteria.

Rj (AnBaTasaResp) Tasa de respiración. Dependiente del tiempo de renovación y la Tª.

TR Tasa de resistencia a toxicidad. T se tiene en cuenta si T/TR>1

Bacterias aerobias

Bacterias facultativas

Bacterias anaerobias

MEIOFAUNA

• Organismos con un tamaño entre 5-500 m.• Forman parte de la fauna aeróbica.

BacteriasOC MEIOFAUNA

Respiración

Muerte Natural

Depredación

HECES

ECUACIÓN DE WEIGERT !!!!!• Es una ecuación usada por Pace et al. (1984) y Chardy y Dauvin

(1992) con múltiples variables.• Determina el crecimiento de MACR y MEIO

dXj/dt = [Pij·Ij·Xj·Fij·ij]·cE- Rj·Xj- Zj·Xj-Hj·Xi- Cjk

Alimentación Respiración Muerte Heces Depred

Pij=Preferencia sobre la presaIj= Ingestión específica Fij= Parámetro relacionado con la biomasa de la presa (contiene

otros parámetros que omito!!!) ij= Eficiencia de asimilacióncE= Término de competencia intraespecíficaHj=Tasa producción de heces

• Dos modificaciones a la ecuación:Término logísticoTasa de respiración

dXj/dt = [Rj·Xj·Fij·ij]·[1-Xj/Kj]- Rj·Xj- Zj·Xj-Hj·Xi- Cjk

Alimentación Respiración Muerte

HecesDepredación

Rj= Se introdujo como una forma de reducir la parametrización del modelo.

-Es proporcional a la ingestión.-Al ser dependiente de la Tª permite variaciones

estacionales.

Kj (capacidad portadora)= Forma parte de un término logístico que estabiliza el modelo, independientemente del lugar.

MeTasaResp

Factor Tª

MEIOMePredComida

MeTo

?

MePredArBa

?

MeMort

MeTasaMort ?

Toxicidad

PredMe

ArBa FBaOC

?

MacrPredMe

MeTasaResp

?

MeResp

MeToxResis

AnBa

?

MePredFBa

?

MePredOC

?

MeioPredAnBa

MeHeces

Macrofauna

• Se trata de invertebrados de tamaño >500m, que también forman parte de la fauna aeróbica.

ARBAFABAMEIO

OC

MACROFAUNA

Respiración

Muerte Natural

Depredación

Heces

dXj/dt = [R[Rjj·X·Xjj·F·Fijij··ijij]·[1-X]·[1-Xjj/K/Kjj]]- - RRjj·X·Xjj- - ZZjj·X·Xjj--HHjj·X·Xii- - CCjkjk

AlimentaciónAlimentación RespiraciónRespiración MuerteMuerte Heces Heces DepredaciónDepredación

MEIO

MACR

?

MaPredMe

MaTo

?

MAcrMortDepr

MaTasaMortPorPeces

?

MaPredArBa

?

MaMort

MaTasaMort

Factor Tª

?

MaPredOC

?~

MaBioturbación

?

Toxicidad

OC

ArBa

MaToxResis

?

MaResp

MaTasaResp

MaHeces

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD• Consiste en la modificación (±10%) de

determinados parámetros de un sistema y la observación de los efectos globales a los que da lugar.

-cTox

-cBt

-TRMACR

-TRMEIO

-FABAo

MACR

MEIO

CO2

BACT

ANÁLISIS DE SENSIBILIDADANÁLISIS DE SENSIBILIDAD

SIMULACIONES• Dos tipos:

1. Simulación anual incorporando un régimen estacional de entrada de C y cambios en la Tª de un sistema de clima templado.

2. Estacionalidad excluida, representando diferentes valores de entrada de C.

Simulación anual

Representación del régimen de entrada de C y la Tª a lo largo del año

Representación de la biomasa de los tres sistemas orgánicos a lo largo del año

Representación de productos consumidos y producidos a lo largo del año

ProdCO2

RazónOC:AOC

Consum total de

O2

Consum O2 por

los organ

Simulación variando flujo de C

Representación del crecimiento de los organismos

Mineralización del C• El C mineralizado se contabiliza como el CO2

producido.

• La producción de CO2 por los aerobios es igual a su O2 consumido (C6H12O6+6O26CO2+6H2O)

• El CO2 producido (mineralización) por los anaerobios es el total – CO2 producido por aerobios.

• Con altas entradas de C, predominan sobre todo organismos y procesos anaeróbicos.

Representación de productos producidos y consumidos con diferentes entradas de C

RazónOC:AOC

Consum O2 y prod CO2 por aerobios

Consum total de

O2

ProdCO2

Conclusiones• Sistema bentónico: SUL-OC-AOCARBA -FABA -ANBA-MEIO-MACR

• OC:AOC es mayor cuando la sedimentación, porque AOC.

Respuesta de la biomasa a la entrada de C y Tª.

• El crecimiento exponencial de bacterias con C es debido sobre todo al crecimiento de anaerobias.

• MACR y MEIO presentan crecimiento logístico (asintótico) con un K que podría deberse a la limitación de O2

• Importancia de la mineralización por respiración anaerobia.

• La bioturbación (agitación de capas) la penetración de O2 en los sedimentos y se favorecen los organismos aerobios.

• El H2S crea un ambiente tóxico para aerobios, que favorece a anaerobios.

• La oxidación del H2S evita su toxicidad. A altos niveles de C, el oxígeno se dedica a esta oxidación.

Finalidad del modelo Es un intento por matematizar los

mecanismos controladores de la estructura de una comunidad bentónica, con un fuerte énfasis en cualidades reales del sistema.

BIBLIOGRAFÍA ÚTIL:

-Atlas,R ; Bartha,R. Ecología Microbiana y Microbiología Ambiental. Adison Wesley,2001.

-Anikouchine,W.A. y Sternberg, R.W. The World Ocean. Prentice Hall, 1973.

-Sieburch, J.M. Sea Microbes. Oxford University Press, 1979.

ALGUNAS PÁGINAS DE INTERÉS:

iado.criba.edu.org/ecología.htmQuímica marina- ecología del zooplancton- dinámica

biogeoquímica- microbiología marina.

danival.org/micromar_madre_micromar.htmlBiotopo marino- microorganismos marinos- distribución de

microorganismos en el mar- ciclos de materia en el mar- producción de materia orgánica.

www.int-res.comAquatic Microbial Ecology.

Users.aber.ac.uk/lyt1/shallow_marine_sedimentation.htm