Biosfera

Geografía. Demografía. Ecología. Ecosistemas. Biogeoquímicos. Población

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TEMA 15

LA DINAMICA DE LA BIOSFERA

DESARROLLO CONCEPTUAL

  • APROXIMACIÓN AL CONCEPTO DE ECOSISTEMA

  • DEFINICION DE ECOSISTEMA

  • Nivel de organización constituido por seres vivos y componentes inertes interrelacionados. La matera circula de forma cíclica y la energía en forma de flujo. Dos componentes diferentes:

  • Bióticos: conjunto de seres vivos que se agrupan en poblaciones y comunidades o biocenosis.

  • Abióticos: elementos físico-químicos del medio o biotopo.

  • Los limites espaciales se denominan ecotonos, están determinados por cambios mas o menos bruscos en las características de la comunidad y del biotopo. Ofrecen un especial interés ecológico.

  • LOS FACTORES ABIÓTICOS

  • Factores climáticos, edáficos (mineralogica, pH...). Características físicas y químicas del medio que ejercen su influencia sobre los organismos vivos. Son factores limitantes. Cada especie puede soportar variaciones de los factores abióticos presentes en su medio ambiente, pero por encima o por debajo no puede sobrevivir. A ese margen se le denomina intervalo. Según la amplitud del intervalo:

    a)Eurioicos- pueden vivir dentro de intervalos de valores muy amplios para un determinado factor abiótico. ``Yo puedo vivir en unos márgenes mas amplios´´.

    b)Estenoicos- solo toleran intervalos muy estrechos para un determinado factor abiótico.

  • LOS FACTORES BIOTICOS

  • Relaciones que se establecen entre los organismos; dos tipos:

  • Intraespecíficas- entre organismos de la misma especie. Las relaciones familiares, coloidales...

  • Ínterespecíficas- entre individuos de especies diferentes. Depredación, comensalismo...

  • 2.LA POBLACION

    conjunto de organismos de las misma especie dentro de un ecosistema.

    2.1. PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN A UNA POBLACIÓN

  • Efectivo- numero de individuos que componen una población. Puede efectuarse realizando inventarios ( por recuento directo, transepto, caza-captura...).

  • Abundancia- el efectivo de una población y se suele cuantificar usando una escala del 1 al 5, donde 1 significa que esa especie es rara y el 5 que es muy abundante.

  • Densidad de población- numero de individuos por unidad de área o de volumen considerado.

  • d)Vida media- tiempo transcurrido entre el nacimiento y la muerte.

    e)Tasa de natalidad- numero de descendientes de una población.

    f)Tasa de mortalidad- numero de muertos en una población.

    g) Tasa especifica de aumento- diferencia entre la tasa de natalidad y la tasa de mortalidad de una población.

    h) Proporción de sexos- cociente entre el numero de machos y el numero de hembras de una población.

    i)Curvas de supervivencia- son graficas en las que se representa el porcentaje de individuos vivos o la probabilidad de vida de una misma generación a lo largo de tiempo.

    2.2 DINAMICA DE LAS POBLACIONES

    2.2.1. RELACIONES Intraespecíficas

    Los individuos tienden a unirse formando asociaciones con características y finalidades diferentes:

  • Familiar- individuos estrechamente emparentados entre si, tiene como objetivo facilitar la procreación y el cuidado de las crías. Asociaciones familiares: parental, formada por los padres y la prole; matriarcal, por la madre y la descendencia, y filial, formada exclusivamente por la prole.

  • Colonial- individuos procedentes de un único progenitor que permanecen unidos a el y comparten por tanto parte de su cuerpo.

  • Gregarias- individuos que se agrupan con diferentes fines: búsqueda de alimento, defensa... Si los grupos están formados por mamíferos, aves o peces, reciben el nombre de manadas, bandadas o bandas.

  • Estatales- sociedades de individuos, en las que aparece una jerarquización y un reparto de funciones.

  • 2.2.2. DISTRIBUCIÓN ESPACIAL

    Los seres vivos se reparten el espacio de manera que la condiciones para si crecimiento y desarrollo sean óptimos. Tipos de distribución:

  • Aleatoria- se distribuyen al azar.

  • Distribución regular- la distancia entre individuos es mas o menos regular.

  • Acumulada- la mas frecuente.

  • Por gradientes-determinada por la orientación hacia un determinado factor. Algunos organismos acuáticos como el fitoplancton.

  • 2.2.3 EL CRECIMIENTO DE LAS POBLACIONES

  • El crecimiento exponencial o en J- es el crecimiento que se daría en una población en la que el espacio y los alimentos fueran ilimitados.

  • Dn/ dt = rN

    Dn/ dt es la tasa de crecimiento y N es el efectivo de la población e el momento considerado.

  • Crecimiento en S o sigmoideo- en una población que se desarrolla en un ambiente con recursos limitados.

  • Dn/dt= Rn x K-N/K

    R representa la capacidad reproductiva intrínseca de la población y K es la capacidad de carga del sistema. K-N/K es aproximadamente uno. Cuando N=K, obviamente d N / dt = 0, es decir, la población no crece y se mantiene constante.

    LAS ESTRATEGIAS DE CRECIMIENTO DE LA POBLACIÓN

    Las constantes r y K nos permiten diferenciar dos estrategias para el crecimiento y la supervivencia de las poblaciones:

  • Las estrategias de la r- aquellos organismos dotados de un alto potencial reproductivo, o quienes la selección natural favorece en las fases iniciales de colonización de un ecosistema nuevo. Son especies oportunistas , que soportan mal la competencia, a la que, responden emigrando.

  • Las estrategias de la K- organismos especialistas con menor potencial reproductivo pero con gran capacidad para competir por los escasos recursos en poblaciones densas.

  • 2.2.4. DISPERSIÓN DE LA POBLACIÓN

    Es la tendencia que esta manifiesta a entenderse en todas las direcciones. Viene determinada por la capacidad de locomoción de cada especie y por las barreras geográficas. Los movimientos de dispersión mas importantes son:

  • Emigración- van desde una población hacia otra situada en un lugar diferente al de origen.

  • Inmigración- es la llegada de individuos procedentes de otras poblaciones.

  • Migración- son los viajes de ida y vuelta que los individuos de algunas poblaciones emprenden en determinadas épocas del año.

  • 3.LAS COMUNIDADES O BIOCENOSIS

    Están formadas por el conjunto de poblaciones que viven en un área determinada. Al tratarse de grupos de individuos de distinta especie y que pertenecen a diferentes poblaciones que pueden verse perjudicados, beneficiados o no afectados.

  • Competencia interespecífica- es una relación en la que los individuos de una especie experimentan una disminución de la supervivencia, la fecundidad o el crecimiento, como consecuencia de la explotación de los recursos limitados, por individuos de otra especie. Las dos especies resultan perjudicadas y pueden llegar a desaparecer. No siempre se llega a evitar la competencia o a lo que se ha denominado exclusión competitiva, y es frecuente la coexistencia de especien que rivalizan por los mismos recursos, que están sometidas a variaciones debido a la fluctuación del las condiciones ambientales, que producen un desplazamiento del equilibrio entre las mismas hacia una u otra especie.

  • Depredación- un organismo vivo (la presa) es matado y consumido parcial o totalmente por otro. Dos tipos:

    • Los predadores verdaderos- dar muerte a sus presas con bastante rapidez. Águilas, tigres, leones...

    • Los ramoneadores, como vacas, ovejas, ciervos, larvas de insectos que rara vez son letales a corto plazo.

    • Los individuos adquieren reacciones de defensa frente a futuras agresiones.

    • Parasitismo- un organismo (el parásito) consume una parte del otro ( el hospedador), provocándole daño, pero sin causarle la muerte, al menos durante un largo periodo de tiempo. Centran sus ataques en uno o en muy pocos organismos. La asociación parásito- hospedador es íntima. Categorías principales:

      • Los microparásitos se multiplican dentro de sus hospedadores definitivos incluso, dentro de las células de aquel.

      • Los macroparásitos crecen en su hospedador definitivo, producen formas infectivas que lo abandonan para infectar a otros hospedadores, como pueden ser las tenias, insectos, hongos y también algunas plantas superiores, como puede ser el muérdago.

      • Mutualismo. Se asocian dos especies con el resultado de beneficio mutuo. Aumento de la valencia ecológica de los organismos simbiontes, pueden colonizar ambientes que serian para ellos poco propicios o incluso letales, y también en un incremento del numero de individuos al facilitar el mutualismo alguna o varias de las funciones de nutrición, reproducción y relación. Podemos distinguir dos tipos de mutualismo:

          • La simbiosis. Si en la interdependencia entre los mutualistas es muy fuerte la relación. En ocasiones, la unión es tan intima que una de las especies vive dentro de las células de su compañera de relación.

          • El mutualismo facultativo. Se produce cuando entre dos especies la relación es positiva pero estas pueden prescindir de la misma.

          • Comensalismo. Una de las especies obtiene beneficio, la otra no es ni favorecida ni perjudicada. Es frecuente que el comensal utilice el cuerpo de su hospedador como ocurre con las plantas epifitas que viven sobre huecos y rellano de troncos de árboles. Otros comensales utilizan la vivienda del hospedador.

          • Amensalismo. Esta relación se produce cuando la actividad normal de una especie ocasiona perjuicios a otra. Esta relación puede ser un estado inicial que evolucionaría hacia otros, como parasitismo o depredación.

          • 3.2 FACTORES QUE LIMITAN EL CRECIMIENTO DE UNA POBLACIÓN

            Todas las poblaciones poseen mecanismos de autorregulación. De modo que a un mayor numero de población, es menor el crecimiento de la misma, incluso pudiendo llegar a descender, y a un menor numero de población aumenta el crecimiento en la misma.

          • El Espacio Físico. Puede ser un factor limitante para plantas, hongos e incluso algunos animales. En el caso de las plantas, el espacio determina su tamaño y su distribución. En el caso de los animales, el espacio no es tan determinante como en el caso de las plantas, ya que estos pueden cambiar de lugar mediante la inmigración y emigración, estando mas limitados por sus depredadores, enfermedades o la comida.

          • La Cantidad De Alimento Disponible. Mientras se lleve un control o exista un equilibrio, no habrá problema, pero en cuanto uno de los dos ( animales o plantas ), devore mas cantidad de la que la otra especie sea capaz de regenerar, una desaparecería. Por esto espacio y densidad de población esta relacionados con el alimento disponible.

          • La Depredación. La mayor parte de organismos son depredadores y presas a la vez. Por ejemplo si en un momento dado una población de presas fuese devorada, la población de depredadores que se alimenten de esas presas también desaparecería. Por esto la interacción presa-depredador, cada población de presa determina el tamaño de la población de depredadores y viceversa.

          • Parasitismo. Como los parásitos debilitan al hospedador y reducen su capacidad reproductora, también afectan a su numero y densidad.

          • La Competencia. Mas intensa cuando ambos individuos comparten un recurso y luchan por conseguirlo. La competencia es otro de los factores determinantes del crecimiento de la población.

          • 4. ECOSISTEMAS Y NICHO ECOLÓGICO

            Cada una de las especies de animales y vegetales de un ecosistema cumple una determinada función que recibe el nombre de nicho ecológico, mediante la cual de procura el sustento. De esta forma cada especie esta ecológicamente definida por un domicilio y por una función. Aunque pertenecen a distintos ordenes de mamíferos y comparten el mismo nicho.

            5. FLUJO DE ENERGIA EN UN ECOSISTEMA

            Mientras que los vegetales son autótrofos y la obtienen transformando la energía solar en química, gracias a la fotosíntesis, los animales la obtienen de materia orgánica ya elaborada, tanto de origen vegetal como animal. El flujo de materia en un ecosistema constituye un ciclo cerrado. La energía es captada en cada nivel trófico, se utiliza en los procesos vitales y se desprende en forma de calor, parte se expulsa como residuo y a parte se consume al crecer los seres vivos y puede ser utilizada en el siguiente nivel. El ciclo de la energía es abierto y por tanto debemos hablar de flujo energético. En un ecosistema, el flujo de energía es unidireccional y sufre una serie sucesiva de transformaciones.

            5.1 LOS NIVELES TROFICOS

            Cada nivel agrupa a aquellos seres vivos que obtienen materia y energía de forma semejantes:

          • Los productores: el primer nivel trófico. La energía procedente del sol ha sido transferida una vez. Son autrótofos y producen materia orgánica por fotosíntesis. Vegetales y fitoplancton.

          • Los consumidores primarios: se alimentan de la materia orgánica que sintetizan los productores.

          • Los consumidores secundarios: se alimentan de consumidores; son heterótrofos. Si se alimentan de consumidores secundarios se les denomina terciarios.

          • Los descomponedores o transformadores: se alimentan de la materia orgánica que existe en los restos de seres vivos pertenecientes a niveles anteriores, a la que transforman en materia inorgánica y nueva materia orgánica.

          • 5.2 CADENAS Y REDES TROFICAS

            Las cadenas alimenticias representan, de forma lineal, las relaciones que existen entre seres vivos que se alimentan unos de otros. A medida que ascendemos a niveles superiores, la disponibilidad energética disminuye. Las relaciones que se establecen en un ecosistema no son lineales; se producen conexiones entre cadenas alimentarías.

            5.3 TRANSFERENCIAS DE ENERGIA ENTRE NIVELES TROFICOS

            La reducción de energia a medida que se asciende s niveles tróficos superiores es de un 10 por cien.

            5.4 LAS PIRÁMIDES ECOLÓGICAS

            Permite conocer mejor el funcionamiento de un ecosistema. Podemos realizar representaciones por medio de pirámides de las cadenas tróficas, teniendo en cuenta el numero de individuos, la biomasa o la energía de cada nivel trófico, que nos darán una idea mas completa del funcionamiento de un ecosistema.

            6. PRODUCCIÓN Y PRODUCTIVIDAD DE LOS ECOSISTEMAS

            Un ecosistema es una maquina compleja que procesa materia y energía. Es fácil evaluar su flujo. Consiste en conocer el aumento de biomasa por unidad de tiempo, superficie o volumen y la relación que existe entre ambas:

          • La biomasa: puede expresarse en gramos de peso seco o fresco o en numero de individuos por unidad de volumen o superficie.

          • La producción es el incremento de biomasa por unidad de tiempo. Proporciona una idea sobre la cantidad de biomasa que puede ser utilizada por el siguiente nivel trófico sin dañar la estabilidad del ecosistema.

          • La productividad relaciona biomasa y producción.

          • Productividad = producción/ biomasa.

            Es una de las características mas interesantes ya que permite conocer los limites de explotación de los mismos. En el plancton, la productividad es muy elevada.

            6.1 PRODUCCION PRIMARIA Y SECUNDARIA

            Distinguimos:

          • La producción primaria: aumento de biomasa de los seres autótrofos o productores. Si fuese el único proceso en los seres fotosintéticos, podríamos medir la producción calculando los valores correspondientes o la acumulación de azucares. Varia según el lugar donde nos encontremos: es máxima en bosques tropicales, estuarios y cultivos intensivos, y mínima en desiertos y zonas árticas. Los océanos son poco productivos, debido a la limitación impuesta por la luz y los nutrientes.

          • La producción secundaria: cantidad de biomasa almacenada en los niveles superiores, consumidores y descomponedores, por unidad de tiempo. Puede tomar dos direcciones: una que lleva a los consumidores primarios y otra que lleva a los descomponedores. Parte constituye la energía digerible, siendo el resto energía fecal. Una parte se gasta a través de la orina, mientras que la energía metabolizable se utiliza para mantener las funciones vitales y para aumentar la biomasa del animal. Ps = C - (Rs + F + U) C = energía del nivel anterior, ( ) = respiración + fecales + orina.

          • La producción neta del ecosistema: PNE = PB - ( Rp + Rc) productores y consumidores.

          • Según sea la dinámica evolutiva:

              • En un ecosistema en equilibrio, la materia que se produce es igual a la que se destruye.

              • En un ecosistema joven la producción bruta es mayor que la respiración.

              • En los ecosistemas contaminados o en aquellos que sufren una explotación excesiva, la producción total será negativa.

            7.LA MATERIA EN EL ECOSISTEMA. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

            La energía fluye unidireccionalmente en los ecosistemas debido a que es captada inicialmente por los productores y se disipa, en el ultimo termino, en forma de calor. En el caso de los elementos químicos que forman parte de los seres vivos y de la geosfera, se produce un flujo cerrado entre los distintos compartimientos. Estos elementos pueden formar parte de la materia viva o de la materia inerte.

            7.1 EL CICLO DEL CARBONO

            El carbono se fija por medio de los organismos fotosintéticos en forma de CO2 y se incorpora como carbono orgánico en los principios inmediatos, que servirán posteriormente de alimento a los demás componentes de la cadena trofica. El dióxido de carbono se libera de nuevo al ecosistema mediante los procesos de respiración y también durante la descomposición bacteriana.

            El CO2 atmosférico puede inmovilizarse mediante su transformación en CaCO3 , que es insoluble y precipita. El CO2 puede también retornar de nuevo a la atmósfera mediante la descarbonatacion de las rocas calizas.

            7.2 EL CICLO DEL FOSFORO

            Elemento limite de la producción del ecosistema. Los organismos disponen de estrategias bioquímicas para conservarlo. Las plantas lo absorben como fosfato inorgánico que luego incorporan una gran cantidad de compuestos y también como fosfatos inorgánicos solubles. Los mismos compuestos fosforados aparecen en los organismos heterótrofos, que toman el fósforo que necesitan de los escalones troficos inferiores. En los vertebrados se deposita en los huesos. Las sustancias de deshecho y los restos orgánicos lo devuelven al medio. Las perdidas de fósforo se producen por el lavado ocasionado por las lluvias y corrientes, asi como por el transporte y deposito en los sedimentos marinos y lacustres. Estos sedimentos son puestos de nuevo en circulación por corrientes ascendentes, el fósforo entra en las cadenas troficas acuáticas y también, de nuevo en las terrestres, al ser consumido los peces por aves o ser capturados para consumo humano.

            7.3 CICLO DEL NITRÓGENO

            Las plantas solo pueden incorporar el nitrógeno que se encuentra en forma de nitratos en el suelo, los organismos heterótrofos asimilan el nitrógeno orgánico, componentes de las proteínas y demás sustancias nitrogenadas, previamente elaborados por los autrótofos. Todos devuelven el nitrógeno al suelo en sus excrementos o , tras su muerte, que origina amoniaco. Otras bacterias, las Nitrificantes, oxidan el amoniaco y lo transforman en nitritos. Continuaran su oxidación hasta convertirse en nitratos.

            7.4 CICLO DEL AZUFRE

            La fuente es el SO4 (2-) inorgánico. Lo absorben las plantas que lo incorporan como -SH y como SO 4(2-) principalmente. Los heterótrofos lo toman de los escalones troficos inferiores.

            Las sustancias de deshecho y los restos de animales y plantas devuelven al medio el azufre orgánico, que es mineralizado por bacterias y hongos, que lo transforman en azufre, en H2S y en sulfuros de hierro. Pueden ser oxidadas de nuevo por acción de microorganismos.

            El carbón y el petróleo contienen cantidades importantes en diversos estados químicos, que se transforma en SO2 y pasa a la atmósfera cuando tales combustibles se queman. Este ciclo ejemplifica como la acción del hombre puede cambiar las condiciones ecológicas, ya que el ácido sulfúrico es el causante, junto con el ácido nítrico, de la lluvia ácida, de acción devastadora sobre bosques y ecosistemas lacustres. El ácido sulfúrico se genera a partir de SO2 atmosférico mediante un proceso de oxidación.