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7/31/2019 Ecologa de ecosistemas
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EcosistemasUn ecosistema es un conjunto de organismos y su
ambiente fsico, que interactan mediante un flujode energa de una sola va y un proceso de reciclajede nutrientes
Es un sistema abierto: Se mantiene por entradas permanentes de energay nutrientes
http://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/ecologia/
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EcosistemasIntegrantes del ecosistema:- Productores primarios (auttrofos: plantas, algas, cianobacterias)
- Obtienen energa de fuentes abiticas (gen. luz solar)- Sintetizan compuestos orgnicos a partir de CO2 y H2O
- Consumidores (hetertrofos)- Obtienen energa y compuestos orgnicos de fuentes
orgnicas- Carnvoros, herbvoros, parsitos y omnvoros- Detritvoros: se alimentan de partculas pequeas de materia
orgnica (detritos). Ejs., lombrices de tierra, cangrejos,langostas, poliquetos, etc.
- Descomponedores: se alimentan de desechosorgnicos, quemetabolizan y reducen a molculas pequeas, que son comolos bloques necesarios para construir molculas biolgicascomplejas. Ejs. bacterias y hongos
Filamentos de un hongo sobre un insecto
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Energa y nutrientes
La energa fluye en una sola direccin- Los productores captan energa solar y la convierten en
energa qumica (molculas orgnicas) mediantefotosntesis- Reacciones metablicas rompen los enlaces de las
molculas orgnicas (respiracin aerobia). En elproceso se libera calor, que no se recicla
Los nutrientes se reciclan- Los productores toman compuestos inorgnicos del
ambiente, mientras los descomponedores los hacen
regresar al ambiente
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Entrada deenerga,
principalmentedel sol
A Energa del ambientefluye a travs deproductores, despushacia consumidores.Toda la energa queentr en el ecosistemaeventualmente lo aban-dona, principalmentecomo calor
PRODUCTORES
plantas y otrosorganismos auttrofos
Ciclo denutrientes
B Los productores
y consumidoresconcentran nutrientesen sus tejidos. Algunosnutrientes liberados pordescomposicin serecuperan al serreciclados hacia los
productores
CONSUMIDORESanimales, muchos
hongos, muchos protistas,bacterias
Escape de energa, princip. calor
Modelo de un ecosistema terrestre
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Estructura trfica de los ecosistemas
Niveles trficos (griego , trophs, alimento)- Jerarqua de relaciones alimenticias, en la que se transfiere
energa cuando un organismo se alimenta de otro- Cada nivel trfico es un nmero de transferencias ms all de la
entrada de energa original en el sistema
Cadena alimenticia (= cadena trfica)
- Secuencia de pasos en la que parte de la energa captada por losproductores primarios se transfiere a organismos ubicados enniveles trficos sucesivamente ms altos
- Los omnvoros (latn omnis, todo, y voro, devorar) se alimentan en
varios niveles trficos
Las cadenas alimenticias forman un retculo ms o menoscomplejo (dependiendo del ecosistema) como redesalimenticias (= redes trficas)
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Cadenas y redes alimenticias
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Redes alimenticias
Numerosas cadenas alimenticias interconectadas.Incluye cadenas alimenticias de herbvoros (pastoreo)y detritvoros
Cadenas alimenticias de herbvoros (pastoreo)Energa almacenada en productores fluye hacia
herbvoros; en general animales relativamentegrandes
Cadenas alimenticias de detritvoros
Energa de los productores fluye haciadescomponedores y detritvoros, queson organismos relativ. pequeos
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Longitud de las cadenas alimenticias
Prdidas acumulativas de energa por transferencia deenerga entre niveles trficos limitan la longitud de lascadenas alimenticias a cuatro o cinco niveles trficos
- Las cadenas alimenticias tienden a ser ms cortas enhbitats variables, ms largas en hbitats estables(ecosistemas inalterados)
- Redes alimenticias con ms carnvoros tienen menos
conexiones; los herbvoros establecen ms conexiones
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Flujo de energa en los ecosistemas
Los productores primarios captan energa y asimilan
nutrientes, que se desplazan a otros niveles trficos
Produccin primaria- Captacin y almacenamiento eficientes de energa por
los productores- Produccin primaria bruta: cantidad de energa captada- Produccin primaria neta: cantidad usada para crecer
(biomasa)
Descomponedores
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Pirmides ecolgicas
Una pirmide debiomasa representa el
peso seco (biomasa) de los organismosen cada nivel trfico de un ecosistema
- La mayor proporcin gen. es de
productores (pirmide con base ancha)
- La pirmide de ciertos sistemasacuticos es invertida. Por ej. en
ocanos los productores primarios(fitoplancton) son protistas unicelularescon reproduccin rpida y sonconsumidos rpidamente pororganismos con biomasa mayor(zooplancton y fauna marina)
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carnvoros superiores(peces grandes)
carnvoros (peces mspequeos, invertebrados)
herbvoros (peces
herbvoros, invertebra-dos, tortugas)
productores (algas yplantas acuticas)
detritvoros (cangrejos de ro) ydescomponedores (bacterias)
Pirmide de biomasa: Un ecosistema acutico de agua dulce en Florida
biomasa en g/m2
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PirmideenergticaIlustra la energa que entra en cada nivel trfico de un ecosistema.La mayor proporcin siempre es de productores
Cuadros verdes: Energa que aprovecha cada nivel trfico. Por ej., la cantidad queaprovechan los herbvoros cuando ingieren un gramo de material orgnico de organismosfotosintticos. Cada cantidad subsiguiente (hacia la cspide) es la energa que se obtiene
por cada gramo de material orgnico del nivel subyacente. Los detritvoros aprovechan ca.57% de la energa que obtienen los organismos productores.
(Herbvoros que se
http://www.biocab.org/Piramide_de_Energ_a.jpghttp://www.biocab.org/Piramide_de_Energ_a.jpg7/31/2019 Ecologa de ecosistemas
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Eficiencia ecolgica
Entre 5 y 30% de energa almacenada en tejidos deorganismos de un nivel trfico pasa a tejidos deorganismos del siguiente nivel trfico- Parte de la energa se pierde en forma de calor- Parte de la biomasa no se digiere. Ej., huesos, pelo y
madera
La eficiencia de la transferencia energtica tiende a sermayor en sistemas acuticos: hay menos lignina (lasalgas se digieren ms fcilmente); hay ms ectoter-mos (pierden menos energa en forma de calor)
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Ciclos biogeoqumicos
En un ciclobiogeoqumico, un elemento esencial sedesplaza desde reservorios ambientales abiticoshacia organismos vivos; despus regresa a losreservorios
- Elementos esenciales para seres vivos (nutrientes):oxgeno, hidrgeno, carbono, nitrgeno y fsforo
- Los nutrientes se desplazan de reservorios inorgnicos(rocas, sedimentos, agua, atmsfera) a sistemas vivospor accin de los productores primarios
- Los organismos fotosintticos asimilan iones disueltosy CO2; ciertas bacterias fijan N2
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Atmsfera
Organismos vivos
Rocas ysedimentos
Agua demar yaguadulce
Reservorios abiticosdel ambiente
Biogeochemical Cycles
Un nutriente se desplaza entre reservorios abiticos del ambiente y entra ysale de la parte bitica del ecosistema. La proporcin de nutrientes enreservorios ambientales es mucho mayor que en organismos vivos
Ciclo biogeoqumico generalizado
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Ciclo del aguaOcurre en escala planetaria
- El agua se desplaza lentamente desde los ocanos (reservorioprincipal) a travs de la atmsfera (por evaporacin y transpira-cin) hacia la tierra (por condensacin y precipitacin). Despusregresa a los ocanos y a los acuferos terrestres
Cmo y hacia dnde se desplaza el agua- Cuenca hidrogrfica
- rea desde la cual drena toda la precipitacin hacia un caucenico
- Manto acufero- Agua que forma reservas en el suelo y en acuferos (capas de
roca permeable que almacenan agua)- Escorrenta
- Agua que fluye desde suelos saturados hacia los cauces
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atmsfera
vapor de agua desplazadopor viento 40 000
precipitacinhacia tierra111 000
evaporacin desdeplantas terrestres
(transpiracin)
71 000
Evaporacin deocanos 425 000
precipitacinhacia ocanos
385 000 flujo de aguasuperficial ysubterrnea
40 000
ocano tierra
Ciclo del agua
Las flechas indican la direccin del agua. Los nmeros revelan las cantidades
de agua desplazadas en kilmetros cbicos por ao
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Reservas ambientales de aguaPrincipales reservas Volumen (103 kilmetros cbicos)
Ocanos 1 370 000
Hielo polar, glaciares 29 000Mantos acuferos 4000
Lagos, ros 230
Humedad del suelo 67
Atmsfera (vapor de agua) 14
Laguna Botos en Costa Rica,un antiguo crter volcnico
con agua de origen pluvial
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La crisis del agua en el mundo
Abunda el agua salada, pero el agua dulce es relativamenteescasa, especialmente el agua potable
- Dos tercios del agua dulce se usan en agricultura
Salinizacin
- El agua usada para irrigacin puede daar el suelo poracumulacin progresiva de sales minerales- El crecimiento de plantas se hace lento; la produccin se reduce;
los terrenos de cultivo se abandonan
Los acuferos se estn contaminando por lixiviacin y se estnagotando en regiones ridas del planeta, sobre todo donde seusa ms agua que la que los procesos naturales puedenreponer en un perodo determinado.
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Desalinizacin de agua de mar
Parece la solucin lgica a la crisis del agua, porque abunda el
agua salada y existe la tecnologa necesaria para desalinizar.
Sin embargo:
- El proceso requiere de gran cantidad de combustible fsil- Se hace principalmente en pases rabes, desrticos, con grandes
reservas de combustible y poblaciones relativamente pequeas
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Ciclo del carbono
El carbono se desplaza por todas las redes alimenticias,hacia y desde sus reservorios principales
- Corteza terrestre: 66 a 100 millones de gigatoneladas
(1 gigaton. = mil millones de ton.)- Ocanos: 38 000 a 40 000 gigaton.- Reservas de combustible fsil: 4000 gigaton.
- Detritos en suelo: 1500 a 1600 gigaton.- Aire: 766 gigaton. (> como CO2)- Biomasa: 540 a 610 gigaton.
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Desplazamiento del carbono
La mayor parte del ciclo anual del carbono ocurre entrelos ocanos y la atmsfera- Parte del CO2 en aguas superficiales se convierte en
bicarbonato (ciclo de carbono-oxgeno) y las corrientesocenicas lo llevan a los reservorios del fondo marino
Fotosntesis, respiracin aerobia, descomposicin yformacin de sedimentos de carbonato contribuyen enel ciclo del carbono
Alt i d l i l d l b
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Alteracin del ciclo del carbonopor actividades humanas
Cada ao se extraen 4 a 5 gigatoneladas decombustible fsil de reservorios; se lanzan a la
atmsfera 6 gigatoneladas ms de carbono delo que los procesos naturales pueden reciclarhacia los reservorios ocenicos
El exceso de CO2 que llega a la atmsfera puedeser un factor crtico en el cambio climticomundial
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Ciclo del carbonoluz solar
fotosntesis
organismos endescomposicin
carbnorgnico
ciclo del CO2
respiracin de animales y plantas
organismos muertos yproductos de desecho
fsiles y combustibles fsiles
emisiones de autos y fbricas
elevacin deocanos
Gases de efecto invernadero y calentamiento global
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Gases de efecto invernadero y calentamiento global
Efecto invernadero- Radiacin solar es absorbida por la superficie de la tierra y reflejada como
calor- Los gases de la atmsfera superior atrapan calor como un invernadero y
lo reflejan a la Tierra- Gases de efecto invernadero: CO2, agua, xidos de nitrgeno, metano y
clorofluorocarbonos (CFC)
La radiacin solar penetraen la atmsfera inferior ycalienta la superficie de laTierra
La superficie caliente irradia calor (radiacininfrarroja) de nuevo hacia el espacio. Losgases de efecto invernadero absorben partede la energa infrarroja y despus emiten
parte de ella de regreso a la Tierra
El aumento de la concentracin de gases de efectoinvernadero atrapa ms calor cerca de la superficiede la Tierra. La temperatura de la superficie del maraumenta, de modo que se evapora ms agua hacia la
atmsfera. La temperatura de la superficie de laTierra se eleva
Observaciones atmosfricas
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Observaciones atmosfricasEl CO2 atmosfrico flucta anualmente segn la intensidad del
proceso de fotosntesis
Concentraciones promedio de CO2 y otros gases de efectoinvernadero estn aumentando
Ciertas actividades humanas, principalmente la combustin depetrleo, aumentan los gases de efecto invernadero
Calentamiento global- Aumento de temperatura a largo plazo cerca de la superficie
de la Tierra. En los ltimos 30 aos se aceler: ca. 1,8 Cpor siglo
- Ms perceptible en las latitudes superiores del hemisferionorte
- Fundicin de glaciares y elevacin del nivel de los ocanos- Alteracin de los patrones globales de precipitacin, sequas e
inundaciones, huracanes ms fuertes
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Calentamiento global
Temperatura superficial ocenica promediada globalmente, segn tres centrosde datos: UK Met Office (UKMO, azul), US National Center for Environmental
Prediction (NCEP, negro) y US National Climatic Data Center (NCDC, rojo).
Des-via-cin dela tem-
pera-turaprome-dio,1861-1990(C)
Renate Schubert et al. 2006.The Future Oceans Warming Up, Rising High,Turning Sour. German Advisory Council on Global Change (WBGU). SpecialReport. Berlin
Ao
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Calentamiento global
Mediciones de CO2 en el Observatorio de Mauna Loa, Hawai(negro) graficadas con la temperatura superficial globaldesde 1995 (rojo) tomada del Hadley Centrey ClimaticResearch Unitde la Universidad de East Anglia, Inglaterra.
Datos de investigadores australianos: La concentracin de CO2 atmosfrico estaumentando claramente, pero no as la temperatura global. Sin embargo, el perodo
comparado es muy breve, de modo que no puede ser conclusivo
Con-cen-tra-cinde CO2(ppmv)
Cam-bio enla tem-
pera-tura delaire (C)
Ao
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Calentamiento global
Fotos satelitales de la cobertura de hielo del rtico.(a) Septiembre de 1979(b) Septiembre de 2005. Fuente: NASA, 2005
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Calentamiento global
A) Extensin del rea de hielo derretido en Groenlandia segn datos satelitales. Semuestran dos aos extremos: 1992 (despus de la erupcin del Volcn Pinatubo,Filipinas) y 2005. B) Situacin mundial a lo largo del tiempo. Fuente: Steffen & Huff,
2005
A B
rea derretida
Ao
readerre-tida,abril-sept.,millo-nesdekm2
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Reduccin de la cobertura de hielo en la Antrtida
Capa de hielo Larsen B. Fotos satelitales de 31 de enero (a) y 5 de marzo de 2002 (b).
Cerca de 720 mil millones de toneladas de hielo se desprendieron de esta
superficie y formaron miles de tmpanos flotantes (icebergs).
ca. 50 km
Elevacin del nivel de los ocanos registrada por satlites (curva superior con
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Elevacin del nivel de los ocanos registrada por satlites (curva superior contendencia lineal), con proyecciones del Intergovernmental Panel on ClimateChange(IPCC) y su mbito de incertidumbre. Fuente: Cazenave & Nerem,2004.
Ele-va-cindelniveldelosoc-anos(cm)
Ao
Mediciones satelitales
Tendencia
Escenarios del IPCC
mbito de incertidumbre para losescenarios del IPCC
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Ciclo del nitrgeno
El nitrgeno gaseoso (N2) constituye ca.80% de la atmsfera inferior- La mayora de organismos no
pueden usar nitrgeno gaseoso
El ciclo empieza con la fijacin denitrgeno- En el aire, bacterias fijadoras de
nitrgeno convierten N2 enamoniaco (NH3), despus enamonio (NH4+) y nitrato (NO3-),que las plantas fcilmente puedenasimilar y metabolizar
Ot f t d it l i t
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Otras fuentes de nitrgeno en los ecosistemas
AmonificacinCuando degradan desechos ricos en nitrgeno, bacterias y hongos
ponen ms amonio a disposicin de las plantasNitrificacin
Las bacterias convierten el amonio en nitrito (NO2-) y despus ennitrato, que las plantas pueden absorber fcilmente
Prdida de nitrgeno en ecosistemas
DesnitrificacinBacterias desnitrificadoras conviertennitrato o nitrito en nitrgeno gaseoso (N2) o dixido de nitrgeno (NO2).
Amonio, nitrito y nitrato tambin se pierden de ecosistemas
terrestres por escorrenta y lixiviacin
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Alteracin del ciclo del nitrgeno
Ciertas actividades humanas pueden alterar este ciclo
La deforestacin y la expansin de la frontera agrcolaprovocan prdida de nitrgeno- La destruccin de plantas aumenta la erosin y la
lixiviacin
Los fertilizantes sintticos con amonio aumentan laacidez del suelo y favorecen el intercambio inico- Iones de calcio y magnesio se pierden por escorrenta
La combustin de petrleo libera xidos de nitrgeno,que favorecen el calentamiento global y la lluvia cida
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xidos de nitrgeno: contaminacin atmosfrica
Lluvia cida, corrosin de monumentos, Waldsterben(muerte de bosques): enzonas templadas los vientos arrastran los xidos desde zonas industrialeshasta los bosques; los rboles pierden hojas y micorrizas y mueren.
Ciclo del fsforo
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Ciclo del fsforoEs un ciclo sedimentario que desplaza fsforo desde el
reservorio principal (la corteza de la Tierra) hasta
suelos y sedimentos, hbitats acuticos y cuerpos deorganismos vivos
Fosfato y ciclo del fsforo
- En las rocas el fsforo est principalmente en forma de fosfato(PO43-)- El agua transporta el fosfato en los ecosistemas
- El fsforo es un factor limitante del crecimiento de las plantas
- Las plantas lo asimilan slo en forma ionizada- Se requiere para sintetizar ATP, fosfolpidos y cidosnucleicos
- Se agota cuando los bosques se transforman en terrenos decultivo
Ciclo del fsforo
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minera fertilizantes
excrecin guanoagricultura
captacin porauttrofos
meteorizacin captacin porauttrofos
redestrficasmarinas
disuelto enagua deocanos
disuelto en aguade suelos, lagos
y ros
redestrficas
terrestres
lixiviacin,escorrenta
muerte,descomposicin
muerte,descomposicin
sedimentacin precipitacinmeteorizacin
afloramiento entiempo geolgico
sedimentos marinos rocas
Ciclo del fsforo
El fsforo se desplaza principalmente como iones fosfato (PO43) hacia los ocanos. Llega alfitoplancton de las redes trficas marinas, despus pasa a los peces que comen plancton. Lasaves marinas comen peces y sus deposiciones (guano) se acumulan en islas y litoralescontinentales (por ej. en Per). El guano se recolecta y se usa como fertilizante rico en fosfato.
E t fi i
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EutroficacinEnriquecimiento nutritivo de un ecosistema que
normalmente es bajo en nutrientes- Generalmente ocurre por contaminacin con
escorrenta o desechos de terrenos agrcolas oindustriales
- Implica que en poco tiempo hay demasiados nutrientesen un ecosistema
- La eutroficacin de un lago provoca crecimiento
excesivo de algas, agotamiento de oxgeno y muertede peces- A menudo el fsforo es el factorlimitante en ecosistemas acuticos
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