Ecología y Ecosistemas

Ecología El conjunto de conocimientos referentes a la economía de la naturaleza,

la investigación de todas las relaciones del animal con su medio inorgánico y orgánico, incluyendo sobre todo su relación amistosa y hostil con aquellos animales y plantas con los que se relaciona directa e indirectamente (Haeckel (1870)).

Es el estudio en el tiempo de todas las interrelaciones entre los organismos y el medio o entre los componentes bióticos (con vida) y abióticos (sin vida) de un cierto espacio.

Más sintéticamente, "ecología es la ciencia que estudia los ecosistemas”.

EcosistemasInteracción entre los organismos y su ambiente como un sistema integrado.

Los organismos transforman energía y procesan materiales, a medida que crecen y se reproducen. Al hacerlo modifican las condiciones del ambiente y la cantidad de recursos disponibles para otros organismos. Contribuyen al flujo de la energía y al ciclado de materiales

Es un sistema que posee determinadas condiciones: Posee una determinada fisonomía o estructura distintiva; Posee límites; Tiene componentes bióticos y componentes abióticos; Los componentes bióticos y abióticos interactúan entre sí.

Componentes del ambienteAbióticos: Componentes que no tienen vida, tales como la energía, las rocas y minerales, el agua, los suelos, la atmósfera, y sus procesos de formación e interacciónBióticos: componentes que tienen vida, tales como plantas, animales, bacterias, etc. y sus procesos de relación.

Niveles de Organización BiológicaPoblación InteracciónOrganismo EvoluciónComunidad Recursos

Condiciones

El OrganismoConstituye un sistema jerárquico que interactúa con sistemas que se encuentran en otros niveles* Posee integridad genética* Posee un cuerpo discreto* Posee integridad fisiológicaEstá formado por subsistemas con límites precisos.

Responde como unidad frente a los estímulos del ambiente.

El Tamaño•El tamaño plantea la escala a la que el organismo interactúa con el medio.•El tamaño condiciona la relación del organismo con el medio físico (presión, sustentación).•El tamaño impone diferentes condicionamientos fisiológicos.

El tamaño y los Condicionamientos Fisiológicos

Existe relación entre el tamaño del organismo y las tasas metábólicas, los costos energéticos, consumo de oxígeno, longevidad, pulsaciones por minuto, intercambio calórico.

Los organismos grandes gastan más energía que los pequeños pero La tasa metabólica en relación al peso es negativa.

El Organismo y el AmbienteCondiciones y Recursos

CondicionesFactores abióticos que limitan la distribución y abundancia de los organismos (Radiación, Temperatura, Humedad, pH, Salinidad)

RecursosMaterial de consumo, aunque no sea incorporado como biomasa de él y por el cual se compite (Nutrientes, Compuestos, orgánicos, Micrositios, Áreas de alimentación).

• Todos los organismos interactúan de manera continua con el ambiente.• Las condiciones ambientales varían en el espacio y el tiempo.• La distribución de los organismos es modelada por factores proximales o inmediatos y factores distales o distantes.• Los valores máximos y mínimos de cualquier condición tolerada por el organismo impone el límite de distribución.

La PoblaciónGrupo de individuos de la misma especie más o menos aislados de otros grupos y sujetos a presiones selectivas.

• Es una entidad estructurada en edades o estadios y dinámica porque su densidad cambia en el tiempo.• Tiene una historia de vida sujeta a filtros ambientales.• Sus integrantes se relacionan entre sí y con los individuos de otras poblaciones.•Es un conjunto genéticamente variable y fenotípicamente sometido a selección natural.

Las poblaciones responden a variaciones ambientales debido a que los organismos que la componen son susceptibles a esas variaciones.

Cambia:La estructura etariaLa abundanciaLa composición genéticaLas relaciones interespecíficas

Las herramientas básicas para entender la estructura y la dinámica de la poblaciónDistribución espacial * * * * *** * ** * * * *** * ** * * * *** * ** *

Abundancia:Censo, Frecuencia, Cobertura, Densidad.

Es una entidad estructurada1.-Huevos o semillas2.-Plántulas o recién nacidos3.-Juveniles4.-Adultos reproductivos I5.-Adultos reproductivos II

¿Qué aspectos de la dinámica se deben considerar?* Tasas de natalidad* Tasas de mortalidad* Tasas de crecimiento* Tasas de fecundidadPermiten conocer el nº de individuos en un período de tiempo determinado

Es una entidad dinámicaque puede crecer independiente o dependientemente de su densidad y que interactúa con otras poblaciones

N t+1= Nt + (B+I) – (D+E)Donde N= nº de individuos y t= tiempo

Nacimientos (B), Inmigraciones (I), Emigraciones (E), Muertes (D)

La Comunidad General: al conjunto de especies que interactúan en el espacio y

el tiempo. Gleason (1967): es una asociación fortuita de especies cuyas

adaptaciones les permiten vivir juntas bajo condiciones físicas y biológicas particulares que caracterizan el territorio que ocupan.

Características Diferentes poblaciones que interactúan entre sí y con el

ambiente físico Es una entidad estructurada en niveles tróficos, especies o

grupos funcionales Es una entidad dinámica caracterizada por procesos observables

a diferentes escalas Es una unidad a través de la cual fluye la energía y circula la

materia

COMPONENTE BIÓTICO

• Autótrofos•Especies•Bioformas•Tipos funcionales de plantas (TFPs)

• Heterótrofos y descomponedores•Especies•Grupos funcionales

• Interacciones•Redes tróficas

COMPONENTE ABIÓTICO

•Condiciones y nutrientes

Esa información ¿Cómo medirla?• Riqueza de especies, TFPs o estratos (S)• Diversidad de especies, TFs o estratos:

H = -Σ pi x Ln pi• Curvas de Dominancia-Diversidad• Biomasa (unidad de masa / unidad de área)Las comunidades:

varían en el espacio zonación en el tiempo sucesión

Modelo de Equilibrio (Clements)Sucesión: proceso de cambio gradual y direccional de la estructura en el tiempo.

• La comunidad como un modelo holístico (superorganismo)• La composición de la comunidad cambia en el tiempo de manera predecible• El clima es el factor modelador más importante• Las perturbaciones reinician el proceso• Controlado por mecanismos de facilitación, tolerancia e inhibición• Equilibrio entre Producción Neta, Respiración, Descomposición y Recambio de Especies en el ClímaxLas Comunidades Climax mantienen un doble equilibrio de las especies entre sí y de éstas con las propiedades ambientales; es pues la máxima meta que alcanzan. Los fenómenos de competencia son ínfimos. Se mantiene una armonía óptima con el clima y el suelo

Odum definió la sucesión ecológica como un proceso ordenado de cambios direccionales de la comunidad y por tanto predecibles

• Sucesión primaria y secundaria.• Especies tempranas y tardías.• Patrones de colonización y extinción locales.• Las perturbaciones inician el proceso.

Las relaciones entre las especiesLos componentes biológicos de las comunidades evolucionan y se diversifican

Consumidor RecursoPredador- PresaHerbívoro- PlantaParásito-Huésped

MutualismoTróficosDefensivosDispersivos

Competencia

Interacción entre los componentes bióticos y abióticos

Elementos(a) Un soporte, matriz o espacio físico donde interactúan los elementos del ecosistema.(c) Condiciones físico-químicas ambientales generales.(d) Recursos.(e) Poblaciones de especies vivas.(g) Elementos culturales de las actividades humanas.

Ecosistemas• Son entidades físicas.• Existen en estado de equilibrio.• Evolucionan en el tiempo.• Generan diversidad.

Procesos Ecosistémicos• Transferencia de energía y materiales desde un compartimento a otro del sistema, mediados por organismos vivos

Flujo de energía Ciclo del agua Ciclos de minerales

La Energía de los EcosistemasDe la energía proveniente del sol, el 25% Es reflejada por la atmósfera antes de penetrarla, otro 25% lo absorbe la atmósfera, 45% Es absorbida por la Superficie del Planeta y el restante 5% “rebota”

FotosíntesisReguladores:• Temperatura• Agua• Nutrientes• CO2• Luz

Sol6 CO2 + 6 H2O C 6H12O6 + 6O2

RespiracionC 6H12O6 + O2 CO2 + H2O + energía

Flujo de Energía y Ciclo de Materiales

Asignación de Energía por los VegetalesLos costos metabólicos de la biosíntesis y mantenimiento de los tejidos representan la energía perdida por las vía respiratoria y por lo tanto no disponible para los restantes niveles tróficos.

ProductividadPrimaria Bruta (PPB) La producción primaria bruta de un ecosistema es la energía total fijada obtenida por fotosíntesis por las plantas.

Primaria Neta (PPN) La producción primaria neta es la energía fijada por fotosíntesis menos la energía empleada en la respiración, es decir la producción primaria bruta menos la respiración

Ciclos Biogeoquímicos El ciclado de materiales a escala planetaria es mediado parcialmente por los organismos vivosNitrógeno, Calcio, Magnesio, Carbono, Agua, Fósforo, Azufre, Potasio

Ciclos biogeoquímicos: Intercambio permanente de materiales a través de interfases de diferente naturaleza a lo largo de miles de millones de añosCiclo Ciclo de losHidrológico demás elementos

químicos

Biosfera

Modificación drástica de todoslos ciclos materiales del planeta

Características de los Ciclos BiogeoquímicosIntercambio permanente de materiales a través de interfases de diferente

naturalezaLa circulación y la permanencia en reservorios de los materiales afecta de manera

importante todos los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en el planetaLos CBGQ controlan el flujo de materiales entre la hidrósfera, la atmósfera, la

biósfera y la litósferaLos materiales ingresan a un dado sistema desde las fuentes y lo abandonan a

través de los sumiderosAlgunos componentes ciclan rápidamente, siendo accesibles para los procesos

biológicos (recursos naturales renovables), otros lo hacen a escalas geológicas de tiempoLa biosfera ha modificado intensamente todos los ciclos materiales del planetaEl ciclo del agua moviliza todos los demás ciclos materialesLa energía que moviliza los ciclos proviene mayoritariamente del Sol

Fase Orgánica: los nutrientes pasan rápidamente a través de las comunidades biológicas.Fase Sedimentaria: incluye la interacción con la tierra sólida como las rocas. Esta fase forma parte de los ciclos de todos los elementos y el movimiento dentro y fuera de estas reservas sedimentarias, es en general lento y el resultado natural de las actividades geológicas (volcanes, meteorización, etc.)Fase Atmosférica: forma parte de algunos ciclos, por ejemplo, nitrógeno y carbono, pero no de otros, por ejemplo, fósforo.

Cadenas AlimentariasLa caracterización lineal del flujo químico y de energía a través de los organismos se denomina cadena trófica o alimentaria

Redes AlimentariasConjunto de cadenas alimentarias que operan en el ecosistema

Niveles tróficosEl nivel alimentario o nivel trófico (trofo en griego significa alimento) de un organismo es su posición respecto a la entrada inicial de energía a través de los productores primarios .

Piramides Numericas

Piramides de biomasa

Entender el funcionamiento de los ecosistemas en sus procesos: flujo de energía y ciclo de nutrientes, permitirá mitigar los impactos negativos como enriquecimiento atmosférico de CO2, el aumento de la concentración de compuestos nitrogenados o de fósforo, constituyendo el desafío que hoy enfrentan los científicos del mundo y los responsables de generar e implementar las políticas ambientales.