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Tema 5 de Ciencias de la Tierra y Medioambientales 2º de Bachillerato.
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TEMA 5
ORGANIZACIÓN Y DIVERSIDAD DE LA BIOSFERA
ECOSISTEMA
Un ecosistema es un sistema formado por la interacción entre una biocenosis y unos factores físicos del medio o biotopo.
BIOTOPO
Se compone de un medio físico y unos factores del medio ( Factores abióticos) MEDIO FÍSICO: Es el lugar donde los seres vivos
desarrollan sus funciones vitales. Básicamente hay dos tipos de medios: líquido y gaseoso y ambos tienen un límite inferior sólido sobre el que se sustentan los organismos.
FACTORES ABIÓTICOS: Son las características fisicoquímicas del medio ambiente. Cada medio tiene unas características propias y otras más generales: temperatura, luz, humedad, composición química, salinidad, presión..
BIOCENOSIS
Está formada por los seres vivos y las relaciones que existen entre ellos. Los seres vivos no viven solos ni aislados sino que se agrupan formando poblaciones de la misma especie y comunidades junto con otras especies. FACTORES BIÓTICOS: Son las relaciones que existen entre
los diferentes seres vivos. Pueden ser de dos tipos: Intraespecíficas, cuando se producen entre individuos de la
misma especie. Interespecíficas cuando se producen entre individuos de las
diferentes especies que habitan en el ecosistema.
AUTORREGULACIÓN DEL ECOSISTEMA
Los ecosistemas son normalmente cerrados para la materia, aunque abiertos para la energía, son capaces de autorregularse y permanecer en equilibrio dinámico a lo largo del tiempo.
Un ejemplo de ecosistema autorregulado lo constituiría un acuario, en cuyo interior tuviésemos una sencilla cadena trófica.
Al introducir una nueva especie el equilibrio del ecosistema se vería alterado.
Imagina un ecosistema cerrado: el acuario
Tres eslabones: productores, herbívoros y carnívoros
Bacterias descomponedoras
reciclan los nutrientes Los bucles de realimentación
negativa estabilizan el sistema
Si sólo existieran algas
Crecimiento exponencial de la población Escasez de nutrientes Factores limitantes Extinción
El papel de los herbívoros
Evitan el crecimiento exponencial del alga
Rejuvenecen la población de algas al incrementar su tasa de renovación
Enriquecen el medio en nutrientes, a través del bucle de descomponedores
El ecosistema es capaz de
autorregularse y permanecer en
equilibrio dinámico a lo
largo del tiempo
Si introducimos un pez rompemos el equilibrio,
habría que añadir comida y oxígeno
ECOLOGÍA DE POBLACIONES
Las poblaciones están constituidas por el conjunto de individuos de la misma especie que vive en un lugar determinado.
La población presenta unas características exclusivas, tasa de natalidad (TN) y mortalidad (TM), potencial biótico (r=TN-TM), forma de crecimiento, organización en el espacio…
La ecología de poblaciones estudia los factores que regulan las poblaciones, así como su dinámica y evolución a lo largo del tiempo.
CRECIMIENTO DE UNA POBLACIÓN
El tamaño de una población depende de: Potencial biótico (r) o capacidad para
reproducirse a un cierto ritmo (TN-TM) que es una característica inherente a cada población
Resistencia ambiental o conjunto de factores extrínsecos (bióticos i abióticos) que frenan su crecimiento.
POTENCIAL BIÓTICO
El crecimiento anual de la población se determina por la fórmula:
TMNTNNNN tttt •• −+=+1
)1(1 rNN tt +=+
El potencial biótico es máximo cuando las condiciones son óptimas para la población sin que ningún factor limite su crecimiento.
Se obtiene una curva exponencial o en J de crecimiento ilimitado.
En condiciones reales el crecimiento de la población se ve limitado, apareciendo curvas de crecimiento sigmoidal o en S.
Se observan las siguientes fases:
Fase de latencia Fase exponencial Fase estacionaria
AUTORREGULACIÓN DE LA POBLACIÓN
Población es el conjunto de individuos de la misma especie de un ecosistema
El estado estacionario es un equilibrio dinámico que se manifiesta por fluctuaciones en el nº de individuos en torno al límite de carga
Cuando el potencial biótico ( r= TN – TM) es máximo, el crecimiento es exponencial
Con el tiempo el crecimiento se ve limitado por la resistencia ambiental que refuerza el bucle de realimentación negativa de las defunciones, dando lugar a curvas logísticas
RESISTENCIA AMBIENTAL
La resistencia ambiental está marcada por una serie de factores que impiden que la población alcance su máximo potencial biótico: Factores externos: bióticos (depredadores,
parásitos, competidores), abióticos (cambios clima, catástrofes, escasez alimentos agua etc.)
Factores internos: densidad elevada provoca un descenso de la reproducción (competencia, emigración..)
LA RESISTENCIA AMBIENTAL Y EL POTENCIAL BIÓTICO
POBLACIÓN
r
+
TN + TM -
RA
+
- +
- -
ESTRATEGIA DE LA REPRODUCCIÓN
Existen dos estrategias de reproducción en función del potencial biótico: r estrategas: Especies oportunistas. Tienen un
potencial biótico muy elevado (TN), invierten en un número elevado de crías, de las que pocas llegarán a adultas (no cuidan de las crías).
K estrategas: Especies de equilibrio. Tienen baja TN, pocos descendientes pero también una baja TM (cuidan de los descendientes).
r estrategas K estrategas
¿En cual de los dos grupos incluirías a estas especies?
r-estrategas: mariposa, boquerón, conejo, cucaracha.
k-estrategas: tiburón, mono, encina.
VALENCIA ECOLÓGICA Campo o intervalo de tolerancia de una especie
respecto a un factor cualquiera del medio, que actúa como factor limitante.
Eurioicas: Poco exigentes respecto a los valores de un factor ecológico. Tienen un límite de tolerancia grande. Suelen ser generalistas (oportunistas) y r estrategas.
Estenoicas: Muy exigentes respecto a los valores de un determinado factor. Suelen ser k estrategas y especialistas.
Desde el punto de vista de la amplitud ecológica existen dos tipos de especies:
ESTRUCTURA Y DINÁMICA DE LAS COMUNIDADES
Las poblaciones se relacionan entre ellas, estas interacciones actúan como factores limitantes bióticos: Relaciones interespecíficas: depredación,
parasitismo, comensalismo, mutualismo y competencia.
Relaciones intraespecíficas: cooperación y competencia.
AUTORREGULACIÓN DE LA COMUNIDAD
Esto determina la evolución
simultánea de todas ellas
Las interacciones actúan como
factores limitantes bióticos
Las poblaciones que coexisten en
un ecosistema interaccionan entre sí
Permitir la existencia de unas en detrimento de otras contribuye
a la estabilidad del conjunto
Las poblaciones se relacionan unas con otras constituyendo la biocenosis
RELACIONES INTERESPECÍFICAS
MODELO DEPREDADOR-PRESA Por medio de la teoría de sistemas podemos explicar el comportamiento de las poblaciones. Se basa en un bucle de realimentación negativo.
La gráfica presenta una serie de fluctuaciones. Entre una y otra oscilación se observa una diferencia temporal.
En 1925 y 1926 los matemáticos Volterra y Lotka propusieron un conjunto de ecuaciones que reflejaban las fluctuaciones de las poblaciones de depredador y su presa a lo largo del tiempo
Espacio de fases Gráfica en la que eliminamos el tiempo y representamos presas y predadores.
Se obtiene una gráfica circular donde se observa el número de predadores en función del número
de presas.
PARASITISMO
Relación binaria, en la que el parásito sale beneficiado y el hospedante perjudicado.
Varias clases: endoparasitismo y ectoparasitismo. Parásitos estrictos y facultativos
El parásito no provoca la muerte del huesped a corto plazo: “El parásito vive de los intereses y el predador del capital”.
Coevolución parásito y hospedante.
PARASITISMO
PARASITISMO
MUTUALISMO
Relación binaria en que los dos individuos salen beneficiados.
MUTUALISMO
SIMBIOSIS
COMENSALISMO
COMENSALISMO
INQUILINISMO
AMENSALISMO
INTERACCIONES INTERESPECÍFICAS TIPO DE
INTERACCIÓN
Especies A B
Naturaleza de la interacción
Depredación
+ -
A consume y mata a B
Parasitismo
+ -
A se alimenta de B sin matarlo
Comensalismo + 0 A se beneficia y a B le es
indiferente
Mutualismo, simbiosis o cooperación
+ +
La interacción es favorable a A y B
Competencia - -
A y B se inhiben mutuamente cuando utilizan un recurso común. Terminan por separarse en el espacio o en el tiempo.
EJEMPLOS
INQUILINISMO
MUTUALISMO
MUTUALISMO
COMPETENCIA
COMPETENCIA
Relación entre individuos que al utilizar el mismo recurso no pueden coexistir. Terminan por separarse en el espacio o en el tiempo.
Puede ser interespecífica o intraespecífica, en este caso actúa como mecanismo para la selección natural.
COMPETENCIA
PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN COMPETITIVA
Si dos especies compiten por un mismo recurso que sea limitado, una será más eficiente que la otra en utilizar o controlar el acceso a dicho recurso y eliminará a la otra en aquellas situaciones en las que puedan aparecer juntas. (G.F. Gause)
“Dos especies no pueden ocupar simultáneamente y de forma permanente un mismo nicho ecológico”.
Curvas de crecimiento por separado y en población mixta de dos especies cultivadas en laboratorio de protozoos.
NICHO ECOLÓGICO
Diferenciar hábitat (espacio físico que reúne las condiciones físico-químicas adecuadas para que una especie pueda vivir) de nicho.
Es el conjunto de circunstancias, relaciones con el ambiente, conexiones tróficas y funciones ecológicas que definen el papel desempeñado por una especie en un ecosistema. Nicho potencial (ideal o fisiológico): Es aquel que satisface
todas las necesidades de una especie. No se alcanza en ambientes naturales.
Nicho ecológico (real). Es el ocupado en condiciones naturales. La competencia supone que existe solapamiento de nichos entre sp.
Puede ser útil considerar al hábitat como la dirección de un organismo (donde vive) y al nicho ecológico como su profesión (lo que hace biológicamente).
El nicho ecológico no es un espacio demarcado físicamente, sino una abstracción que comprende todos los factores físicos, químicos, fisiológicos y bióticos que necesita un organismo para vivir.
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Tres especies de garzas comparten un mismo hábitat, pero tienen distinto nicho ecológico. Anidan en distinto sitio, se alimentan de presas diferentes, su actividad no es la misma…..
Una sola especie puede ocupar diferentes nichos en distintas regiones, en función de factores como el alimento disponible y el número de competidores.
Algunos organismos, por ejemplo, los animales con distintas fases en su ciclo vital, ocupan sucesivamente nichos diferentes:
Un renacuajo es un consumidor primario, que se alimenta de plantas, pero la rana adulta es un consumidor secundario y digiere insectos y otros animales.
En contraste, tortugas jóvenes de río son consumidores secundarios, comen caracoles, gusanos e insectos, mientras que las tortugas adultas son consumidores primarios y se alimentan de plantas verdes como apio acuático.
Existen especies muy próximas que ocupan nichos ecológicos distintos (murciélagos de América central) y otras especies que ocupan nichos equivalentes en zonas geográficas alejadas para evitar la competencia (canguro, bisonte, vaca…).
A estos últimos tipos de especies se les denomina VICARIAS.
El concepto de nicho deriva de la competencia entre las especies, ya que si dos de ellas tienen el mismo oficio en el ecosistema, es decir, el mismo nicho ecológico, competirán entre sí y una de las dos especies quedará excluida.
U Distinto nicho ecológico, mismo hábitat
Distinto hábitat, mismo nicho ecológico.
Mismo nicho ecológico, distinto hábitat.
Mismo hábitat, distinto nicho ecológico.
RELACIONES INTRAESPECÍFICAS
Competencia Territorialidad Cooperación:
Asociaciones familiares Asociaciones gregarias Asociaciones coloniales Asociaciones estatales
Pueden ser beneficiosas si facilitan protección, la obtención de alimento, la reproducción.. o perjudiciales si originan la competencia por un determinado recurso:
COMPETENCIA
TERRITORIALIDAD
ASOCIACIONES
BIODIVERSIDAD
Tradicionalmente: riqueza de especies de un ecosistema y abundancia relativa de individuos de cada especie.
Su uso se generaliza con la firma del Convenio sobre la Biodiversidad en la Conferencia de Río:
1º Variedad de especies. 2º Diversidad de ecosistemas. 3º Diversidad genética.
ÍNDICE DE EXTINCIÓN
Se ha extinguido una especie cada 500 - 1000 años
PERDIDA DE LA BIODIVERSIDAD
Actualmente la biodiversidad se encuentra en un punto máximo.
La biodiversidad varia latitudinalmente, siendo máxima en los trópicos y mínima en los polos.
Es un recurso muy valioso, aprovechable para el descubrimiento de nuevas sustancias farmacéuticas y también como riqueza genética de “genes silvestres”.
ÍNDICE DE PLANETA VIVIENTE
Es un indicador de presión ambiental establecido por el PNUMA y el WWF. Mide el grado de pérdida de biodiversidad.
Elaborado a partir de las tasas de extinción de determinadas especies en tres ecosistemas representativos terrestres. La tendencia es descendente.
Especies de vertebrados amenazadas mundialmente, por región Mamíferos Aves Reptiles Anfibios Peces Total
África 294 217 47 17 148 723
Asia y el Pacífico
526 523 106 67 247 1 469
Europa 82 54 31 10 83 260
América Latina y el Caribe
275 361 77 28 132 873
América de Norte
51 50 27 24 117 269
Asia Occidental
0 24 30 8 9 71
Polar 0 6 7 0 1 14
Nota: Entre las ‘Especies Amenazadas’ se incluyen las clasificadas por la UICN en 2000 como en peligro crítico, en peligro, y vulnerables (Hilton-Taylor 2000).La suma de los totales de cada región no da el total global porque una especie puede estar amenazada en más de una región. Fuente: recopilación a partir de la base de datos Lista Roja de UICN (Hilton-Taylor 2000) y de la base de datos sobre especies del PNUMA-WCMC (UNEP-WCMC 2001a).
CAUSAS DE LA PÉRDIDA DE BIODIVERSIDAD
Los desencadenantes son el aumento de la población humana unido al incremento de la cantidad de recursos naturales utilizados: Contaminación, destrucción o
fragmentación de hábitats. Sobreexplotación de especies Introducción de especies extrañas.
CAUSAS DE LA PÉRDIDA DE BIODIVERSIDAD
Sobreexplotación de los recursos
Alteración y destrucción de hábitats
Introducción de especies
Caza y pesca Coleccionismo Comercio ilegal de especies protegidas
Cambios en los usos del suelo. Deforestación. Sobrepastoreo. Fragmentación por obras públicas. Contaminación de aguas y aire. Cambio climático. Incendios forestales.
Introducción de especies foráneas sustitución de especies naturales por otras artificiales
Semillas Animales domésticos
IMPORTANCIA DE LA BIODIVERSIDAD
Numerosos datos justifican la necesidad de preservar la biodiversidad: Estabilidad y dinamismo de los ecosistemas. Alimentación Obtención de fármacos Conservación del patrimonio genético.
ALIMENTACIÓN
Decenas de razas de ganado y miles de variedades de plantas cultivadas se pierden cada año en todo el mundo.
30 cultivos proporcionan el 95% de nuestra dieta. 12 de ellos representan el 70% de ella. Arroz, maíz, trigo y patatas cubren más de la mitad de
nuestra dieta. 30 especies de aves y mamíferos domésticos
proporcionan el 90% de los alimentos de origen animal que consumen los humanos.
El avance de una agricultura y ganadería intensivas que favorecen el monocultivo merman nuestro patrimonio genético.
“Todos los países dependen de la diversidad genética de los cultivos del planeta para conseguir la adaptabilidad a los cambios ambientales y climáticos imprevistos, mantener la capacidad de adaptación cuando cambian los sistemas de producción y hacer frente a las necesidades de la población humana en aumento”.
OBTENCIÓN DE FÁRMACOS
Entre 2000 y 2005 se han introducido en el mercado al menos 23 medicamentos procedentes de plantas, organismos marinos o terrestres y microorganismos.
Entre 1981 y 2002 el 28% de todas las nuevas entidades químicas introducidas en el mercado farmacéutico internacional eran productos naturales o derivados directos de estos. Otro 24% eran productos sintéticos que imitaban productos naturales.
Estos datos evidencian el interés en preservar la diversidad biológica como fuente de conocimientos para combatir las enfermedades.
BIOPIRATERÍA
“Acceso y uso irregular o ilegal de componentes de la biodiversidad (recursos biológicos y genéticos especialmente) y de los conocimientos indígenas asociados, especialmente como parte de procesos de investigación y desarrollo y de la aplicación de la biotecnología”
Muchos países tienen poco interés por asegurar un reparto justo de los beneficios que generan los recursos naturales.
MEDIDAS PARA EVITAR LA PERDIDA DE BIODIVERSIDAD
La preservación de la biodiversidad es imprescindible para la consecución del desarrollo sostenible.
MEDIDAS “In situ”
Establecer espacios protegidos. Estudios sobre el estado de los ecosistemas. Legislación sobre preservación. Fomento del ecoturismo.
MEDIDAS “Ex situ”
Convenio CITES (Convenio internacional de especies en peligro)
Bancos de genes y semillas. Planes de investigación.
Estructura de las categorías de listas rojas.
SUCESIÓN ECOLÓGICA Y MADUREZ
Sucesión ecológica: cambios producidos en los ecosistemas a lo largo del tiempo, son sistemas dinámicos.
Madurez ecológica: estado en el que se encuentra un ecosistema en un momento dado del proceso de sucesión ecológica.
Comunidad climax: estado de máxima madurez, al que tienden todos los ecosistemas naturales.
Regresión: Proceso inverso a la sucesión en que se da un rejuvenecimiento o involución del ecosistema.
TIPOS DE SUCESIONES Sucesiones primarias: sucesiones que parten de un
terreno virgen. Sucesiones secundarias. Tienen su comienzo en
lugares que han sufrido una perturbación anterior. Ej. 11 y 12
REGLAS GENERALES EN LAS SUCESIONES
La diversidad aumenta: Alto número de especies. La estabilidad aumenta: Relaciones entre especies
muy fuertes, con muchos circuitos y realimentaciones. Cambio de unas especies por otras: Las especies
oportunistas o generalistas son sustituidas por especialistas.
Aumento del número de nichos. La competencia provoca diversificación.
Evolución de parámetros tróficos: Máxima biomasa Productividad neta decrece con la madurez. Mínima tasa de renovación
REGRESIONES PROVOCADAS POR LA HUMANIDAD
Deforestación: Provocada por la tala y la quema de árboles y por la agricultura mecanizada.
Incendios forestales: El fuego ha sido un factor natural que rejuvenece los bosques templados y los mediterráneos ricos en especies pirófilas.
Introducción de nuevas especies.
PRINCIPALES BIOMAS TERRESTRES
Zona ecuatorial: selva tropical. Trópicos: desiertos. Zona templada: bosque esclerófilo, bosque húmedo y bosque de coníferas según aumenta la latitud. Zona periártica: tundra.
