Tema #1 ESTRUCTURA DE LOS ECOSISTEMAS

I. Ecología

A. Conceptos Básicos

Estudio de las relaciones entre los organismos y el medio en que viven. Diccionario Larousse El término ecología fue utilizado por primera vez por el biólogo alemán Ernst Haeckel en 1869. Deriva de la raíz griega oikos (casa); de aquí que la acepción literal de la ecología es el “estudio del ambiente que rodea a los organismos”. Es así usual definir a la ecología como la ciencia que estudia las interrelaciones entre los organismos y su medio. Podemos mencionar una definición moderna de la ecología como “el estudio de la estructura y función de la naturaleza” (Odum, 1959) o bien como lo expresa Margalef (1962) “es el estudio de las reglas generales que rigen la dinámica y evolución de la comunidad”. Así definida, los límites de la ecología pueden ser considerados en términos del concepto de niveles de organización. Arbitrariamente se reconoce un espectro biológico integrado por diez niveles: protoplasma-células-tejido-órgano-sistema de órganos-organismospoblación-comunidad-ecosistema-biosfera (Odum, 1959). La ecología se relaciona con los cuatro últimos términos, es decir los niveles de organización que se hallan por encima de los organismos. Elementos de ecología. Santiago Raúl Oliver. Capitulo I Ecología es el estudio de las relaciones recíprocas entre los organismos y su medio ambiente. Se ocupa así de casi todos los niveles de organización de la vida sobre la Tierra, desde el animal o el vegetal individuales hasta la comunidad entera de organismos que viven en una región y hasta los efectos sobre dichos organismos, de los factores climáticos e inclusive geológicos que constituyen su alrededor físico. En el sentido último y más amplio, los ecólogos están interesados en “construir una comprensión de la actividad de las cosas vivas en la estructura y la función del universo”. En la práctica, los ecólogos tienden a especializarse, en sus respectivos estudios, en un determinado nivel de organización: el individuo, la población, la comunidad o el ecosistema. Ecología y Biología de las Poblaciones de Emmel. Pag. 2 Ecosistema: Comunidad de los seres vivos cuyos procesos vitales se relacionan entre sí y se desarrollan en función de los factores físicos de un mismo ambiente. Diccionario de la Lengua Española. Vigésima Primera Edición. Es cualquier área de la naturaleza que comprenda organismos vivientes y sustancias inertes actuando recíprocamente para producir un intercambio de materiales entre los elementos vivientes y los inertes. 2 Principales ecosistemas de la biosfera. Sistemas marinos, Sistemas de estuarios, Sistemas de Agua Dulce, Sistemas Terrestres Biodiversidad: Es la variabilidad de organismos vivos de cualquier fuente, incluidos, entre otros, los ecosistemas terrestres y marinos. Se encuentra dentro de cada especie, entre especies y entre ecosistemas. Ley 41. pag.6 Especie: Cada uno de los grupos en que se dividen los géneros y que se componen de individuos que además de los caracteres genéricos, tienen en común otros caracteres para los cuales se asemejan entre si y se distinguen de las demás especies. La especie se subdivide a veces en variedades o razas. Diccionario de la Lengua Española. Real Academia Española. Vigésima Primera Edición Es un grupo de animales o plantas que presentan aislamiento reproductivo; es decir, aquel cuyos miembros forman una población interprocreadora que no se reproduce fuera del grupo. Tratado de Ecologlía. Turk. Turk/Wittes.Wittes. Capítulo 5. pág. 101 Población: Conjunto de organismo de una misma especie que ocupan un área determinada en un momento dado, aunque corrientemente es el término utilizado para designar al conjunto de organismos que ocupan una unidad de espacio. Por ejemplo es posible hablar de la población de pejerrey o de la población planctónica que vive en la laguna Chascomús en una determinada época del año. Son atributos de toda población, su densidad (expresada en individuos por unidad de superficie o volumen), la proporción de nacimientos y la Espacio físico o biotopo Factores Bióticos A B C C Factores Abióticos 3 mortalidad, su estructura por edades, la dispersión y agregación, entre otras. Elementos de Ecología. Santiago Raúl Olivier. Pág. 14 Comunidad Biótica o Biocenosis: Conjunto de animales y vegetales que ocupan un área determinada, se condicionan mutuamente, se mantienen en estado dinámico en virtud de su propia reproducción y sólo dependen del ambiente exterior inanimado, pero no, o de manera no esencial, de organismos ajenos a la biocenosis. (Margalef. 1962). Ejemplos clásicos de comunidades brindan las agua continentales estancadas (charcos, lagunas, lagos) donde los límites se hallan muy bien definidos; en cambio en el ambiente marino resulta mucho más complicado delimitar comunidades, especialmente en el pelagial, donde ocupan inmensas masas de agua de características homogéneas (por ejemplo, las corrientes marinas). El espacio ocupado por una biocenosis recibe la designación de biotopo. Dentro de un biotopo es posible distinguir numerosas “residencias ecológicas” es decir, unidades elementales de espacio, de características ambientales propias, ocupadas por determinados organismos integrantes de la comunidad. Elementos de Ecologia. Santiago Raúl Olivier. Pág. 14 Biotopo (de bios, "vida" y topos, "lugar"), es un área de condiciones ambientales uniformes que provee espacio vital a un conjunto de flora y fauna. El biotopo es casi sinónimo del término hábitat con la diferencia de que hábitat se refiere a las especies o poblaciones mientras que biotopo se refiere a las comunidades biológicas. Un grupo de animales o vegetales con relaciones más o menos estrechas que puedan formar grupos grandes o pequeños, benéficos o dañinos y que están relacionados con el ambiente. Los individuos constituyen poblaciones y las poblaciones forman a su vez las comunidades animales y vegetales. Así pues, la Comunidad biótica es una reunión de poblaciones de diversas especies que viven en una región o en un hábitat particular. Las comunidades tienen una estructura interna y procesos reguladores exactamente iguales que la población y el organismo individual. La palabra comunidad puede comprender agrupaciones bióticas que difieren considerablemente en tamaño, desde los organismos que viven en un tronco en descomposición, hasta la flora y la fauna en un gran bosque. Las comunidades principales son aquellas que, justamente con su hábitat físico, forman ecosistemas más o menos completos y autosuficientes. En semejantes sistemas, la energía solar es el elemento principal o único que se necesita de fuera. Dichas comunidades circundantes, gracias a su tamaño y su nivel de organización suficientes. Las comunidades menores, por otra parte, dependen más o menos de agregaciones de organismos vecinos para el suministro de energía. Ecología y Biología de las Poblaciones. Emmel. Interamerican. Capítulo 6. La Ecología de las Comunidades 4 Contaminación: Consiste en el deterioro de la calidad del ambiente, debido a la introducción de impurezas. Tratado de Ecología, Turk, Turk/Wittres.Wittes. pág. 2 Ambiente Conjunto de circunstancias físicas (o factores físicos) que rodean a los seres vivos. Este concepto puede extenderse más allá de los factores del medio natural, para incluir también las circunstancias sociales, culturales y económicas de los grupos humanos, lo que amplía el significado de la definición original, y al mismo tiempo, la hace más flexible. En este sentido el ambiente abarcaría a todos los sistemas en los que es posible la vida, dado que el hombre forma parte de la naturaleza, depende de ella para la supervivencia, y a su vez, la modifica con sus actividades, en ocasiones de manera irreversible. Por lo tanto, es claro que el concepto ambiente es distinto del concepto ecología, aunque ambos están relacionados. La contaminación y sus efectos en la salud y el ambiente. Julio Flores. Sergio López Moreno y Lilia A. Albert. Pag. 32 Desarrollo Sostenible: Proceso o capacidad de una sociedad humana de satisfacer las necesidades y aspiraciones sociales, culturales, políticas, ambientales y económicas actuales de sus miembros, sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las propias.

B. NIVELES DE ORGANIZACIÓN Y ECOSISTEMAS

 Entendemos por estructura las partes y su correspondencia a formar un todo. Hay dos aspectos fundamentales en cualquier ecosistema: la biota o comunidad biótica y los factores ambientales abióticos. La estructura biótica es la manera en que se conforman las diversas clases de organismos. Términos importantes:

1. Especie: totalidad de los miembros de una clase particular de planta, animal o microorganismos, una clase por su apariencia similar y la capacidad de aparearse y reproducir vástagos fértiles.

2. Población: todos los miembros de una especie que ocupan determinada área

3. Comunidad Biótica: todas las poblaciones de plantas, animales y microorganismos que ocupan una misma área

4. Factores abióticos: todos los factores del medio físico: humedad, temperatura, luz, viento, pH, tipo de suelo, salinidad entre otras.

5. Ecosistema: comunidad biótica con los factores abióticos; todas las relaciones entre los miembros de una comunidad biótica y entre ésta y los factores abióticos.

6. Bioma: agrupaciones de todos los ecosistemas de la misma clase: por ejemplo, bosques tropicales, pastizales y demás.

7. Biósfera: funcionamiento de todas las especies y los factores físicos de la Tierra como un solo ecosistema gigantesco.

B.1 Estructura Biótica A pesar de su diversidad, todos los ecosistemas tienen una estructura biótica similar basada en las relaciones de alimentación, es decir, todos los ecosistemas presentan las mismas tres categorías básicas de organismos que interactúan del mismo modo.

B.1.1 Categorías de organismos: productores, consumidores, saprófitos o descomponedores de detritos

B.1.1.1 Productores Son principalmente plantas verdes, que aprovechan la energía luminosa del Sol para convertir agua y dióxido (absorbido del aire o el agua) en un azúcar llamado glucosa y liberar oxígeno como subproducto. Esta conversión química, propiciada por la energía solar, recibe el nombre de fotosíntesis. Los vegetales elaboran todas sus complejas moléculas a partir de la glucosa producida por Fotosíntesis y unos pocos nutrientes, como nitrógeno, fósforo, potasio y azufre, que absorben del suelo o del agua. La variedad de los productores va de las algas unicelulares microscópicas a plantas de tamaño mediano, como la hierba, las margaritas y los cactus, y hasta los árboles gigantescos. Todos los principales ecosistemas tienen sus productores particulares que realizan la fotosíntesis. 6 El término orgánico se aplica a los materiales de los que están formados los organismos: moléculas de proteínas, grasas o lípidos y carbohidratos. De igual manera se consideran orgánicos los productos de los seres vivos, como hojas muertas, cuero, azúcar o madera. Por otra parte, llamamos inorgánicos a los materiales y químicos del aire, agua, rocas y minerales que no participan de la actividad de los organismos vivos. Las plantas verdes se sirven de la luz como fuente de energía para producir todas las complejas moléculas orgánicas que necesita su organismo a partir de compuestos químicos inorgánicos simples (dióxido de carbono, agua, minerales) presentes en el medio. Cuando ocurre esta conversión de materia inorgánica en compuestos orgánicos, parte de la energía luminosa queda almacenada en ellos. Todos los organismos del ecosistema, aparte de las plantas verdes, se alimentan de materia orgánica como fuente de energía y nutrientes. No son solo los animales, sino también los hongos (seta, mohos, y otros organismos similares), muchas bacterias que no tiene clorofila y por lo tanto no pueden realizar la fotosíntesis. Así, las plantas verdes son indispensables en cualquier ecosistema, ya que realizan la fotosíntesis y por este proceso y su crecimiento propician la producción de la materia orgánica que sustenta a todos los otros organismos del sistema. Todos los organismos de la biosfera pueden dividirse en dos categorías, autótrofos y heterótrofos, según que produzcan o no los compuestos orgánicos que necesitan para sobrevivir y crecer. Los organismos que elaboran su propia materia orgánica a partir de los constituyentes orgánicos del medio usando una fuente externa de energía, son autótrofos. Entonces los autótrofos más importantes y comunes son por mucho las plantas verdes; sin embargo, unas cuantas bacterias emplean un pigmento púrpura para realizar la fotosíntesis y algunas otras adquieren su energía de compuestos químicos inorgánicos. Todos los demás organismos, que deben consumir materia orgánicas y nutrientes, son heterótrofos que pueden dividirse en numerosas subcategorías, de las que las dos principales son consumidores (que comen presas vivas) y saprófitos y descomponedores, que se alimentan de organismos muertos y sus productos.

 B.1.1.2 Consumidores Son los que comprenden una gran variedad de organismos que van desde bacterias microscópicas a las ballenas azules e incluyen grupos tan diversos como los protozoarios, los gusanos, los peces, los crustáceos, los insectos, los reptiles, los 7 anfibios, las aves y los mamíferos (entre estos el hombre). Con el fin de entender la estructura de los ecosistemas, los consumidores se clasifican en varios subgrupos de acuerdo con su fuente de alimentos. Los animales (sean tan grandes como los elefantes o tan pequeños como los ácaros) que se alimentan de productores se llaman consumidores primarios o herbívoros. Los animales que se alimentan de los consumidores primarios reciben el nombre de consumidores primarios; en tanto que los lobos, que comen alces, son secundarios. También puede haber consumidores de tercero y cuarto órdenes, y hasta superiores y ciertos animales ocupan más de un lugar en la escala; por ejemplo, el ser humano son consumidores primarios cuando ingieren hortalizas, secundarios si comen carne de res y terciarios si comen peces que se alimentan de otros que a su vez consumen algas. Los consumidores de segundo orden y superiores se llaman también carnívoros, los que se alimentan tanto de plantas como de animales se denominan omnívoros. Se llama depredador al animal que ataca, mata y come a otro, que recibe el nombre de presa. Se dice que sostienen una relación de depredador a presa. Los parásitos son otra categoría importante de consumidores. Se trata de organismos (vegetales o animales) que se vinculan estrechamente a su “presa” y se alimentan de ella durante un largo período, por lo regular sin matarla (al menos no de inmediato)i aunque a veces la debilitan tanto que la vuelven propensa a que la maten otros depredadores o las condiciones adversar. Esta planta o animal del que se alimenta recibe el nombre de huésped (también hospedero), siguiendo el significado original del vocablo, así decimos que es una asociación de huésped y parásito. Hay una enorme variedad de organismos parasitarios. Varias lombrices son ejemplos bien conocidos, pero también lo son ciertos protozoarios, insectos y aún mamíferos (el vampiro) y plantas. Muchas enfermedades graves de los vegetales y algunas de los animales (como el pie de atleta) son causadas por hongos parásitos. Los parásitos pueden vivir dentro o fuera de su huésped.

B.1.1.3 Saprófitos y Descomponedores de Detritos Se llama detritos a los materiales vegetales muertos, como hojas, ramas y troncos caídos e hierba seca, así como a los desechos fecales de animales y a veces de sus cadáveres. Muchos organismos se han especializado en alimentarse de estos elementos y les damos el nombre de saprófitos o detritívoros. Entre los ejemplos que podemos mencionar se encuentran las lombrices de tierra, los cangrejos de río, las termitas, las hormigas y los escarabajos. Al igual que con los consumidores, podemos identificar saprófitos primarios (que se alimentan directamente de detritos), secundarios (que se alimentan de los 8 primarios) y demás. Un grupo extremadamente importante de devoradores de detritos es el de los descomponedores de detritos, a saber, hongos y bacterias de putrefacción. Muchos de los detritos del ecosistema (en particular hojas secas y la madera de árboles o ramas muertas) no parecen ser consumidores como tales, sino que simplemente se pudren; pero la putrefacción es el resultado de la actividad metabólica de hongos y bacterias que secretan enzimas digestivas que descomponen la madera en azúcares simples que son absorbibles. Así, la putrefacción que observamos es en realidad el resultado del consumo de hongos y bacterias del material. Aunque llamamos a estos organismos descomponedores de detritos y por la índole de su comportamiento los agrupamos entre los saprófitos porque su función es en el ecosistema la misma. A su vez, los descomponedores son el alimento de saprófitos secundarios, protozoarios, ácaros, insectos y gusanos y cuando mueren, su cuerpo se añade a los detritos y se convierten en fuente de energía para más saprófitos

B.2 Cadena Alimenticia y Niveles Tróficos La secuencia de consumo desde los autótrofos hasta los carnívoros representa la cadena alimentaria, en la cual cada eslabón depende del inmediato anterior para su provisión de alimento (energía). Estas posiciones a lo largo de cadenas alimenticias se conocen como niveles tróficos. En muchos casos los límites entre los niveles no son definidos. Muchos animales encuentran alimento idóneo en cuanto a tamaño y otras características en varios niveles tróficos. Para describir la trama de los diversos niveles tróficos con sus interconexiones suele emplearse el término red alimenticia. Cuando se examina el flujo y la utilización de la energía en la cadena alimenticia, se hace evidente que el movimiento de energía en el ecosistema sólo es en un sentido, es decir, unidireccional. A medida que avanza progresivamente por los diversos niveles tróficos, ya no está disponible para el nivel anterior. Por lo general, cada carnívoro necesita alimentarse con un gran número de herbívoros para subsistir, y cada uno de éstos para su sustento debe consumir una cantidad de autótrofos equivalente a varias veces su propia biomasa, las sustancias que no son biodegradables por naturaleza, cuando entran en una cadena alimenticia, se bioacumulan en cada nivel trófico sucesivo. Esto ha dado origen a muchos de los bien conocidos problemas ambientales de los últimos 20 o 30 años. El ejemplo mejor conocido es la bioacumulación de plaguicidas orgánicos como los hidrocarburos clorados, que incluyen el DDT. 9 C. ENERGÍA ECOLÓGICA La energía se define como la capacidad de hacer trabajo. El comportamiento de la energía es descrito por la Primera Ley de la Termodinámica o Principio de la Conservación de la Energía, establece que la energía puede ser transformada de un tipo a otro, pero no se crea ni se destruye. Ejemplo: La luz es una forma de energía, ya que es susceptible de ser transformada en trabajo, calor o energía potencial en forma de alimento. La Primera Ley o Principio de la Conservación de la energía demuestra que la energía puede transformarse de una clase a otra, pero nunca se destruye: = + + + La Segunda Ley de la Termodinámica, Ley de la Entropía. Principio de la degradación La Segunda Ley de la Termodinámica dice: cualquier conversión energética terminará con menos energía de la que tenía al comenzar. La pérdida de calor se funda en el principio del incremento de entropía, que se define como el rango de desorden o de degradación; mayor entropía significa mayor desorden. Entropía es una medida de la energía no disponible, resultante de las transformaciones. También se emplea como un índice del desorden asociado con la degradación de la energía. La Segunda Ley de la Termodinámica dice también que los sistemas irán espontáneamente hacia una energía potencial menor, una dirección que hace que liberen calor.