Unitat 7. Dinàmica dels ecosistemes. Cicles biogeoquímics

EcologiaEcologia

Tema 7Tema 7: El cicle de la matèria i : El cicle de la matèria i el flux d’energia. El medi el flux d’energia. El medi terrestre i el medi aquàticterrestre i el medi aquàtic

Tema 7: El cicle de la matèria i el f lux d’energia.

7.1. La matèria i l’energiaEls organismes necessiten matèria per renovar, per crèixer o reproduir-se; i energia (necessiten absorbir-la i transformar-la) per fer reaccions.

Mentre que la matèria segueix uns cicles (biogeoquímics) l’energia segueix un flux (prové del Sol i es va transformant fins acabar en calòrica)

7.1. La matèria i l’energia

Els organismes fotosintètics capten l’energia solar i la transformen en energia química (ATP) en trencar la molècula d’aigua, i desprenen oxigen. Amb aquesta energia, el CO2 atmosfèric (matèria inorgànica) es transforma en glucosa (matèria orgànica) que conté aquesta energia en enllaços entre molècules de carboni.

L’orgànul cel·lular que conté tots els mecanismes per poder realitzar la fotosíntesi és el cloroplast en cèl·lules vegetals

7.1. La matèria i l’energia1. La captació d’energia per part dels éssers vius

Hi ha 2 mecanismes per captar l’energia i produir matèria orgànica (organismes autòtrofs):

1. Fotosíntesi: el que es capte és energia fotònica, o de la llum, en determinades parts de les cèl·lules. Amb aquesta (transformada en ATP) es fabrica matèria orgànica (C6H12O6) a partir d’inorgànica (H2O, CO2, NO3

-, PO43-)

2. Quimiosíntesi : l’energia s’obté de l’oxidació d’algunes substàncies inorgàniques reduïdes (SH2, NH3) i amb l’hidrogen d’aquest compostos es redueix el CO2 fabricant matèria orgànica que serveix de menjar pel propi organisme. Ho fan alguns bacteris.

7.1. La matèria i l’energia2. La utilització de l’energia

L’energia emmagatzemada en els enllaços de carboni en la glucosa s’allibera deshidrogenant la matèria orgànica i passant els hidrogens a:• Un compost inorgànic que si és l’oxigen s’anomena respiració aeròbica. Desprén H2O i es realitza en els mitocondris.

• Un compost inorgànic que si és diferent del oxigen (com el S) s’anomena respiració anaeròbica (desprén SH2) que es realitza en citoplasma bacterià

• Un compost orgànic quan l’acceptor és matèria orgànica i s’anomena fermentació (dóna lloc a matèria orgànica) que es realitza en el citosol

Tots els organismes (menys els anaeròbics estrictes) ho poden fer per obtenir energia per realitzar les seves funcions pròpies.

7.2. Els cicles biogeoquímics1. El cicle del carboni

7.2. Els cicles biogeoquímics1. El cicle del carboni

7.2. Els cicles biogeoquímics1. El cicle del carboni

7.2. Els cicles biogeoquímics2. El cicle del nitrogen

7.2. Els cicles biogeoquímics2. El cicle del nitrogen

7.2. Els cicles biogeoquímics7. El cicle del fòsfor

7.2. Els cicles biogeoquímics4. El cicle del sofre

7.2. Els cicles biogeoquímics5. El cicle de l‘aigua

7.7. L’energia endosomàtica i exosomàtica

Energia endosomàtica: correspon a l’energia que aprofiten els organismes. Correspon normalment a un 10% del què els hi arriba o adquireixen i serveix per la seva producció (síntesi de matèria orgànica pròpia).

Energia exosomàtica: aquella que no és assimilada pels organismes, encara que pugui entra en ells; surt normalment en forma de calor necessari per escalfar el planeta.

7.7. L’energia endosomàtica i exosomàtica

Producció: augment de matèria orgànica d’un organisme:

• P. bruta: tot allò del que s’alimenta• P. neta: després de l’assimilació, el treball, etc. (respiració); tot allò que queda per augmentar la massa de l’organisme (biomassa)

7.4. L’ecologia tròfica1. Els nivells tròfics

Tròfic: fa referència a l’alimentació. La matèria que conté l’energia passa d’uns organismes a altres però cada traspàs hi ha una pèrdua molt important d’energia (90%) per respiració o restes

7.4. L’ecologia tròfica1. Els nivells tròfics

H2O

CO2

llum

Fitoplàncton Zooplàncton

L’energia que conté un conjunt d’organismes passa a un altre, que com és unidireccional, es diu que és d’ordre o nivell superior.

Tots els organismes que obtenen l’energia de la mateixa manera pertanyen en el mateix nivell tròf ic

7.4. L’ecologia tròfica1. Els nivells tròfics

S’estableixen 5 tipus de nivells tròfics:

1. Productors: aquells organismes foto i quimiosintetitzadors (autòtrofs)2. Consumidors primaris o hervíbors (zooplàncton en l’aigua) (heteròtrofs)3. Consumidors secundaris, terciaris (poden haver-hi omnívors)4. Descomponedors: passen la matèria orgànica a orgànica molt senzilla o

inorgànica no assimilable. Fongs i bacteris5. Transformadors: aquesta matèria orgànica senzilla o no assimilable es pot

convertir en sals minerals diverses si assimilables. Bacteris

Alguns organismes són de difícil col·locació com:• Carronyaires: mengen organismes morts• Sapròfits: mengen matèria orgànica en descomposició• Detri t ívors: mengen restes

7.4. L’ecologia tròfica2. Les cadenes i xarxes tròfiques

El flux d’energia és unidireccional, aixó comporta una dependència tròfica d’uns organismes respecte a uns altres generant una cadena al imentària o tròfica. Uns organismes s’alimenten d’uns (nivell tròfic inferior) a la vegada que són la base alimentària d’altres (nivell tròfic superior)

7.4. L’ecologia tròfica2. Les cadenes i xarxes tròfiques

Les relacions poden ser molt complexes i no són sempre lineals, s’estableixen tota mena de relacions col·laterals formant al que s’anomena xarxa tròf ica

D’alló que s’alimenta una espècie s’anomena nínxol ecològic

7.4. L’ecologia tròfica7. Les piràmides tròfiques. De nombre d’individus

Les cadenes tròfiques es poden representar en piràmides (on la base són els productors i el vèrtex els consumidors més elevats) de diferent tipus:

1. Piràmide de nombres: dins de cada esglaó es col·loca el nombre d’individus, cal procurar que l’àrea de l’esglaó o nivell sigui proporcional al nombre d’individus.

Aquest tipus de piràmides poden ser inverses (algun/s esglaons superiors són més grans que l’inferior)

7.4. L’ecologia tròfica7. Les piràmides tròfiques. De Biomassa

2. Piràmide de biomassa: en cada nivell es col·loca la biomassa. Normalment el 99% està en els productors.

Aquest tipus pot presentar piràmides inverses en algun cas (el consum és elevat i disminueix molt la biomassa, però com la taxa de renovació és molt elevada quan es vol novament consumir hi ha més que suficient)

7.4. L’ecologia tròfica7. Les piràmides tròfiques. De Producció o energia

7. Piràmide de producció: en cada nivell es col·loca l’energia neta, és a dir, aquella que queda a disposició del nivell tròfic superior sense alterar l’ecosistema.

Aquest tipus de piràmide no pot ser inversa, per què del que s’alimenta un nivell únicament es queda un 10% aproximadament (l lei del 10%)

Producció = ∆ Biomassa/ Temps

7.4. L’ecologia tròfica4. La biomassa. La productivitat de l’ecosistema

Biomassa: massa total o energia emmagatzemada

Eficiència o rendiment = Producció neta / Producció bruta

La eficiència més utilitzada és la productivitat

Productivitat = Producció bruta / Biomassa

7.4. L’ecologia tròfica4. La biomassa. La productivitat de l’ecosistema

La biomassa d’un nivell tròfic pot augmentar (producció) de dues maneres:• Creixement en pes dels individus• Reproducció d’aquests

L’aliment disponible correspon a la producció neta del nivell tròfic inferior.

7.4. L’ecologia tròfica4. La biomassa. La productivitat de l’ecosistema

En un ecosistema hi ha 3 possibilitats;

1. Explotació > Producció neta del nivell tròfic inferior

2. Explotació = Producció neta del nivell tròfic inferior

7. Explotació < Producció neta del nivell tròfic superior

Aquest 3 tipus es produeixen en 3 tipus d’ecosistemes

1. Ecosistemes en regressió o en desequilibri negatiu

2. Ecosistemes sostenibles o en equilibri, en successió clímax

7. Ecosistemes juvenils, en creixement o en fase de successió

7.4. L’ecologia tròfica5. La biodiversitat

És la descripció quantitativa de les espècies d’una comunitat

Hi ha diferentes maneres de calcular-la, però sempre ens indiquen d’alguna manera la quantitat d’individus respecta a la quantitat d’espècies. De tal forma que com més és el nombre d’espècies més alta és la biodiversitat.

• Ecosistemes rics en espècies (bosc tropical)• Ecosistemes pobres en espècies (ecosistemes artificials, camps de conreu)

És molt important la superfície que es té en compte, per què quan més augmenta la superfície més augmenten les espècies, però segueix una corba exponencial negativa (al principi creix molt, fins un moment que s’estabilitza el nombre encara que augmenti la superfície)