BIOSFERA I: LOS ECOSISTEMAS

I.E.S “IZPISÚA BELMONTE”

CTMA 2º Bachillerato

DEFINICIONES

La BIOSFERA es el conjunto de todos los seres vivos que habitan el planeta Tierra.

Es un sistema abierto pues intercambio materia y energía con el entorno

DEFINICIONES

Un ECOSISTEMA es el conjunto de seres vivos que habitan en un determinado lugar, el medio físico en que viven y las relaciones que establecen entre sí y con el medio.

Componentes del ecosistema

La parte viva de un ecosistema es la BIOCENOSIS O COMUNIDAD.

La parte abiótica no viva es el BIOTOPO:• Parámetros físico-químicos: humedad, tª, pH

del agua, salinidad, …etc• Características del sueloEl biotopo limita la existencia de la biocenosis

Ecosistemas= Biotopo+Biocenosis

DEFINICIONES

La ECOSFERA es el conjunto de todos los ecosistemas que constituyen la Tierra, es decir, el gran ecosistema planetario.

La biosfera sería la biocenosis de este gran ecosistema

Es un sistema cerrado: abierto para la energía pues entra energía solar y sale calor, y cerrado para la materia que se recicla a través de los ciclos biogeoquímicos

Un BIOMA es cada uno de los ecosistemas terrestres. Ejemplos: la selva ecuatorial, la sabana, el desierto, bosque templado-húmedo taiga, tundra.

Cada bioma posee una flora adaptada a las condiciones ambientales y una fauna asociada característica

RELACIONES TRÓFICASMecanismos de

transferencia de energía de unos organismos a otros en forma de alimento

Son relaciones muy importantes dentro del ecosistema

Se suelen representar en cadenas tróficas.

NIVELES TRÓFICOSLas especies se agrupan en distintos niveles

tróficos según la función ecológica que cumplan en el ecosistema:

•PRODUCTORES•CONSUMIDORES Primarios SecundariosTerciariosCuaternarios•DESCOMPONEDORES

Omnívoros

PRODUCTORESOrganismos autótrofos, capaces de sintetizar

materia orgánica a partir de inorgánica.

Destacan los fotosintéticos: convierten la energía lumínica en energía química

Ecuación general de la fotosíntesis

6 CO2 + 6 H20 1 glucosa( C6H12O6) + 6 O2

Radiación solar + Pigmentos fotosintéticos

Organismos fotosintéticos: Plantas, algas, cianobacterias y otras bacterias fotosintéticas

PRODUCTORES• Las plantas superiores son los principales

productores en los ecosistemas terrestres mientras que el fitoplancton lo es en el ecosistema marino.

• El fitoplancton está formado por un conjunto de algas microscópicas y cianobacterias que viven flotando en la zona

fótica marina.

PRODUCTORESLa materia orgánica sintetizada por los

productores tiene dos destinos:

RESPIRACIÓN Azúcar + O2 CO2+ H20

PRODUCTORES

Organismos quimiosintéticos: Bacterias que obtienen la energía de la oxidación de sustancias inorgánicas para fabricar su propia materia orgánica, como las bacterias oxidadoras del azufre que viven junto a volcanes submarinos o manantiales ricos en H2S

CIANOBACTERIAS

CONSUMIDORESOrganismos heterótrofos que toman materia

orgánica ya sintetizada como alimento para llevar a cabo sus funciones vitales mediante mecanismos respiratorios. Existen distintos tipos:

•CONSUMIDORES PRIMARIOS O HERBÍVOROS•CONSUMIDORES SECUNDARIOS O CARNÍVOROS•CONSUMIDORES TERCIARIOS

CONSUMIDORESLos consumidores primarios son los HERBÍVOROS,

que se alimentan directamente de los productores y constituyen el 2º nivel trófico.

CONSUMIDORESLos consumidores secundarios son los

CARNÍVOROS, que se alimentan de los herbívoros, y constituyen el tercer nivel trófico.

CONSUMIDORESLos consumidores terciarios son los CARNÍVOROS

FINALES O SUPERDEPREDADORES, que se alimentan de los carnívoros secundarios, y constituyen el cuarto nivel trófico.

DESCOMPONEDORES

• Son un tipo especial de organismos detritívoros ( grupos de hongos y bacterias) que transforman la materia orgánica en inorgánica(sales minerales) dejándola disponible de nuevo para los productores.

• Cumplen una función esencial en los ecosistemas: cerrar el ciclo de la materia

• La transformación ocurre tanto por vía aerobia como anaerobia (respiración o fermentación)

CADENAS Y REDES TRÓFICASLas relaciones tróficas son complejas en la realidad,

por eso se reflejan mejor en redes tróficas: de cada nivel surgen ramificaciones, pues una misma especie puede servir de alimento a organismos de varios niveles tróficos o viceversa. P. ej. Omnívoros, saprófitos y necrófagos.

CADENAS Y REDES TRÓFICAS

OMNÍVOROS: Se alimentan de más de un nivel trófico, carácter adaptativo que garantiza su supervivencia (ej: hombre, oso)

CARROÑEROS O NECRÓFAGOS:Se alimentan de cadáveres (ej. buitres, chacales)

SAPRÓFITOS O DETRITÍVOROS: Se alimentan de todo tipo de detritros (restos orgánicos como hojas, ramas, heces animales u otros), de composición progresivamente más simple. (ej. Lombriz de tierra, Tubifex, cangrejos,…)

CADENAS Y REDES TRÓFICAS

OMNÍVOROS: Se alimentan de más de un nivel trófico, carácter adaptativo que garantiza su supervivencia (ej: hombre, oso)

CARROÑEROS O NECRÓFAGOS:Se alimentan de cadáveres (ej. buitres, chacales)

SAPRÓFITOS O DETRITÍVOROS: Se alimentan de todo tipo de detritros (restos orgánicos como hojas, ramas, heces animales u otros), de composición progresivamente más simple. (ej. Lombriz de tierra, Tubifex, cangrejos,…)

CADENAS Y REDES TRÓFICAS

Las redes tróficas son representaciones las interacciones tróficas que se dan entre los individuos de una comunidad

CADENAS Y REDES TRÓFICAS

CADENAS Y REDES TRÓFICAS

Red trófica antártica1. Fitoplancton2.Zooplancton3.Petrel4.Pingüino Adelia5.Eskúa6.Calamar7.Pez8.Pingüino emperador9.Foca de Weddell10.Foca de Ross11.Pez12.Foca cangrejera13.Ballena azul14.Leopardo marino15.Orca

Flujo de materia y energía en los ecosistemas

Los ecosistemas siguen el principio de SOSTENIBILIDAD NATURAL:

•Reciclar al máximo la materia de forma que se obtengan nutrientes que no escapen y desechos biodegradables (utilizables)•Usar una energía renovable como fuente: la luz solar

Flujo de energía en los ecosistemas

Es un flujo ABIERTO Y UNIDIRECCIONAL

Flujo de energía en los ecosistemas

Flujo de energía en los ecosistemas

La cantidad de energía que pasa de un nivel trófico al siguiente va disminuyendo, pues en cada eslabón parte de la energía entrante se gasta en el mantenimiento de las funciones vitales y se pierde en forma de calor. Solo pasa al siguiente la acumulada en forma de materia orgánica en los tejidos vivos mediante las relaciones tróficas.

Flujo de energía en los ecosistemas

Regla del 10%: “La energía que pasa de un eslabón a otro de la cadena trófica es aproximadamente el 10% de la acumulada en él”

Aunque en los últimos eslabones aumenta el valor, el nº de eslabones de la cadena es por tanto limitado, como mucho cinco. La entrada de energía solar ha de ser constante para que el ecosistema funcione.

Flujo de energía en los ecosistemas

Flujo de la materia en los ecosistemas

La materia sigue un flujo cíclico donde materia inorgánica se transforma en orgánica, y finalmente ésta de nuevo en inorgánica gracias a los organismos descomponedores. El papel de estos hongos y bacterias es fundamental, pues cierran el ciclo de la materia. Hacen a la materia orgánica biodegradable

Flujo de la materia en los ecosistemas

El ciclo de la materia es cerrado, aunque con algunas excepciones:•Escape de ciertos nutrientes gaseosos a la atmósfera•Lixiviados disueltos en agua que son arrastrados lejos del lugar de origen•Restos orgánicos que escapan del reciclaje de los descomponedores, quedan enterrados y sufren fermentaciones anaerobias durante millones de años hasta transformarse en combustibles fósiles, almacenados en la litosfera.

PARÁMETROS TRÓFICOS

Medidas usadas para valorar la rentabilidad de cada nivel trófico así como del ecosistema complejo. Algunos son:•BIOMASA (B)•PRODUCCIÓN(P)•PRODUCTIVIDAD O TASA DE RENOVACIÓN (p)•TIEMPO DE RENOVACIÓN (tr)•EFICIENCIA ECOLÓGICA (ef)

BIOMASA

“Cantidad en peso de materia orgánica viva o muerta (necromasa) de cualquier nivel trófico del ecosistema.”

“Manera en que la biosfera almacena la energía solar”

Unidades de medida:•De masa (kg, g, mg,…)•Masa /superficie: g/cm2, t/ha, kg/m2, etc (+frecuente)•Masa/volumen: Kg/m3, g/l, …(ecosistemas acuáticos)•En unidades de energía (1g de materia orgánica= 4 o 5 Kcal)

PRODUCCIÓN

“Cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico”

Unidades de medida: g/m2.día, kcal/ha.año, J , vatios o J/s,…etc

Tipos:

Producción primaria (fijada por los productores)

Producción secundaria (fijada por los demás niveles)

Producción bruta (Pb): Cantidad de energía fijada por unidad de tiempo.

Producción neta (Pn): Cantidad de energía acumulada por unidad de tiempo

PRODUCCIÓN

PRODUCTIVIDAD

Es la relación entre la cantidad de energía almacenada por unidad de tiempo y la biomasa total. Representa la velocidad con la que se renueva la biomasa del ecosistema, por eso se llama también tasa de renovación.

Se calcula:

p= Pn/B

Pn= producción neta

B=biomasa

Suele expresarse en %

TIEMPO DE RENOVACIÓN

Periodo de tiempo que tarda en renovarse un nivel trófico o un sistema. Es la relación inversa a la tasa de renovación.

Se calcula : tr= B/Pn

Se expresa en unidades de tiempo

EFICIENCIA ECOLÓGICA

Indica el rendimiento energético de un nivel trófico o del ecosistema

Es la cantidad de biomasa o de energía transferida de un nivel trófico al siguiente. Se calcula mediante el cociente Salidas/entradas.

Desde el punto de vista energético es:

Pn/Pn nivel anterior x 100

Alimentarse del primer nivel supone un aumento en la eficiencia en la producción de alimentos: más energía, mayor nº de individuos puede mantener .

La eficiencia de la explotación de recursos naturales debe tener en cuenta los costes ocultos o insumos

PIRÁMIDES TRÓFICAS

Las pirámides tróficas o ecológicas son representaciones gráficas de las relaciones

tróficas entre la comunidad de un ecosistema.

PIRÁMIDES TRÓFICAS

La pirámide se divide en escalones de altura constante y longitud variable que corresponde a cada nivel trófico. La longitud de cada escalón es proporcional al parámetro medido.

PIRÁMIDES TRÓFICAS

Existen tres tipos de pirámides ecológicas:•De energía•De biomasa •De números

Los Descomponedores no suelen salir en las pirámides tróficas pues son organismos muy difíciles de observar, contar y cuantificar, y con ciclo reproductor muy rápido.

PIRÁMIDES DE ENERGÍARepresentan el contenido energético de cada nivel. Siempre tiene forma de verdadera pirámide, pues sigue la regla del 10%

Unidades: KJ/m2 Kcal/m2.año

etc

PIRÁMIDES DE ENERGÍA

PIRÁMIDES DE ENERGÍA

PIRÁMIDES DE ENERGÍA

PIRÁMIDES DE BIOMASA

Se elaboran en función de la biomasa acumulada en cada nivel. Suele tener forma de pirámide normal , pero también pueden darse pirámides invertidas.

PIRÁMIDES DE BIOMASA

En los ecosistemas terrestres la diferencia entre los dos primeros escalones suele ser muy grande

La pirámide invertida presenta un escalón superior mayor que el inferior

PIRÁMIDES DE BIOMASA

PIRÁMIDES DE NÚMEROS

Se elaboran mediante el recuento del nº total de individuos de cada nivel. Su forma invertida puede inducir a error al dar excesiva importancia a los organismos pequeños. No son útiles para comparar ecosistemas.

FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA

Ley del mínimo: “Cualquier proceso que depende de varios factores está controlado por el factor que más se aproxima al valor para el cual dicho proceso se detiene”

La producción primaria se basa en la fotosíntesis. Los factores que limiten la fotosíntesis serán los que limiten el crecimiento del vegetal y por tanto la producción primaria.

FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA

El factor que se encuentre en la cantidad mínima a la necesaria será el factor limitante. Los principales factores limitantes de la producción primaria son :

•Humedad•Temperatura•Escasez de sales minerales•Ausencia de luz

TEMPERATURA Y HUMEDAD

Son factores limitantes en los ecosistemas continentales

En general al aumentar Tª y humedad aumenta la eficiencia fotosintética, pero existen limitaciones:

•Incremento brusco de la Tª = Disminución brusca de la P.primaria= Desnaturalización de las enzimas fotosintéticas

•Altas temperaturas no extremas (clima cálido, tropical o desértico) también provocan descensos de la P.primaria = Incremento de la fotorrespiración

RuBisCO (Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilasa-oxigenasa) es la enzima que cataliza la fijación del CO2 en la primera reacción de la fase oscura de la fotosíntesis (Ciclo de Calvin). Esta función carboxilasa lleva a la producción de materia orgánica. Pero también puede catalizar la unión de oxígeno, en una vía alternativa que no conduce ni a la fabricación de materia orgánica ni de energía: la fotorrespiración.

RuBisCO en su función carboxilasa

RuBisCO en su función carboxilasa (arriba) y oxigenasa (abajo)

La fotorrespiración supone una disminución en la eficiencia fotosintética y una bajada en la producción primaria de un 30 a un 50%. El que RuBisCO elija uno u otro camino depende de la concentración de O2 y CO2 que haya en el interior de la célula fotosintética:

•Si la concentración es similar a la atmosférica, la “normal”(21% de oxígeno, 0.003% de CO2, la enzima sigue la vía fotosintética

Si la concentración de O2 es superior al 21% y/o la de CO2 desciende por debajo de 0.003% se induce el camino anormal de la fotorrespiración.

Las plantas toman el CO2 y liberan el O2 a través de los estomas de las hojas. En condiciones de altas Tª pierden mucho vapor de agua y deben cerrarlos, de modo que las concentraciones normales de los gases se alteran y la fotorrespiración se dispara, disminuyendo notablemente la eficiencia fotosintética.

Las plantas C4 (maíz, sorgo, mijo….)presentan una adaptación para evitar el problema de la fotorrespiración : una vía alternativa de fijación del CO2 con otro enzima (PEPcarboxilasa), que une el gas al PEP que pasa a la célula fotosintética donde continua el proceso fotosintético. Son plantas muy interesantes desde el punto de vista de la agricultura (Pmáxima = 60-80t/ha.año, frente a las C3 10-30 t/ ha.año)

Las plantas de los desiertos, cactus o crasuláceas, además de ser C4 presentan un ciclo metabólico en el que fijan el CO2 por la noche, y cierran los estomas por el día (CAM o metabolismo ácido de las crasuláceas). Además presentan adaptaciones morfológicas para evitar la pérdida de agua: hojas reducidas, tallos carnosos,…

TEMPERATURA Y HUMEDAD

Si las temperaturas son muy bajas durante una época del año, las adaptaciones más frecuentes consisten en:

•Ciclos biológicos anuales•Desarrollo de estructuras hibernantes (bulbos, tubérculos, rizomas)•Alternancia de periodos de máximo desarrollo de hojas y flores con épocas de mínima actividad metabólica o periodo latente

NUTRIENTES

La presencia de éstos está supeditada a sus ciclos de reciclado, y por tanto a energías externas.

•CO2: muy abundante en atmósfera y disuelto en agua•Nitratos: Muy abundante en la atmósfera; los organismos fijadores de N2 aseguran la presencia de sus sales en suelo y agua•Fósforo: Las sales de fósforo suelen ser el principal factor limitante pues a pesar de su abundancia la mayor parte está inmovilizada en la litosfera

NUTRIENTES

• Gran distancia entre productores y descomponedores.

• Alto gasto de energía exosomática:

• Zonas de afloramiento y plataformas continentales

Ecosistemas marinos

• Distancia mínima entre productores y descomponedores

• Bajo gasto de energía exosomática en el reciclaje

Ecosistemas terrestres

LUZ: DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS FOTOSISTEMAS

Al aumentar la luminosidad incidente, en ausencia de otro factor limitante, la actividad fotosintética también aumenta, pero pronto se satura.

La disposición de las unidades fotosintéticas en los cloroplastos hacen que se den sombra unas a otras respecto a la luz incidente; idem con las hojas de una planta.

La estructura de las unidades o fotosistemas, que contienen no solo clorofila (molécula responsable de la transformación de la energía luminosa en química) sino otros pigmentos fotosintéticos en proporción 300/1.

LUZ: DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS FOTOSISTEMAS

A partir de una determinada intensidad luminosa los fotosistemas se saturan pues la clorofila o centro de reacción actua como cuello de botella.

LUZ: DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS FOTOSISTEMAS

La naturaleza ha diseñado la conversión de la energía luminosa en química para que haya el mínimo indispensable para mantener los ecosistemas, no más.

El uso de plaguicidas, abonos, más agua, etc, en los cultivos no aumentará la producción primaria más allá de su máximo natural. Pueden mantenerse condiciones óptimas en invernaderos.