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MÓDULO I MEDIO AMBIENTE: FUNDAMENTOS Y PROBLEMÁTICA ACTUAL ECOLOGÍA, ADAPTACIONES, ECOSISTEMAS Y CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ZENÓN CANO-SANTANA FACULTAD DE CIENCIAS, UNAM INSTRUMENTOS DE POLÍTICA AMBIENTAL

INSTRUMENTOS DE POLÍTICA AMBIENTAL - … · ... capacidad de un organismo de dejar descendencia que heredan sus caracteres. –Desempeño: medida de eficacia con la que un organismo

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MÓDULO I

MEDIO AMBIENTE: FUNDAMENTOS Y

PROBLEMÁTICA ACTUAL

ECOLOGÍA, ADAPTACIONES, ECOSISTEMAS Y

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

ZENÓN CANO-SANTANA FACULTAD DE CIENCIAS, UNAM

INSTRUMENTOS DE POLÍTICA

AMBIENTAL

ECOLOGÍA

• Del gr. oikos = casa, logon = tratado.

• Es un ciencia biológica que estudia el lugar en el que se vive.

Objeto de estudio de la Ecología

Autor Objeto

Haeckel

(1869)

Las relaciones de los animales con su

ambiente orgánico e inorgánico

Odum

(1963)

La estructura y el funcionamiento de la

naturaleza

Krebs

(1973)

Las interacciones que regulan la distribución

y abundancia de los organismos

Begon et al.

(1986)

Las interacciones con el ambiente de los

individuos, las poblaciones y las comunidades

Carabias et

al. (2009)

Las interacciones de los organismos con su

entorno y la forma en que éstas se reflejan en

las adaptaciones morfológicas y fisiológicas,

así como en la abundancia, la distribución y la

diversidad de los organismos

ECOLOGÍA

Ciencia que estudia las interacciones

organismo-medio ambiente que moldean los

rasgos de los individuos, las poblaciones,

las comunidades, los ecosistemas y de la

biosfera.

MEDIO

AMBIENTE

INTERACCIÓN

ORGANISMOS

Objeto de estudio de la

Ecología

ORGANISMOS MEDIO

AMBIENTE

INTERACCIÓN

•INDIVIDUOS

•POBLACIONES

•COMUNIDADES

•ECOSISTEMAS

•BIOSFERA

•RECURSOS

•CONDICIONES

•INTERACCIONES

BIÓTICAS

•DISTURBIOS

•FACTORES

BIÓTICOS

•FACTORES

ABIÓTICOS

Nivel de complejidad

Niveles de organización en ecología Nivel Definición Fuerza de cohesión

Individuo Cada organismo unitario e

indivisible

Cohesión celular

Población Conjunto de individuos de

la misma especie que

mantienen flujo génico

Flujo génico

Comunidad Conjunto de poblaciones

que mantienen

interacciones bióticas

Interacciones bióticas

(competencia,

depredación,

mutualismo)

Ecosistema Sistema abierto conformado

por las comunidades vivas

y el entorno abiótico que

mantienen intercambio de

materia y energía

Intercambio de materia y

energía

Biosfera Conjunto total de

ecosistemas de la Tierra

Intercambio de materia y

energía

INDIVIDUO

ECOSISTEMA

POBLACIÓN

COMUNIDAD

BIOSFERA

Propiedades emergentes

Nivel Algunas propiedades

Individuo Morfología (Tamaño, color, forma)

Fisiología (tasa respiratoria)

Conducta (agresividad)

Población Abundancia

Distribución

Estructura de edades

Tasa de natalidad

Comunidad Diversidad de especies

Composición de especies

Tasa de colonización

Edad sucesional

Ecosistema y biosfera Productividad (primaria y secundaria)

Ciclo del agua

Tasa de descomposición

Biomasa en pie

Fuerzas ecológicas

CONDICIONES R

EC

UR

SO

S

DISTURBIOS

INT

ER

AC

CIO

NE

S

•INDIVIDUOS

•POBLACIONES

•COMUNIDADES

•ECOSISTEMAS

•BIOSFERA

Fuerzas ecológicas Fuerza

ecológica

Definición Ejemplos

Condiciones Variable fisicoquímica ambiental al cual

los organismos responden

diferencialmente. Las condiciones se

“viven”.

Temperatura,

humedad,

salinidad, acidez,

luz.

Recursos Elementos del ambiente que son

consumidos o utilizados, cuyo uso por

parte de un organismo reduce su

disponibilidad a otro.

Los recursos se “usan”.

Alimento, presas,

agua, radiación

solar, nutrientes,

espacio.

Interacciones

bióticas

Relaciones activas que mantienen

organismos de distinta especie, las

cuales afectan su adecuación y tamaño

poblacional.

Depredación,

competencia y

mutualismo.

Disturbios Eventos súbitos o crónicos que matan o

dañan organismos abriendo espacios de

colonización a otros.

Incendios,

contaminación,

pisoteo,

inundaciones.

Atributos de la ecología como ciencia

• Es una ciencia biológica

• Es una ciencia ambiental

• Su objeto de estudio es la interacción organismo↔ambiente

• Estudia cinco niveles de organización de la materia viva: individuos, poblaciones, comunidades, ecosistemas y biosfera

• Es una ciencia incluyente: incluye al hombre como elemento biótico y como factor que afecta al ambiente

• Es una ciencia integrativa: integra distintas ramas de la biología: bioquímica, genética, evolución, zoología, botánica

• Es una ciencia interdisciplinaria: integra a las ciencias naturales: biología, química, física, geología

• Es una ciencia transdisciplinaria: integra a las ciencias naturales con las ciencias sociales

Ramas de la ecología

Rama/subramas Objeto de estudio Nivel

Autoecología

Etología

Ecomorfología

Ecofisiología

Interacciones que afectan la

conducta, morfología y

conducta de los individuos

Individuo

Ecología de

poblaciones

Demografía

Interacciones que afectan la

distribución y abundancia de

los organismos

Población

Sinecología Interacciones que afectan la

estructura y dinámica de las

comunidades

Comunidad

Ecología de

ecosistemas

Interacciones que afectan el

funcionamiento de los

ecosistemas y la biosfera

Ecosistema

Ecología y evolución

“Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución” T. Dobzhanski

– Las fuerzas ecológicas constituyen fuerzas de selección natural que afectan los atributos de los organismos.

– Selección natural: éxito diferencial (en términos de supervivencia y fecundidad) de organismos con atributos distintos.

– Los organismos que dejen más hijos transmiten sus rasgos a las generaciones futuras, ya que esos rasgos (genes) son los exitosos para un ambiente particular.

Ecología y evolución

Ejemplo: Melanismo industrial

Ecología y evolución

– Los rasgos que permanecen en una población y permiten la supervivencia de un organismo frente a un ambiente particular se denominan adaptaciones.

– Los organismos son producto de la evolución, por lo que son adaptados.

– Los organismos son potencialmente capaces de enfrentar los cambios futuros en el ambiente, por lo que son adaptativos.

Medidas de éxito ecológico

– Adaptación: rasgo morfológico, fisiológico o conductual que permite a un organismo vivir en un ambiente particular.

– Adecuación: capacidad de un organismo de dejar descendencia que heredan sus caracteres.

– Desempeño: medida de eficacia con la que un organismo lleva a cabo una función particular: respiración, movimiento, fotosíntesis, crecimiento.

– Las funciones más importantes para un organismo son: sobrevivencia, crecimiento y reproducción.

LEY DEL MÍNIMO

(Liebig, 1940)

• “El nutrimento que se encuentre en menor concentración en un cultivo será el que determine la productividad de éste”.

Aplicación general:

• “El recurso que se encuentre en menor disponibilidad será el que determine el desempeño de un organismo”

Falta de vitamina C: escorbuto

Falta de

fósforo

LEY DE TOLERANCIA

(Shelford, 1913) • “Las condiciones extremas son perjudiciales para un

organismo”

DE

SE

MP

O

CONDICIÓN (p. ej.: temperatura)

R

C

S

C

S

C

S S S

Intervalo de tolerancia

R: reproducción

C: crecimiento

S. supervivencia

Óptimo

fisiológico

LEY DE TOLERANCIA

(Shelford, 1913) V

elo

cid

ad

(cm

/s)

Fijac

ión

de C

O2

0° 50° 40° 0°

Temperatura(°C)

PEZ PLANTA

Fry y Hart (1948)

Adaptaciones a la sequía

Tejidos suculentos, evasión

del sol, pérdida de hojas

Pubescencia, tricomas

Espinas

Hábitos nocturnos

Hojas pequeñas

Cierre de estomas

Captura de agua: orina concentrada

Joroba , eritrocitos ovalados, heces secas

Adaptaciones al frío

Sustancias anticongelantes

Pelaje blanco: coloración críptica

Hojas duras y/o en forma de aguja Forma de cono: coníferas

Criptobiosis

Hibernación

Adaptaciones a la vida en cuevas

Pérdida de ojos

Pérdida de color Órganos tactiles

Gracilización Uso de sonar

ECOSISTEMA

• Integración: vivo + no vivo.

Definición formal:

• Sistema termodinámico abierto constituido

por las comunidades vivas y su entorno

abiótico dentro del cual ocurren

movimientos de materia y energía.

ECOSISTEMA

IMPORTANCIA DEL CONCEPTO

(Burns, 1992)

El concepto de ecosistema es un paradigma y concepto

poderoso porque:

• Acepta la complejidad de los sistemas ecológicos.

• Incluye las actividades humanas.

• Su enfoque es holístico (estudia la naturaleza viva como un

todo, no en partes).

• Enfatiza interconexiones entre elementos y eventos

distantes.

• Es el escenario en el que evolucionan las especies.

• Es la unidad de conservación ecológica.

• Es el enfoque para estudiar el funcionamiento de la

biosfera.

Propiedades de los ecosistemas

1. Productividad primaria

Tasa de fijación de materia y energía por

parte de los productores primarios (i.e.,

organismos fotosintetizadores y

quimisintetizadores)

Propiedades de los ecosistemas

3. Tasa de descomposición

Velocidad la cual la materia se conminuta y

reduce a compuestos más sencillos.

Propiedades de los ecosistemas

4. Eficiencias ecológicas

Eficacia con la que un ecosistema y sus

elementos usan la materia y energía para

consumo, asimilación y producción de

tejidos.

Propiedades de los ecosistemas

5. Biomasa en pie

Cantidad de materia viva que tiene un

ecosistema por unidad de área en un

momento dado.

Propiedades de los ecosistemas

6. Velocidad y patrón de ciclaje de

nutrientes (ciclos de materia).

Tasa de movimiento y ruta que siguen los

materiales que constituyen a los seres

vivos.

Propiedades de los ecosistemas

7. Velocidad y patrón de flujo de energía.

Tasa de movimiento y ruta que sigue la

energía dentro de un ecosistema.

Propiedades de los ecosistemas

8. Estructura trófica

Esquema de relaciones alimentarias entre

los elementos de un ecosistema.

Propiedades de los ecosistemas

9. Edad y patrón sucesional

Tiempo y tipo de desarrollo que tiene un

ecosistema.

Propiedades de los ecosistemas

10. Especies clave

Especies que al interior del ecosistema

tienen un impacto más alto del que se

espera por su abundancia.

Diferencias entre el movimiento de

materia y el de energía

A

T

M

Ó

S

F

E

R

A

SUELO, BENTOS, PARTÍCULAS SUSPENDIDAS

PRODUCTORES

PRIMARIOS

CONSUMIDORES

PRIMARIOS

CONSUMIDORES

SECUNDARIOS

SAPRÓFAGOS R

E

S

P

I

R

A

C

I

Ó

N

SOL, rocas

Ciclos biogeoquímicos

Ciclos

sedimentarios o

locales:

P, K, Ca, Mg,

Cu, Zn, B, Cl,

Mo, Mn y Fe

Ciclos

atmosféricos o

globales:

C, H, O, N, S

Vías de entrada y salida de materia

Vía de entrada Vía de salida

•Entrada de ríos

•Precipitación

•Inmigración

•Fijación de la atmósfera

•Liberación de

sedimentos de roca

madre

•Contaminación

•Salida de ríos

•Liberación a la

atmósfera

•Emigración

•Pérdida de sedimentos

•Cosecha por humanos

Mecanismos de movimiento de

materia

• Movimientos de masas de aire (viento y

movimiento vertical).

• Corrientes marinas y mareas

• Surgencias

• Ríos

• Migración animal

• Cadenas alimentarias

• Dispersión biótica (esporas, semillas, quistes,

polen, gametos nadadores, foresia, etc.)

Movimiento de masas de aire Corrientes marinas

Migración de animales Redes alimentarias

Corrientes de agua

SURGENCIAS

• Movimiento vertical de las masas de agua,

de niveles profundos hacia la superficie

FORESIA

• Tipo de comensalismo en el que un

organismo usa de transporte a otro.

Ciclo del agua

Ciclo del carbono

Ciclo del nitrógeno

Ciclo del fósforo

Ciclo del potasio