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ORGANIZACIÓN Y DIVERSIDAD
DE LA BIOSFERA
Autorregulación del ecosistema
Un ecosistema es un sistema cerrado para la materia, aunque abierto para la energía, siendo capaz de autorregularse y permanecer en equilibrio dinámico a lo largo del tiempo, gracias a la interacción entre la biocenosis y los factores físicos del medio.
Autorregulación de nuestro acuario
Si sólo existiera el nivel de productores, su población crecería de forma exponencial hasta que algún nutriente empezara a escasear, convirtiéndose en el factor limitante que provocaría su extinción.
Si introducimos una especie nueva (pez de colores por ejemplo) alteraríamos el ciclo de la materia y su capacidad de autorregulación, por lo que tendríamos que añadir algún factor (comida, oxígeno, …), convirtiéndolo en un ecosistema artificial.
Conceptos de especie, población, comunidad, …
Especie: conjunto de individuos capaces de autocruzarse y cuya descendencia es fértil.
Población: conjunto de individuos de la misma especie que ocupan una misma área geográfica.
Comunidad o biocenosis: conjunto de seres vivos (animales, vegetales, microorganismos) que se desarrollan en un biotopo determinado
Biotopo: espacio físico, natural y limitado, en el cual vive una biocenosis.
Densidad de poblaciones
Las poblaciones sufren variaciones a lo largo del tiempo, y lo podemos apreciar analizando sus curvas de crecimiento.
El crecimiento de una población depende de las tasas de natalidad y mortalidad, así como de la tasa de migración.
Relaciones causales que controlan la densidad de una
población
Natalidad y mortalidad
La natalidad es la capacidad de la población de aumentar el número de individuos. La tasa de natalidad se define como la producción de nuevos individuos por unidad de tiempo referido al total de la población.
b= dN/N·dt La natalidad máxima se da en condiciones
ideales. En condiciones normales se habla de natalidad real o ecológica.
Natalidad y mortalidad
La tasa de mortalidad mide el descenso del número de individuos por unidad de tiempo, referido al total de la población.
m= dN/N·dt Con frecuencia se utiliza el índice de
supervivencia (1-m). La mortalidad no es constante a lo largo del
ciclo vital. Para su estudio se construyen curvas de supervivencia, en las que se refleja cómo desciende el número de supervivientes en función de la edad.
Curvas de supervivencia Tipo I. Las curvas tipo I o convexas
caracterizan a las especies con baja tasa de mortalidad hasta alcanzar una cierta edad en que aumenta rápidamente. Tal es el caso de la mayor parte de los grandes mamíferos, incluido el hombre, con estrategias de la K.
Tipo II. Si la tasa de mortalidad varía poco con la edad, como ocurre en la mayoría de las aves, la curva tiene la forma de una diagonal descendente, normalmente con forma sigmoidea si el número de individuos que muere en cada tramo de edad es más o menos constante.
Tipo III. Las especies r-estrategas sufren una elevada mortalidad en las primeras etapas de vida, larvaria o juvenil, teniendo luego una mayor probabilidad de supervivencia. La curva muestra un pronunciado descenso inicial seguido de una fase más estable
Nº in
dividuos
Edad
Tasa de crecimiento de una población r
Si en una población de 1000 individuos nacen 25 por unidad de tiempo (b=25 por 1000) y mueren 15 (m=15 por 1000), se define la tasa de crecimiento como r:
r=b-m=10 por 1000; r=0,01
Crecimiento de una población
Las variaciones producidas en el número de individuos de una población, a lo largo del tiempo, viene definida por la siguiente ecuación:
dN/dt=r·N– N: núm de individuos– t: tiempo– r: potencial biótico
Potencial biótico o potencial reproductivo r=b-m (tasa de natalidad menos la tasa de mortalidad)
La solución de la expresión diferencial anterior nos permite calcular el tamaño de la población cualquier instante:
Nt= N0·ert
– Nt: nº de individuos en cierto instante t– No: no de individuos en el instante inicial
Crecimiento exponencial (estrategas de la r)
Si la población no encuentra limitaciones, crecería indefinidamente de forma exponencial.
Especies adaptadas a biotopos variables, con un rápido y exhaustivo aprovechamiento del medio.
dN/dt=rN
Resistencia ambiental
Factores externos: pueden ser bióticos (presencia de depredadores, parásitos, competidores) y abióticos (cambios de clima, escasez de alimentos, ocurrencia de catástrofes, modificaciones del hábitat, escasez de agua o ciertos gases, variaciones de pH o de la salinidad, etc.)
Factores internos: el aumento de la densidad de población afecta negativamente a los hábitos reproductores.
Crecimiento logístico (estrategas de la k) El ambiente suele poner
freno al desarrollo de la población (resistencia ambiental), este límite supone la capacidad de carga K, de modo que el crecimiento se detiene cuando el número de individuos de la población llega a ser igual a K.
Estrategas de la K: especies adaptadas a una explotación uniforme y controlada del hábitat. dN/dt=r·N[(K-N)/K]
Control de la resistencia ambiental sobre el potencia biótico r Debido a la
resistencia ambiental se establecen dos bucles de realimentación negativa que afectan al potencial biótico y controlan el número de individuos
TM r TN
P
RA
-- --+
+
+
-
+
-
Fluctuaciones
En realidad las poblaciones no aumentan en número hasta explotar al máximo la capacidad del medio para mantenerse después constantes, sino que fluctúan por encima o por debajo de la capacidad máxima del ambiente.
Las fluctuaciones se deben a cambios físicos del medio, variaciones estacionales o interacciones entre individuos de la población o con los de otras poblaciones.
Gráfica de fluctuaciones del modelo depredador-presa
Especies amenazadas
Cuando las condiciones naturales (cambio climático, por ejemplo) o artificiales (por actuaciones humanas) cambian, puede aumentar drásticamente la resistencia ambiental, suponiendo una amenaza (peligro de extinción) para la supervivencia de determinadas especies.
Se denomina valencia ecológica al campo o intervalo de tolerancia de una especie respecto a un factor cualquiera del medio que actúa como factor limitante.
Especies generalistas y especialistas
Las especies eurioicas son poco exigentes, con amplia valencia ecológica. Suelen ser r estrategas, más tolerantes a las variaciones del medio, son generalistas.
Las especies estenoicas son más exigentes, con valencia ecológica muy estrecha. Suelen ser k estrategas, menos tolerantes pero responden mejor cuando las condiciones del medio les son propicias, con especialistas.
Regulación de la población
Las poblaciones que han alcanzado su estabilidad (equilibrio dinámico), tienden a conservar una densidad de población aproximadamente constante, siempre que las condiciones no varíen. Los mecanismos que regulan la densidad de población se clasifican den dos grupos: Dependientes de la densidad:
propagación de parásitos, competencia, depredación, cantidad de alimento …
Independientes de la densidad (factores climáticos)
Regulación de la comunidad
Las poblaciones no se encuentran aisladas en el medio que habitan sino que se relacionan con otras con las que comparten el territorio, constituyendo una comunidad o biocenosis.
Las interacciones entre las distintas poblaciones actúan como factores limitantes bióticos, permitiendo la existencia de unas en detrimento de otras, contribuyendo así a la estabilidad del conjunto.
Sistema depredador-presa
Los depredadores realizan una importante labor en cuanto se refiere al control del tamaño de poblaciones..
El estudio más clásico fue el realizado por Lotka y Volterra sobre las poblaciones de liebres y linces en el Canadá
La gráfica presenta fluctuaciones, debidas al tiempo de respuesta de las poblaciones. La razón de este comportamiento es explicable mediante la teoría de sistemas.
Relaciones causales D/P
Espacio de fases
En este modelo eliminamos el tiempo reflejando las distintas variables que conforman el sistema. La gráfica es circular y se denomina ciclo límite. Nos permite observar y predecir el número de depredadores en función del número de presas y viceversa.
Sistema Parásito/Hospedador Es una relación binaria, en la que el parásito sale beneficiado y
el hospedador perjudicado. Hay dos clases: ectoparasitismo y endoparasitismo. Cuando han pasado juntos el tiempo suficiente para su
coevolución, el modelo es similar al de D/P, diferenciándose en que el parásito se mantiene de los intereses (el depredador lo hace del capital), por lo que no interesa acabar con la víctima, ya supondría su propio fin. Si no ha actuado el proceso evolutivo, el parásito acaba con el hospedador, ya que éste no ha adquirido las defensas contra él.
Los encuentros no afectan a la mortalidad del hospedante.
Competencia Relación entre individuos de
una (intrespecífica) o más especies (interespecífica) que al utilizar el mismo recurso no pueden coexistir.
La intraespecífica es más dura al tener requerimientos idénticos. Actuará como mecanismo de selección natural.
La interespecífica contribuye a la organización de los ecosistemas (principio de exclusión competitiva).
Un nuevo depredador que atacara a la especie dominante permitiría la coexistencia de ambas.
Nicho ecológico Concepto derivado de la competencia entre
especies: es el conjunto de circunstancias, relaciones con el ambiente, conexiones tróficas y funciones ecológicas que definen el papel desempeñado por una especie de un ecosistema. Su oficio en el ecosistema. Marcado tanto por los factores bióticos como por los abióticos.
Se diferencia de habitat, que es el lugar donde vive una especie. Su dirección en el ecosistema.
Diferenciamos entre nicho potencial (ideal o fisiológico, que satisface todas las necesidades de la especie) y nicho ecológico (real, en condiciones naturales la competencia reduce las posibilidades, la especie ganadora es la mejor adaptada, la especialista)
Biodiversidad Riqueza o variedad de las especies de
un ecosistema y abundancia relativa de los individuos de cada especie.
Engloba tres conceptos (Río 1992):– Variedad de especies (tan importante es la
variedad de especies como el número de individuos de cada una.
– Diversidad de ecosistemas– Diversidad genética (permite la evolución, al
enriquecer los cruzamientos y las posibilidades de adaptación).
Desaparición de especies en las cinco extinciones masivas más significativas
Razones para conservar la biodiversidad1. Conviene conservar la variabilidad genética porque
ésta permite que una parte de la descendencia pueda sobrevivir adaptándose a los cambios el ambiente.
2. Desconocemos aún las propiedades de muchas de las especies naturales existentes. Aproximadamente un tercio de los remedios utilizados contra el cáncer y otras enfermedades procede de los hongos y plantas silvestres (morfina y codeína contra el dolor, la quinina contra la malaria, la vinblastina contra la leucemia)
Tasa de extinción Son muchas las especies desaparecidas o
que se encuentran en peligro de extinción debido a los intereses económicos.
El Indice del Planeta Viviente es un indicador establecido por el PNUMA en colaboración WWF para medir el grado de pérdida de biodiversidad en ecosistemas forestales, de agua dulce u océanos.
En la actualidad la tasa de extinción supone un 32,33%, lo que representa que aproximadamente un tercio del total de las especies registradas está en peligro de desaparecer.
Estado de conservación de la flora y los vertebrados españoles
Causas de la pérdida de biodiversidad
El aumento de la población humana, unido al incremento de la cantidad de recursos naturales utilizados por persona han conducido a:
Sobreexplotación: deforestación, sobrepastoreo, caza y pesca abusivas, coleccionismo, comercio ilegal de especies protegidas.
Alteración y destrucción de hábitats, por cambios en los usos del suelo: ganadería, agricultura, industria, urbanizaciones, extracciones masivas de agua, fragmentación de hábitats naturales, contaminación de agua y aire, cambio climático, incendios forestales.
Introducción y sustitución de especies: en ocasiones de especies foráneas, otras veces modificadas genéticamente.
Medida para evitar la pérdida de biodiversidad (Convenio sobre la Diversidad Biológica, 1993)
(firmado en Río 1992)1. Establecer espacios protegidos: parques
nacionales, parques naturales, reservas de la biosfera …
2. Realizar estudios sobre el estado de los ecosistemas (Huella ecológica, Índice del Planeta Viviente).
3. Decretar y respetar las leyes específicas para la conservación de las especies y de los ecosistemas.
4. Creación de bancos de genes y semillas.5. Fomento del ecoturismo en el que se valore la
conservación de la naturaleza.
Sucesiones ecológicas Variaciones de la biodiversidad con el paso del
tiempo. Un proceso dinámico resultante de la interacción de los
factores bióticos y abióticos en el tiempo, que da lugar a la formación de un ecosistema complejo y estable.
Es un proceso lento y gradual, en el que las poblaciones que son inestables sufren modificaciones, tanto en su composición como en su tamaño, buscando el equilibrio.
La madurez ecológica es el estado en que se encuentra un ecosistema en un momento determinado.
El nivel de máxima complejidad y madurez, de equilibrio con el medio, se denomina comunidad climax.
El proceso inverso por causas naturales o antrópicas y que supone un rejuvenecimiento o involución, se denomina regresión.
Tipos de sucesiones
PRIMARIAS Se producen en territorios
vírgenes que aún no han sido colonizados. Es el caso de las lavas volcánicas, los aluviones, las dunas.
Los primeros organismos en colonizar son los líquenes y musgos, que van formando el suelo, posteriormente bacterias y hongos y las primeras hierbas.
SECUNDARIAS Ocurren en ecosistemas que han
sufrido una regresión que ha interrumpido su camino hacia el clímax o lo ha roto. Todavía se conserva el suelo y parte de la vegetación.
Al cabo de un cierto tiempo, si las condiciones ambientales no han variado, el ecosistema se recupera y continúa con su sucesión o se estabiliza.
Son más cortas y su longitud depende del estado de conservación del suelo.
TiposTipos 2.SUCESIÓN
SECUNDARIA:
La sucesión secundaria parte de una etapa de la serie producida por una perturbación, por ejemplo un incendio.
1.SUCESIÓN PRIMARIA:
La sucesión primaria intenta alcanzar el climax partiendo de una zona desnuda.
Tipos de sucesiones
Primaria
Secundaria
Cambios durante las sucesiones
AUMENTO PROGRESIVO DE LA BIOMASA: Al principio no hay limitación de los recursos disponibles, la producción es muy alta, por lo que se produce un aumento progresivo hasta las etapas finales. Finalmente la respiración iguala a la respiración, excepto cuando se retira la biomasa (cultivo), o se seca la hierba. En estos casos nunca se llegará a la etapa clímax
DISMINUCIÓN DE LA PRODUCTIVIDAD: A más evolución, menos tasa de renovación.
AUMENTO DE LA BIODIVERSIDAD: Tanto en riqueza específica como en diversidad específica. En general las r estrategas son sustituidas por las k estrategas.
AUMENTO DE LOS NICHOS ECOLÓGICOS: Se produce un mayor aprovechamiento y el ecosistema se vuelve más complejo.
AUMENTO DE LA ESTABILIDAD: Se establecen relaciones entre las especies, con múltiples retroalimentaciones, que contribuyen a la estabilidad.
DISMINUCIÓN DEL FLUJO ENERGÉTICO QUE RECORRE EL ECOSISTEMA: Finalmente la energía pasa por muchos organismos por lo que se producen más pérdidas, el reciclado se produce instantáneamente por lo que la materia apenas tiene tiempo de estar en el medio antes de volver a ser capturada.
Regresiones antrópicas Deforestación para fines agrarios:
– La agricultura tradicional tenía por costumbre plantar árboles frutales o dejar setos de vegetación autóctona en las lindes de saparación. En caso de abandono la sucesión era más rápida.
Incendios forestales:– Los incendios naturales provocan un rejuvenecimiento, controlan
el crecimiento de la vegetación e impiden la existencia de otros más mayores y más devastadores.
– Su uso para fines de pastoreo va dejando el suelo expuesto a la erosión y sin humus.
– La longitud de la sucesión va a depender de la magnitud del incendio, del estado del suelo y de la existencia de semillas resistentes.
– En los ecosistemas mediterráneos las oleadas de incendios y las especies pirófilas han puesto en peligro la regeneración del bosque autóctono de encinas y robles.
Introducción de nuevas especies:– Conejos en Australia, además de ovejas, perros, gatos, etc– En España: el visón americano, el mejillón cebra, la perca, el
lucio, el cangrejo americano.
