5. Factores limitantes de la producción primaria. UT 4. SISTEMA BIOSFERA 5. Factores limitantes de la producción primaria.

5. Factores limitantes de la producción primaria Los principales factores limitantes de la producción primaria son los siguientes: • Humedad y temperatura Estos dos factores limitan la producción primaria en las áreas continentales, y la eficiencia fotosintética aumenta al hacerlo ambos parámetros. • La falta de nutrientes La presencia de los nutrientes necesarios para la biosíntesis de ciertas moléculas orgánicas es un condicionante importantísimo para la eficiencia fotosintética. • La luz y la disposición de las unidades fotosintéticas Salvo en las profundidades oceánicas, no es muy común en los continentes que la falta de luz limite la producción primaria. Sin embargo, la propia estructura y el aparato fotosintético de los cloroplastos constituye por sí mismo un factor limitante. Eficiencia = Pb (E asimilada)/E solar incidente (valores < 2%) Eficiencia = Pneta (E incorporada)/Pbruta (E total asimilada) 2

5. Factores limitantes de la producción primaria Producción → cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico. Producción primaria → energía fijada por los organismos productores o autótrofos (base de las cadenas tróficas). Factor ecológico → magnitud ambiental que varía y afecta a los seres vivos (si es constante no es un factor ecológico, por ej. la gravedad). Ejemplos: luz, pH, temperatura, salinidad, humedad, nutrientes, espacio… Una de las mayores preocupaciones de la humanidad es como aumentar la cantidad de alimentos (aumento de la producción primaria por vía fotosintética) → Hay que controlar los factores que limitan la producción primaria.

5. Factores limitantes de la producción primaria Ley del mínimo (Liebig): el crecimiento de una especie vegetal está limitado por la ausencia del único elemento que está en cantidad inferior a la mínima necesaria. Se le llama factor limitante.

5. Factores limitantes de la producción primaria Principales factores limitantes de la producción 1ª: Humedad Temperatura Falta de nutrientes Ausencia de luz La cantidad de luz solar utilizada para la fotosíntesis es muy pequeña (0.06/0.09% de la luz incidente) y se denomina energía interna. Para que la producción primaria sea posible se necesita un aporte de energías externas.

5. Factores limitantes de la producción primaria Energías externas, de apoyo o auxiliares → aquellas de procedencia solar que son necesarias para la producción primaria: Mueven el ciclo del agua Originan los vientos y los desplazamientos de agua Condicionan las variaciones de Tª, lluvias… Mueven los nutrientes de unos sistemas a otros

5. Factores limitantes de la producción primaria Energías de apoyo que aportan los seres humanos para luchar contra los factores limitantes: Maquinaria para labrar la tierra Sistemas de riego contra la falta de humedad Uso de plaguicidas Instalación de invernaderos contra las bajas temperaturas Abonos químicos (nutrientes) Semillas selecionadas

5. Factores limitantes de la producción primaria Vamos a ver los principales factores limitantes de la producción primaria y algunas energías externas necesarias para solventarlos o controlarlos: Humedad Temperatura Falta de nutrientes Ausencia de luz

5.1. Temperatura y humedad Estos dos factores limitan la producción primaria en áreas continentales. La actividad fotosintética aumenta al aumentar la temperatura y la humedad. Pero si la temperatura aumenta demasiado, la fotosíntesis decrece bruscamente, al desnaturalizarse los enzimas fotosintéticos → La más abundante es la RuBisCo. Ribulosa 1,5 Bifosfato Carboxilasa Oxigenasa, es una enzima de oxígeno que se encuentra en los cloroplastos, denominada de una manera más simple como oxigenasa

1. Temperatura y humedad. Durante la fotosíntesis, las reacciones pueden seguir dos rutas metabólicas diferentes, según la doble actuación de la Rubisco. Rubisco (Ribulosa 1,5 bis P carboxilasa-oxidasa): tiene una doble actividad, ya que las reacciones pueden seguir 2 rutas metabólicas diferentes. Depende de la concentración en el medio de CO2 y O2

1. Temperatura y humedad. Fotosíntesis (carboxilación): se produce cuando la concentración de ambos gases es la normal en la atmósfera (21% de O2 y 0.003% de CO2) La enzima actúa facilitando la incorporación de CO2 con lo que se produce materia orgánica (glucosa) y se desprende Oxígeno. Fotorrespiración (oxidación): se produce cuando la concentración de O2 es superior y la concentración de CO2 es baja. La enzima actúa ralentizando la fotosíntesis porque se induce el proceso de la Fotorrespiración, que ocurre a la vez que la fotosíntesis. En este proceso no se produce glucosa, se consume O2 y se desprende CO2 La fotorrespiración resta eficiencia fotosintética (-30%-50%).

1. Temperatura y humedad. Según tenga lugar uno o ambos procesos, las plantas terrestres se subdividen en: Plantas C3: Trigo, patata, arroz, tomate Plantas C4: Maíz, caña de azúcar. Dependiendo del número de Carbonos que tiene el primer compuesto de la fotosíntesis. Todas las plantas son fijadoras de carbono, gracias a que poseen un ciclo fotosintético, siendo este el proceso mediante el cual, la energía luminosa se transforma en energía química. La ruta seguida por cada una supone una adaptación a las diversas condiciones de humedad y a la eficiencia en el uso del agua.

1. Temperatura y humedad. Temperaturas calientes → Pérdidas de agua: Cuando se abren los estomas para que entre CO2 también puede salir agua. Durante el día (cuando la temperatura es más alta) se pierde agua al abrir los estomas para hacer la fotosíntesis. Esto ocurre en la mayoría de las plantas, las llamadas C3. Es un problema cuando el clima es caluroso y seco. Hay dos posibles soluciones: Plantas C4 y plantas CAM.

1. Temperatura y humedad. C4 C3

1. Temperatura y humedad.

PLANTAS C3 Las plantas C3 en su mayoría son arbóreas. Se llaman así porque el dióxido de carbono primero, se incorpora en un compuesto de 3 átomos de carbono (3-fofoglicerato). Mantiene los estomas abiertos durante el día y los cierra por la noche --> pérdida de agua Sequía --> cierre de estomas --> Disminuye la concentración de CO2 --> marcada fotorrespiración (incorporación de O2 en presencia de luz solar) y pierden eficiencia en la fotosíntesis. Estas plantas son muy competitivas en climas templados y húmedos

Ejemplos de plantas C3: Eucaliptus Pino Cebada Trigo Patata Tomate

PLANTAS C4 Son plantas en su mayoría tropicales. Se les llama C4 porque el CO2 primero es incorporado a un compuesto de 4 átomos de carbono (ac. oxalacético). Las plantas C4 tienen fotorrespiración (incorporación de O2 en presencia de luz solar) mínima y aprovechan la mayor parte del proceso fotosintético. Estas plantas son más competitivas en climas secos con largos periodos de aridez y con baja humedad relativa.

Ejemplos de plantas C4: Maíz Caña de azúcar Remolacha azucarera Cereales (avena, centeno, etc.)

PLANTAS C4 en climas desérticos --> PLANTAS CAM A estas plantas se les conoce con el nombre de CAM, porque el CO2 es almacenado en forma de ácidos antes de ser usado en la fotosíntesis. Fijan el CO2 durante la noche y cierran los estomas por el día. Son las plantas adaptadas a condiciones de temperatura y sequedad extrema. El nombre viene de Metabolismo ácido de las crasuláceas.

PLANTAS C4 en climas desérticos --> Fijan el CO2 durante la noche y cierran los estomas por el día.

Ejemplos de plantas CAM: Aloe Vera Ananas comosus (piña tropical) Cactus.

1. Temperatura y humedad. Temperaturas frías: estrategias adaptativas: Predominio de herbáceas anuales (pasan el invierno como semillas). Desarrollo de estructuras subterráneas (bulbos, tubérculos…) Existencia de un fotoperíodo (época de máximo desarrollo de hojas y flores).

2. Falta de nutrientes. Nódulos de Rhizobium en raíces de leguminosas El CO2 no es un factor limitante, pues está en la atmósfera. El P es el principal factor limitante de la producción primaria. El N es el segundo factor limitante. Cuando falta aparecen microorganismos fijadores del N2 atmosférico. La necesidad de energías externas. Los productores realizan la fotosíntesis y los descomponedores degradan la materia orgánica descomponiéndola en nutrientes utilizables de nuevo por los productores, cerrándose el ciclo de materia.

2. Falta de nutrientes. Para reciclar nutrientes el principal problema es la distancia entre los productores y los descomponedores, entre el lugar de producción de la materia orgánica y el lugar de su degradación. Si esta distancia es grande (océanos) → Se necesitan energías externas para conseguirlo. Se gasta energía externa en transportar los nutrientes de vuelta a las zonas de producción. Esta energía externa puede ser natural (vientos, ciclo del agua…) o artificial (fertilizantes).

2. Falta de nutrientes. En ecosistemas acuáticos esta distancia es mayor: la fotosíntesis ocurre en la superficie (primeros 200 m) el fondo → degradación de microorganismos (descomponedores). Los nutrientes: ascienden en zonas de afloramiento (corrientes verticales), llegan por aportes continentales (ríos), como las plataformas costeras, que son zonas de elevada productividad por el oleaje que agita los fondos y lo que llega de los ríos llegan por corrientes superficiales marinas.

2. Falta de nutrientes. En ecosistemas terrestres se requiere un menor gasto de energías externas para el reciclaje de nutrientes porque la distancia es pequeña (productores - descomponedores): de la copa del árbol al suelo (unos 20 m, o de 0,1 a 0,5 m en las herbáceas). Sólo puede llegar a ser más grande por lixiviado o por explotación humana.

Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú. Es una zona de afloramiento a consecuencia del vacío de agua que generan los vientos alisios → Estos vientos también arrastran las nubes hacia el océano, por lo que la costa peruana es árida y seca. Nivel trófico de los seres vivos de la figura: Productores: fitoplancton. Consumidores primarios: zooplancton; secundarios: anchovetas; terciarios: atunes y aves marinas. Descomponedores: bacterias.

Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú. ¿Por qué es alta la productividad en este lugar? Porque hay energía externa (el viento), que acerca (corrientes) los nutrientes desde el fondo marino hasta la zona iluminada, donde ocurre la fotosíntesis. Bucle de retroalimentación +. El bucle es positivo y la pesca no decae por el aporte extra de nutrientes por el afloramiento. Esto permite que se pueda seguir extrayendo energía del sistema, en forma de alimentos.

Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú. ¿Por qué la costa es árida? Los vientos alisios, además de generar la corriente marina superficial que provoca el afloramiento, también se llevan las nubes hacia el oeste del Pacífico, dejando una zona sin humedad, seca y árida. ¿Qué otras zonas de la Biosfera (en todo el planeta) son también de afloramiento? Son zonas situadas al lado de grandes desiertos: California, Atacama, Sahara, Namibia.

Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú. ¿Qué ocurriría si amainasen los alisios? ¿Qué pasaría con la pesca? Si no hay alisios, las nubes se quedan ahí y lloverá en las costas de Perú. Es el fenómeno de El Niño (u Oscilación Meridional), en el que se caldea el agua superficial y se forma una borrasca. Ocurre cada 3-5 años y dura 18 meses, teniendo su máximo en Navidad, de donde le viene el nombre. Por otra parte, se acabaría el afloramiento, lo que reduciría la cantidad de fitoplancton y de peces.

3. Luz y disposición de las unidades fotosintéticas En los continentes la luz no limita la producción primaria. El factor limitante en los continentes es la estructura y el aparato fotosintético de los cloroplastos. La luz llega a los sistemas de captación o fotosistemas, en los cloroplastos, que tienen: Muchas moléculas captadoras (clorofilas, carotenos), que actúan de antena. Un solo centro de reacción (molécula de clorofila especial).

3. Luz (disposición de las unidades fotosintéticas). Al aumentar la intensidad de la luz, aumenta la fotosíntesis (aumenta la producción primaria), hasta que se satura. En este momento están ocupados todos los centros de reacción. Además, los sistemas de captación se hacen sombra unos a otros.

Actividad: Bancos pesqueros de Terranova, Canadá. Plataforma costera de poca profundidad donde chocan las corrientes fría del Labrador con la cálida del Golfo. Allí se concentran grandes cantidades de capellinos (~sardinas). ¿Hay factores limitantes de la producción primaria? No hay factores limitantes, pues hay energías externas: Oleaje que agita los fondos (por tener poca profundidad). Choque de corrientes de distinta temperatura. La escasa profundidad hace que haya luz suficiente para la fotosíntesis.

Actividad: Bancos pesqueros de Terranova, Canadá. Cadena o red trófica, con las relaciones causales. Aves (Gaviotas, alcatraces) Fitoplancton  Zooplancton  Capellinos  Peces (Bacalao) Mamíferos (Focas, ballenas) ¿Qué problemas supone la pesca excesiva? La sobrepesca lleva a la esquilmación de la fauna marina; por lo que es insostenible. ¿Qué medidas se deben tomar para paliar la situación de sobrepesca? No pescar a un ritmo mayor que el tiempo de regeneración (Reglas de Herman Daly o Principios del Desarrollo Sostenible).