Pedro Astudillo Webster Ecología General Pedro Astudillo Webster

Historia Natural y Medio Ecosistemas Es el conjunto de sistemas bioticos (organismos) y abioticos (elementos) Todos estos elementos están interactuando entre si

Historia Natural y Medio Ecosistemas La línea que separa los ecosistemas es muy fina Los cambios se van haciendo gradualmente Todos los ecosistemas actúan recíprocamente con otros ecosistemas. Las semillas se dispersan, los animales migran, y el agua y el aire fluyen llevando organismos, sus productos, y residuos de un lugar a otro

Historia Natural y Medio Niveles de organización Biosfera

Historia Natural y Medio Ecosistema

Historia Natural y Medio Comunidad

Historia Natural y Medio Población

Historia Natural y Medio Individuo

Historia Natural y Medio Ecosistemas Todos estos elementos interactúan entre si Recirculación (los materiales del ambiente abiótico) Flujo unidireccional (autótrofos) Herbívora Predación Reciclamiento depende de organismos

Historia Natural y Medio Ecosistemas Esta combinación entre elementos bióticos y abióticos, por donde fluye la energía y circulan materiales se conoce cómo sistema ecológico (ecosistema) ¿La tierra podría verse como un ecosistema único?

Historia Natural y Medio Ecosistemas Eventualmente podría La escala a valorar Ejemplo: Estudio de elementos de circulación “universal” CO2; O2; H2O Depende del enfoque

Historia Natural y Medio Ecosistemas ¿Un acuario un terrario podría considerarse un ecosistema?

Historia Natural y Medio Ecosistemas Eventualmente podría La escala a valorar Estos ensayos representan “modelos” que sirven para valorar ciertos procesos ecológicos. Ej: Bioacumulación Depende del enfoque

Historia Natural y Medio Ecosistemas Una buena parte de los estudios se han hecho sobre unidades naturales

Historia Natural y Medio ¿Cómo funcionan los ecosistemas? Proceso en investigación y conocimiento (escala pequeña) Todos los ecosistemas están influenciados por los factores ambientales ENERGÍA SOLAR. LA ATMÓSFERA. VIENTO. CONDICIONES METEREOLÓGICAS.

Historia Natural y Medio La vida de la tierra depende del SOL Ej Meteorología Los patrones de viento 1,94 caloría por cm2 por minuto cantidad de energía calorífica necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua pura, a una atmósfera de presión Una caloría (cal) equivale exactamente a 4,1868 julios (J)

Historia Natural y Medio Es una pequeña fracción de energía de la generada por el sol Gracias a la atmósfera una pequeña fracción aún está a disposición de los organismos

Historia Natural y Medio La influencia de la atmósfera

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Historia Natural y Medio Flujo de energía Es el factor más importante en la organización de los ecosistemas Una fracción muy pequeña (3% del 0.1%) es usado para la fotosíntesis Da como resultado varias millares de materia orgánica (CO2, H20 y minerales) 120 mil millones de toneladas métricas de materia orgánica por año en el mundo

Historia Natural y Medio Niveles tróficos El paso de energía de un organismo a otro ocurre a la largo de una cadena trófica (alimentaria) Secuencia de organismos relacionados unos con otros Determina los niveles tróficos (alimentarios)

Historia Natural y Medio Niveles tróficos En los ecosistemas estas cadenas o niveles presentan muchas interconexiones Así un nivel puede estar representado por la base de organismos asociados a muchos otros

Historia Natural y Medio Niveles tróficos La relación de cada especie con otra es esta trama de interconexiones define la dimensión del nicho ecológico Nicho ecológico = El papel o el rol que cumple una especie en un hábitat determinado

Historia Natural y Medio El ingreso de energía - Productores En la tierra ingresan 1.5 millones de Calorías (forma de luz) por año 3000

Historia Natural y Medio 280 calorías (aprox.) 70 – 80 calorías (aprox.)

Historia Natural y Medio 10 km/h 15 min. 183 calorías

Historia Natural y Medio El ingreso de energía - Productores El 30% la atmósfera se encarga de reflejarlo al espacio Otro 20% es absorbido y es irradiado en forma de calor La diferencia llega a la corteza terrestre y es mayormente absorbida por rocas, suelo y agua

Historia Natural y Medio El ingreso de energía - Productores Únicamente 1 – 2% de la energía solar que llega ingresa a los ecosistemas 60 Big Macs por metro cuadrado y por año

Historia Natural y Medio El ingreso de energía - Productores Las regiones tropicales, cercanas al Ecuador reciben 2.5 veces más luz que la de los polos Los patrones de luz en el ecuador son más regulares que en los polos

Historia Natural y Medio El ingreso de energía - Productores La energía solar ingresa a los ecosistemas por medio de la FOTOSÍNTESIS PRODUCTORES

Historia Natural y Medio Energía fluye - Productores DOS GRANDES GRUPOS Heterótrofos Hetero= Otro Trofo= nutrir Autótrofos Auto= de si mismo Trofo= nutrir Productores primarios Consumidores

Historia Natural y Medio Productores primarios El primer nivel trófico (siempre la base) Ecosistemas terrestres Ecosistemas acuáticos Plantas Algas Organismos fotosintéticos usan el sol para hacer carbohidratos Energía Química

Historia Natural y Medio Productores primarios Los productores primarios sobrepasan en peso a los consumidores El 99% de toda la materia orgánica del mundo está constituida por plantas y algas ¿Cuál es la energía disponible a partir de los productores?

Historia Natural y Medio Productores primarios Productividad bruta Productividad neta La cantidad de energía que los organismos asimilan en un nivel trófico (tasa) La cantidad de energía que los organismos asimilan en un nivel trófico (tasa) Menos la cantidad de energía utilizada para el metabolismo (sustento) MENOS DISPONIBLE

Historia Natural y Medio El diagrama anterior muestra el flujo unidireccional de energía y el reciclado de materiales. PG = producción bruta; PN = producción neta; P = producción heterotrófica; R = respiración.

Historia Natural y Medio Productores primarios BIOMASA El Peso seco total de los organismos, en un nivel trófico, en un momento dado Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen. Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Historia Natural y Medio Productores primarios ¿La aplicación de la biomasa? PESO Productividad primaria neta Comparaciones a escala de ecosistema (productividad) ecosistemas conservados mayor productividad sostenida en el tiempo

Historia Natural y Medio Ecosistemas terrestres Ecosistemas acuáticos Factores que influyen la productividad Factores que influyen la productividad Intensidad y duración de la luz. Temperatura. Precipitación. + Disponibilidad de elementos esenciales

Historia Natural y Medio Heterótrofos Aquellos organismos que no producen alimento Consumidores Descomponedores Consumen organismos muertos Consumen otros organismos

Historia Natural y Medio Heterótrofos Descomponedores Carroñeros Saprofitos Animales en los primeros estados de putrefacción Organismos en alto grado de descomposición Sapro = putrefacto; fito= planta

Historia Natural y Medio Heterótrofos Consumidores Consumidores Primarios Consumidores Secundarios, Terciaros…. Predadores…. Son divididos en función de su especialización

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Historia Natural y Medio TODA ESTA MALLA DE ORGANISMOS QUE CONSUMEN A OTROS Cadena Alimenticia Cadena Trófica Los organismo son enormemente flexibles acerca de lo que ellos pueden comer Puede existir enorme diversificación de enlaces entre organismos

Historia Natural y Medio Colector-Excavadores Trituradores Colector-Recolector Colector-Filtradores Carnívoros

Historia Natural y Medio Heterótrofos Ecólogos asignan a los organismos en la cadena alimenticia Diferentes niveles tróficos La posición en dónde obtienen alimento Sin embargo casi todas las especies no tienen una dieta estricta / exclusiva

Historia Natural y Medio Heterótrofos Estas variaciones podrían deberse a: La estación climática Disponibilidad de alimentos Oportunismo de la especie El tamaño, edad e incluso el sexo Es asignado a un nivel trófico por el % de dónde obtiene energía

Historia Natural y Medio Heterótrofos OMNÍVOROS Especies que obtienen el alimento de diferentes niveles Dependen de la disponibilidad de alimentos En lugares con baja disponibilidad de recursos se puede encontrar cerca del 80% de omnívoros (desiertos) OPORTUNISTAS

Historia Natural y Medio Cada ecosistema tiene muchas interconexiones en cadenas alimenticias El conjunto de todas las cadenas alimenticias en un ecosistema se conoce como red alimentaria Esta define el desempeño de un ecosistema

Historia Natural y Medio La energía (expresada en recurso de alimento) es dinámica y cambia en el tiempo En un año podrían existir pocos niveles tróficos En otro la explosión de recursos podría evidenciar una diversificación de niveles

Historia Natural y Medio Eficiencia ecológica La cantidad de recursos convertible en biomasa Esta depende principalmente de la eficiencia de asimilación Proporción de energía consumida que se asimila Eficiencia de producción neta Energía asimilada utilizada en crecimiento, almacenamiento y reproducción

Historia Natural y Medio Eficiencia ecológica En las plantas la eficiencia está definida por la relación Productividad neta vs. Productividad bruta 75 – 85% 40 – 60% Mayor temperatura, mayor pérdida por respiración

Biomasa sobre le nivel del suelo Biomasa en pastizales

Historia Natural y Medio Eficiencia ecológica, consumo Los consumidores primarios hasta un 80% de energía de las semillas Herbívoros 60-70% de la vegetación joven Herbívoros 30-40% de la vegetación regular Descomponedores alrededor del 15% El alimento de origen animal es más digerible que el vegetal (PREDADORES alrededor del 90%)

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Historia Natural y Medio Transferencia de energía, estructura del ecosistema Definen estructura del ecosistema Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos Determinado en función de la cantidad de organismos y biomasa presente

Historia Natural y Medio Gran biomasa en los productores (Ecosistemas terrestres)

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Historia Natural y Medio Mayor biomasa en niveles medio (Ecosistemas acuáticos) La pirámide es invertida solo cuando hay grandes tasas de reproducción

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Historia Natural y Medio Mayor Biomasa

Historia Natural y Medio Tiempo de residencia Tiempo residencia (años) = Biomasa / Productividad neta 20 días 23 años Tasa de reproducción permite el reemplazo de individuos= Menor biomasa

Historia Natural y Medio Reciclamiento de materiales en los ecosistemas Es habitual que algo de la energía de la biosfera escape hacia el espacio Calor Luz Humedad relativa

Historia Natural y Medio Reciclamiento de materiales en los ecosistemas Los nutrientes están moviéndose de un nivel trófico hacia otro Van cambiando de forma A diferencia de la energía, estos nutrientes rara vez escapan de la biosfera

Historia Natural y Medio Reciclamiento de materiales en los ecosistemas Algunas integran Algunas integran

Historia Natural y Medio Reciclamiento de materiales en los ecosistemas Integrando Un átomo de carbón Pudo haber sido parte de muchos otros elementos El paso de estos materiales entre elementos bióticos y abióticos se conoce como CICLO BIOGEOQUÍMICO

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Historia Natural y Medio Reciclamiento de materiales en los ecosistemas Oxígeno Nitrógeno Fósforo Reciclan por medio de procesos biogeoquímicos

Historia Natural y Medio Reciclamiento de materiales en los ecosistemas Elemento % en la atmósfera Nitrógeno 78 Oxígeno 21 Argón 0.934 Agua 0.10 – 1.0 Dióxido de Carbono 0.035 Neón Trazas Helio Metano

Historia Natural y Medio Ciclo carbono El CO2 se mueve desde las plantas hacia los consumidores , agua y aire. Regresa hacia las plantas y otros productores El proceso libera Oxígeno Fotosíntesis integra el carbono a los productores Consumidores usan el oxígeno para quemar Carbono Cambia al integrar azúcares Liberar oxígeno de nuevo

Historia Natural y Medio Ciclo carbono Locación Billones toneladas Petróleo 25. 000.000 (60%) Depósitos sedimentos 16. 000.000 (39%) Océanos 30. 000 (0.07%) Organismo vivos 3. 000 (0.007%) Atmósfera 635 (0.0015%) Humanos liberan por década 80

Historia Natural y Medio Precipitación en el océano Ciclo del agua Precipitación en continentes Evaporación Deshielo Flujo en el suelo Transpiración

Historia Natural y Medio Ciclo del agua El agua está íntimamente conectada con la vida Los vertebrados son 50 a 60 % agua La plantas incluso más Las plantas utilizan 500 g de agua por cada gramo de biomasa producida

Historia Natural y Medio Ciclo del agua Parte de esta agua es utilizada para la formación de azúcares La mayoría pasa sin sufrir mayores cambios Transporte de nutrientes Turgencia El agua corre a través de los ecosistemas acarreando minerales, sustancia orgánicas, organismos y desperdicios El agua sale por la transpiración

Historia Natural y Medio Ciclo del agua El agua % Océanos 97 Agua dulce 3 Glaciares 97 (del agua dulce) Freáticas 29 (del agua dulce) Agua superficial 1% (del agua dulce)

Historia Natural y Medio Ciclo del nitrógeno Fijación Nitrógeno en el aire Bacterias desnitrificantes Bacterias nitrificantes Bacterias nitrificantes Asimilación por plantas

Historia Natural y Medio Termodinámica La materia está constituida por un conjunto de átomos (definen moléculas)

Historia Natural y Medio Termodinámica Estados de la materia Distancia y orientación fijas Sólido Distancia fijas, orientación variable Distancia enormes y mayores al tamaño molecular, altas variaciones Líquido Gaseoso

Historia Natural y Medio Termodinámica Gases Difíciles de describir VOLUMEN PRESIÓN COLISIONAR TEMPERATURA

Historia Natural y Medio Termodinámica GASES Intenta describir el comportamiento del sistema no de la partícula individual SISTEMA ECOLÓGICO Descripción macroscópica Sistema en conjunto

Historia Natural y Medio Llevar un estado inicial a otro final, por medio de una sucesión de estados de equilibrio Estado de equilibrio Concepto básico Presión Volumen Temperatura (no cambian)

Historia Natural y Medio Concepto básico La Energía del Sistema PARTÍCULA = ORGANISMO (especies) Sumatoria de las energías de todas sus partículas Las partículas presentan energía cinética (movimiento, transferencia)

Historia Natural y Medio Concepto básico La Energía del Sistema Incrementa el volumen Disminuye el volumen Disminuye la energía Aumenta la energía (interna) El sistema realiza trabajo Hay un trabajo sobre el sistema

Historia Natural y Medio El sistema realiza trabajo Hay un trabajo sobre el sistema

Historia Natural y Medio Concepto básico El calor Transferencia de energía, intervienen muchas partículas Energía intercambiada entre el sistema y el medio (choque de moléculas) El calor no es energía interna. Una sustancia tiene energía debido a su T°C (microscópica – molecular)

Historia Natural y Medio Concepto básico Calor positivo = Fluye al sistema (incrementa energía) Calor negativo = Fluye desde el sistema (disminuye energía)

Historia Natural y Medio Primera ley de la termodinámica El principio de conservación de energía A cada sistema le corresponde una energía interna A - B Incremento de volumen (biomasa) Trabajo

Historia Natural y Medio Primera ley de la termodinámica El principio de conservación de energía Transformación cíclica Cambio de energía es 0 Diferentes tasas de luz, migraciones, patrones de disturbio, humedad, T°C Complicado llegar al estado de equilibrio

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Principio general que impone restricciones a la dirección en la transferencias de calor Va “más allá” que la primera ley

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Motores térmicos No es posible que una cantidad de calor que salga de un sistema pueda ser usada en su totalidad en su trabajo Productividad neta La energía que ingresa vs la disponible (menos el procesos de mantenimiento) Biomasa

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Refrigeradores Es imposible que el calor fluya desde un cuerpo frío hacia una más caliente, sin necesidad de trabajo Nutrientes TRABAJO DEL SISTEMA = ORGANISMOS Sitios de menores locaciones hacia mayores Ciclos Biogeoquímicos

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Entropía Procesos cíclicos la entropía aumenta o permanece igual Entropía Medida del desorden / multiplicidad del sistema Energía no disponible para realizar el trabajo

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Entropía Sistemas evolucionan de forma natural del orden al desorden Orden Trabajo

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Entropía Los sistemas naturales muestran orden, ¿Aplica la segunda ley? Agua y Carbono (desorden) Glucosa (orden)

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Entropía Termodinámica funcionamiento del sistema, no en específico sobre las partículas (macro)

Historia Natural y Medio Segunda ley de la termodinámica Estación climática Los organismos son muy flexibles en donde conseguir el alimento (energía) Luz Tamaño, edad, sexo