LA BIOSFERA.

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1 LA BIOSFERA

2 O. INTRODUCCIÓN 1. AUTOECOLOGÍA 1.1. El medio 1.2. El sustrato 1.3. Factores abióticos y adaptaciones. (Temperatura, luz, humedad, presión y salinidad). 2. ECOLOGÍA DE POBLACIONES. 2.1. Concepto de población. 2.2. Relaciones intra-específicas. 2.3. Relaciones inter- específicas. 2.4. Distribución de los organismos. 2.5. Dinámica de las poblaciones. 2.6. Nicho ecológico y habitat. 2.7. Sucesión ecológica y concepto de madurez. 2.8. Biomas 2.9. Biodiversidad (UD.11 de Coordinación PAEG) 3. SINECOLOGÍA. 3.0 Márgenes de tolerancia y factores limitantes. 3.1. Concepto de biosfera. 3.2. Relaciones tróficas. 3.3. Flujo de energía. 3.4. Reciclado de materia. 3.5. Parámetros tróficos 3.6. Pirámides ecológicas. 3.7. Ciclos biogeoquímicos. 3.8. Factores limitantes de la producción primaria.

3 0. INTRODUCCIÓN La Ecología es la ciencia que estudia los ecosistemas. Es probable que la primera definición fuera la que dio Ernst Haeckel en 1870: “entendemos por ecología el conocimiento referente a la economía de la naturaleza". La ecología rebasa el ámbito concreto de la biología para entrar también en el campo de la geología. Etimológicamente proviene del vocablo griego oikos “lugar donde se vive (casa)” y por tanto estudia los seres vivos en el lugar donde viven. La Ecología es la ciencia que estudia las relaciones entre los seres vivos o grupos de seres vivos y su medio. Según Ramón Margalef, es la biología de las poblaciones. Puede dividirse en tres ramas: - AUTOECOLOGÍA. Estudia las relaciones de los seres vivos con las características físico-químicas del medio. Trata de explicar la abundancia y distribución de una especie en una zona determinada. - ECOLOGÍA DE LAS POBLACIONES. Estudia los factores que influyen en el crecimiento de una población. - SINECOLOGÍA. Estudia el funcionamiento de los ecosistemas, sus ciclos de materia y sus flujos de energía. Puede estudiarse desde dos puntos de vista: + Descriptivo o estructural. + Dinámico o funcional. 1. El punto de vista estático (sinecología descriptiva o estructural), que consiste en describir los grupos de organismos existentes en un medio determinado. Obteniéndose así los conocimientos precisos sobre una composición específica de grupos, abundancia, frecuencia, constancia y distribución espacial de las especies constitutivas. 2. El punto de vista dinámico (sinecología funcional), con dos aspectos. Se puede describir una evolución de dos grupos y examinar las influencias que los hacen aparecer en un lugar determinado. Se puede también estudiar los transportes de materia y de energía entre los diversos constituyentes de un ecosistema, o que conduzca a las ideas de cadena alimentaria, de piramide, de biomasa y de energía, de productividad y de rendimiento. Esta última parte constituye lo que se llama "sinecología cuantitativa".

4 Algunos conceptos fundamentales.
- EL BIOTOPO. Es el conjunto formado por el medio, el sustrato y los factores ambientales abióticos que afectan a los seres vivos. 1. El medio, es el fluido que envuelve a los organismos y puede ser el aire (aéreo) o el agua (acuático). 2. El sustrato, es la superficie en la que se desplazan, se apoyan o se fijan los organismos. Puede ser el suelo, el agua, la superficie de otros seres vivos o de sus restos, etc. 3. Los factores ambientales abióticos, son los factores físico-químicos: la temperatura, la luz, la humedad, etc. - LA BIOCENOSIS. Es el conjunto formado por las poblaciones de seres vivos que habitan en un lugar determinado y las relaciones que se establecen entre los individuos (de una misma población o diferentes).

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7 1. AUTOECOLOGÍA 1.1 EL MEDIO Se denomina medio al conjunto de sustancias que constituyen el fluido que rodea a los seres vivos. En la biosfera existen dos medios: el aéreo y el acuático. Ambos no están separados del todo pues en el aire existe humedad y en el medio acuático existen gases disueltos. A) El medio acuático, está representado por los mares, ríos, lagos, etc. Su extensión corresponde al 70% de la superficie terrestre. Según la zona que habitan, los seres vivos se dividen en cuatro grupos: 1. Neuston, asociados a la película superficial del agua (gracias a la tensión superficial del agua). Ej. Zapateros (Gerris lacustris). 2. Plancton, seres vivos que flotan a la deriva cerca de la superficie. Comprende el fitoplancton (vegetal) o zooplancton (animal). 3. Necton, conjunto de animales nadadores, como los peces. 4. Bentos, grupo de organismos que viven sobre los fondos marinos y lacustres.

8 B) El medio aéreo, fluido formado por la zona de la atmósfera próxima
a la superficie terrestre. La mezcla de gases se conoce por “aire” y se compone básicamente de N2 (78%) O2 (21%), CO2 (0,03%), vapor de agua, etc. Los organismos que viven en este medio necesitan desarrollar estructuras de sostén que impidan su aplastamiento por efecto de la gravedad (esqueletos de animales, cormo vegetativo…).

9 1.2 EL SUSTRATO Se denomina sustrato al “conjunto de sustancias que forman la superficie en la que se fijan, apoyan o desplazan los organismos”. Los principales son: el suelo, el agua y el cuerpo de otros seres vivos. a) El suelo. Sustrato más importante del medio aéreo. Capa de la superficie terrestre formada por productos de alteración de rocas, junto con los restos orgánicos de los seres vivos. Es el resultado de la interacción entre litosfera, biosfera, atmósfera e hidrosfera. b) El agua. Sustrato propio del medio acuático. Los animales que viven en el agua tienen adaptaciones especiales (forma del cuerpo, métodos de fijación al fondo …). c) El cuerpo de otros seres vivos. Sustrato de los organismos parásitos. Poseen órganos especiales para la fijación al cuerpo del hospedador y su aparato digestivo suele estar poco desarrollado.

10 1.3. FACTORES ABIÓTICOS Y ADAPTACIONES
Son las variables fisico-químicas del medio que influyen en la vida de los organismos. Los principales factores son: la temperatura, la luz, la humedad, la salinidad, la presión y las corrientes del medio. Se denominan límites de tolerancia a aquellos a partir de los cuales no puede sobrevivir. El intervalo entre esos valores es la amplitud de tolerancia de una determinada especie. Para indicar si es grande o pequeña se emplean los prefijos euri- (amplio) y esteno- (estrecho). Márgenes de tolerancia y factores Todos los seres vivos están adaptados para soportar variaciones en las características de su medio, pero existen márgenes de tolerancia que marcan los límites de su supervivencia. Cuando un factor sobrepasa los “límites de tolerancia” de una especie, actúa como factor limitante. Si el cambio es gradual, puede ser que el organismo vaya adaptándose a esa nueva situación, proceso conocido por aclimatación. Este fenómeno puede conducir a subpoblaciones denominadas ecotipos. o Las especies que tienen un margen de tolerancia amplio (B) para un factor concreto se nombran con el prefijo euri- seguido del nombre del factor (-termo, -fago, -halino, -hídrico…). o Las especies con márgenes de tolerancia estrechos (A) se nombran con el prefijo esteno-).

11 Los márgenes de tolerancia en los seres vivos son muy variables:
a) si son amplios, se denominan generalistas. Presentan una distribución amplia. b) si el margen es pequeño son especialistas. Presentan una distribución restringida. A. Zona de intolerancia: el organismo no puede sobrevivir. B. Zona de estrés: el nº de individuos es bajo, porque en este nivel, el factor dificulta su supervivencia. C.Zona óptima: franja de mayor abundancia. Se dan las condiciones idóneas para el desarrollo y proliferación de ese organismo.

12 2. ECOLOGÍA DE POBLACIONES
2.1. CONCEPTO DE POBLACIÓN La ecología de poblaciones, estudia los factores que influyen en el nº de individuos de la población en condiciones naturales. Es importante por sus aplicaciones (explotación pesquera, lucha contra plagas, protección de especies en peligro, etc). Diferencias entre: población- comunidad- y bioma. + Comunidad o biocenosis: formada por el conjunto de poblaciones que viven en un biotopo (parte viva del ecosistema). + Población: conjunto de individuos de la misma especie que viven en un área determinada, en un periodo determinado y que pueden reproducirse entre si. + Biomas: son importantes comunidades ecológicas que se extienden por amplias regiones (3 grandes tipos: terrestres, marinos y dulceacuícolas). 2.2. RELACIONES INTRAESPECÍFICAS Son las relaciones bióticas que se establecen entre organismos de la misma especie. Pueden ser de diferentes tipos: a) Temporales o perennes. b) Favorables (cooperación) o perjudiciales (competencia) Destacamos en el siguiente cuadro las más importantes:

13 Otras relaciones son: competencia (zorros en su alimentación), depredación (depredación intrauterina de los tiburones, canibalismo), parasitismo intraespecíficos (Bonelia viridis el macho es parásito de la hembra). 2.3. LAS RELACIONES INTERESPECÍFICAS Son las relaciones bióticas que se establecen en una comunidad entre individuos de especies diferentes. La principales son las siguientes:

14 1. COMPETENCIA. Consiste en la demanda entre especies del mismo nivel
trófico de un recurso común que puede ser limitante (espacio, alimento, nº Hembras, etc.). Podemos diferenciar dos tipos: * Por interferencia: la actividad de un individuo, limita indirectamente el acceso al competidor al recurso común. Ej. territorialismo * Por explotación: varias especies tienen acceso al mismo tiempo a un mismo recurso. Ej. las poblaciones de Paramecium caudatum y P. Aurelia crecen más rápidamente cuando están aisladas que cuando están juntas, pues compiten por el alimento. 2. DEPREDACIÓN. Es la actividad de captura y muerte que ejercen unos individuos (depredadores) sobre otros (presas). Son términos relativos. Los depredadores controlan las poblaciones de presas, al mismo tiempo que éstas controlan las poblaciones de depredadores que se alimentan de ellas; lo que constituye un sistema de feed-back (retroalimentación negativa). Depredación verdadera (linces y liebres) y ramoneo (herbívoros) Modelo depredador-presa es estabilizador, pues se basa en un bucle de retroalimentación negativo: La población de las 2 especies oscilan según un patrón definido. Las gráficas presentan una serie de fluctuaciones (evolución en el tiempo). Entre una y otra oscilación se observa una diferencia temporal, debida al tiempo de respuesta de las poblaciones. Estas ecuaciones fueron establecidas por Locka y Volterra. El espacio de fases: consiste en reflejar las distintas variables eliminando el tiempo. Para ello en el eje de abcisas (nº presas) y en el de ordenadas (nº depredadores). La gráfica circular se denomina ciclo límite. Los modelos D/P pueden dar lugar a diagramas de fases circular. La trayectoria marcada sigue una especie de espiral más o menos cerrada. El punto en el que se estabiliza se denomina atractor (pelota que bota al irse deteniendo).

15 CICLO LÍMITE ATRACTOR

16 3. PARASITISMO. Relación que se establece cuando un individuo (parásito)
vive a expensas de otro individuo (hospedador), al que perjudica. Pueden ser: Endoparásitos (interior) Exoparásitos (exterior) Obligados (permanentes) Facultativos (pueden llevar también vida libre). 4. EXPLOTACIÓN. Interacción de varias especies durante su actividad biológica, cuyo resultado es el beneficio de unas a expensas de otras que salen perjudicadas. Ej. Cuco, pone sus huevos en nidos de otras aves para que los incuben y después de su eclosión se alimentan con sus polluelos (a veces los tira del nido). 5. COMENSALISMO. Se da cuando un organismo (comensal) se nutre del alimento sobrante o restos de otro (hospedador) sin causarle ni beneficio ni perjuicio. Ej. flora intestinal-organismo 6. INQUILINISMO. Asociación entre una especie (inquilino) y otra que le da cobijo en su propio cuerpo. Ej. ardilla + árbol que les cobija. 7. TANATOCORESIS. Una especie se aprovecha de restos, esqueletos o cadáveres de otra para protegerse. Ej. cangrejo ermitaño. Pájaro Camarhynchus pallidus y espina de cactus. 8. FORESIA. Relación que existe entre dos especie cuando una es transportada pasivamente por otra. Ej. pez rémora + tiburón / ácaros + escarabajos 9. EPIBIOSIS. Un organismo vive sobre otro. Ej. plantas epifitas (sobre otras plantas)

17 10. MUTUALISMO. Asociación constituida por 2 o más individuos de diferente
especie (consortes) para beneficiarse mutuamente. Si es obligado se considera simbiosis Ej. garcillas bueyeras + bóvidos (parásitos) 11. SIMBIOSIS. Asociación de dos o más individuos de distinta especie que viven en íntima relación y se benefician mutuamente. Ej. liquen = hongo + alga Ej. MICORRIZAS 12. ANTIBIOSIS. Consiste en la imposibilidad de vivir unos organismos cerca de otros, por la segregación de antibióticos que provocan su muerte. Ej. Hongo (Penicillium) y algunas bacterias Son una “sistematización didáctica” porque un mismo ejemplo puede incluirse en varios tipos de relaciones. Ej. las rémoras - comensalismo (resto de alimentos). - mutualismo (elimina los parásitos) - foresia (el tiburón la transporta)

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19 2.4. DISTRIBUCIÓN DE LOS ORGANISMOS
* Distribución espacial: existen 3 tendencias 1. Uniforme: la distancia entre los individuos es similar. Territorialidad. 2. Por contagio: existe una tendencia a la agregación por diferentes causas: + modo reproducción (rizomas, estolones) + factores bióticos (el grupo se protege) 3. Al azar: deberá ser estudiada con detalle para comprender su significado biológico. * Distribución por edades: Expresa el grado de evolución. Se recurren a las “pirámides de edad” Los individuos pueden agruparse en 3 bloques:

20 2.5. DINÁMICA DE POBLACIONES
Las poblaciones sufren variaciones a lo largo del tiempo en nº/tipos de individuos. Para estudiar estas variaciones es preciso estudiar una serie de parámetros: A) DENSIDAD. Nº individuos por unidad de superficie. En ocasiones es preferible utilizar d= biomasa/espacio. (No es lo mismo 10 ardillas que 10 cabras). B) TASA DE NATALIDAD Y MORTALIDAD. * T. natalidad (b): producción nuevos individuos / por unidad de tiempo (referido al total de la población). * T. mortalidad (m): individuos que mueren / por unidad de tiempo (referido al total de la población). * Frecuentemente se utiliza el índice de supervivencia= 1- m . C) CURVAS DE SUPERVIVENCIA. * Se observan 3 tipos básicos: + Especie A: esperanza de vida alta. Ej. mono. + Especie B: la probabilidad de morir es igual en cualquier época. Ej. petirrojo. + Especie C: la mortalidad infantil es muy elevada. Ej. invertebrados (medusa)

21 D) CRECIMIENTO DE UNA POBLACIÓN.
Una población permanece constante si b=m. Tasa de crecimiento o potencial biótico r = b – m. Representa el aumento o disminución del número de individuos de una población (no consideramos la emigración ni la inmigración). * Si la población no tiene ninguna limitación el crecimiento es exponencial. Ej. Colonización de una especie en un lugar despoblado. * Normalmente el ambiente pone freno al desarrollo de la especie por la limitación de algún recurso. El crecimiento describe una curva sigmoidal. K = capacidad de carga del medio. Valor máximo que puede alcanzar el nº individuos de la población (se produce un equilibrio dinámico). A medida que aumenta el número de individuos y se acerca a K, aumenta la resistencia ambiental. K – N si población tiene pocos individuos. K si O K = N se llega al máximo de carga.

22 E) ESTRATEGIAS REPRODUCTORAS
Inspirados en los términos anteriores se han dividido en 2 grandes grupos: A) Especies que siguen la estrategia de la r: OPORTUNISTAS O PIONERAS * Suelen ser microscópicas o de pequeño tamaño. * Bacterias, protozoos, plantas fugaces, animales pequeños. * Mantienen un crecimiento exponencial hasta desaparecer bruscamente por el cambio de condiciones. * Típicas de lugares efímeros: desiertos, zonas polares, charcas de lluvia etc. * Adaptados a una explotación uniforme y controlada del hábitat B) Especies que siguen la estrategia de la K: * Suelen ser los animales y plantas grandes y longevos. * Se mantienen cerca de la densidad máxima (K) * Gran capacidad de competencia, longevidad y número reducido de descendientes. * Se encuentran en medios estables: selva, bosques, estepas etc. * Adaptados a una “explotación rápida y exhaustiva del hábitat”.

23 2.6. NICHO ECOLÓGICO Y HABITAT
* Hábitat: Es el lugar donde vive una especie (biotopo). * Nicho ecológico. “Es el papel que desempeña una especie en un ecosistema (circunstancias, funciones y conexiones tróficas)”. No debemos confundir estos dos términos, ya que el nicho es un concepto más amplio, pues constituye todas las circunstancias que rodean a cada especie. Podemos distinguir dos tipos de nicho: 1. Nicho potencial (ideal o fisiológico) El nicho potencial es aquel que cumplirá los requisitos máximos exigidos por una especie determinada. “Es aquel en el que una determinada especie puede, potencialmente, desarrollarse”. Resulta prácticamente imposible alcanzarlo en ambientes naturales (es un valor teórico). 2. Nicho ecológico (real o efectivo) “Es aquel que es ocupado por una especie en condiciones naturales, debido a las combinaciones de condiciones, recursos e interacciones que sufre”. En la naturaleza las especies suelen solaparse (superposición) y la ganadora será siempre la más especialista.

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25 2.7. SUCESIÓN ECOLÓGICA Y CONCEPTO DE MADUREZ
La dinámica del ecosistema puede estudiarse también con relación al tiempo. ¿La comunidad de organismos que constituye un determinado ecosistema es la misma que existía hace 50, 100 o 1000 años? Si pudiéramos observar su evolución, podríamos delimitar una serie de etapas, atendiendo a los cambios en las especies dominantes. +Sucesión ecológica: “Proceso por el cual un mismo área pasa de una comunidad a otra hasta llegar a una comunidad estable denominada comunidad clímax (grado de máxima madurez al que tienden todos los ecosistemas naturales)”. Cada una de las diferentes comunidades que se suceden se denomina etapa serial, y el conjunto de todas estas etapas serie. Pueden sufrir un proceso inverso por causas naturales o provocadas por el ser humano. Este rejuvenecimiento o involución se conoce con el nombre de “regresión”. Madurez ecológica es el estado en el que se encuentra un ecosistema en un momento dado del proceso de sucesión ecológica (estadios graduales).

26 LA SUCESIÓN ECOLÓGICA ES UN PROCESO QUE OCURRE EN PARALELO (simultáneamente) CON OTROS COMO LA EDAFOGÉNESIS (formación del suelo). +Tipos de sucesiones: a) Sucesión primaria (1ª): tiene lugar cuando las primeras etapas parten de un terreno virgen (rocas, dunas o islas volcánicas). Ej. La superficie de una roca, una colada de lava o el de una duna de arena de formación reciente. b) Secundarias (2ª): tienen su comienzo en lugares que han sufrido una perturbación anterior pero que conservan parcial o totalmente el suelo. Ej. Un campo de cultivo abandonado, o un bosque talado o arrasado por el fuego.

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30 ¨ Reglas generales de las sucesiones:
A medida que transcurren las sucesiones se aprecian los siguientes cambios en los ecosistemas: 1) La diversidad aumenta. La comunidad clímax es muy estable, pues todos los nichos ecológicos se encuentran cubiertos y se establecen entre ellos una red de interdependencias tróficas y ambientales. 2) La estabilidad aumenta. Las relaciones bióticas son muy fuertes. 3) Cambio de unas especies por otras. Se pasa de forma gradual de las especies estrategas de la r (adaptadas a cualquier ambiente) a especies estrategas de la K (más exigentes y especialistas). 4) Nº nichos aumenta. Cuando se establecen las relaciones de competencia, las especies r son expulsadas por las K, que ocupa cada una un nicho diferente. 5) Evolución de los parámetros tróficos. La productividad decrece con la madurez. Según Ramón Margalef “la comunidad clímax es el estado de máxima biomasa y mínima tasa de renovación”. Ej. producción / biomasa cultivo » 1 bosque » 0

31 ¨ Algunas regresiones de origen antrópico
El ser humano al explotar los ecosistemas por encima de su capacidad de autorregulación, ha provocado un resultado desastroso. Vamos a mostrar algunos casos muy llamativos: 1.) DEFORESTACIÓN. Daño causado por tala de árboles. Depende de la intensidad- frecuencia, así como del tipo y estado del suelo. - Fines agrarios (eliminan árboles molestos para agricultura mecanizada). - En bosques templados (con mucha M.O.) se conserva fertilidad unos años tras la tala). - En bosques tropicales (apenas M.O. suelo) conduce empobrecimiento total del suelo. 2.) INCENDIOS FORESTALES. El rejuvenecimiento provocado por incendios naturales ha sido motivo de estudio, pues ayudaban a controlar el crecimiento de la vegetación e impedían la existencia de otros mayores. Pero a pesar de favorecer el crecimiento de las especies pirófitas (jarales y pinares) el humus es también destruido. Los incendios sufridos en los ecosistemas mediterráneos están dificultando la regeneración del encinar y robledal autóctonos. La longitud de la sucesión va a depender de: a) magnitud del incendio b) estado del suelo c) existencia de semillas resistentes 3.) INTRODUCCIÓN DE NUEVAS ESPECIES Para entender la facilidad un ejemplo muy claro: la introducción de conejos en Australia Los canguros (herbívoros) se encontraban adaptados sin depredador alguno. Los ingleses introdujeron ovejas, conejos, perros, gatos, zorros etc. La voracidad de los conejos acabó con la hierba y actualmente no existe una solución al problema porque sobreviven a plagas y a la caza, aumentando su nº sin cesar.

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33 Ya hemos definido anteriormente el concepto de bioma (punto 4.1).
2.8. BIOMAS TERRESTRES Ya hemos definido anteriormente el concepto de bioma (punto 4.1). En ellos juega un papel muy importante el clima. El clima varía con la latitud y la altitud, por ello determina la existencia de una continua sucesión de organismos desde el ecuador a los polos y desde la base de la montaña hasta su cumbre. La vegetación, al depender fundamentalmente del clima, será la característica principal de estos biomas, por ello se designan con nombres según el tipo de vegetación que poseen. (VER CUADRO DE LA PÁGINA SIGUIENTE) 2.9. BIODIVERSIDAD Concepto Se entiende por diversidad biológica o biodiversidad “la riqueza de las especies de un ecosistema y a la abundancia relativa de los individuos de cada especie”. Según esta definición, al comparar dos ecosistemas, será más diverso, no sólo el que tiene mayor número de especies sino, además, el que tenga un mayor número de individuos por especie. - Abundancia absoluta (nº de especies diferentes) - Abundancia relativa (nº de individuos / especie) Tras la Conferencia de Río de Janeiro de 1992, en el término biodiversidad se engloban tres conceptos: 1º. Variedad de especies que hay en la tierra. Es importante tanto la variedad de especies como la cantidad de individuos de cada especie. 2º. Diversidad de ecosistemas en nuestro planeta. En la Tierra hay una gran variedad de ecosistemas terrestres y acuáticos. 3º. Diversidad genética. Los diferentes genes que poseen los individuos les permiten evolucionar, enriquecerse por cruzamiento y adaptarse a las diferentes condiciones ambientales.

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35 2.9.2. Pérdida de la biodiversidad
ŸCausas de la pérdida de la biodiversidad El aumento de la población humana y el incremento de la cantidad de recursos naturales utilizados, constituye el punto desencadenante del problema de la pérdida de biodiversidad, cuyas causas se pueden resumir en tres apartados: 1ª. La sobreexplotación: deforestación con fines madereros, el sobrepastoreo (número de cabezas superior a la capacidad de regeneración del pasto), la caza y la pesca abusivas, el coleccionismo y el comercio ilegal de especies protegidas. 2ª. Alteración y destrucción de hábitats, por cambios en los usos del suelo (agricultura, ganadería, industria y urbanizaciones); las extracciones masivas de agua; la fragmentación de hábitats naturales, por la construcción de obras públicas (carreteras, vías de ferrocarril) en el interior de bosques; la contaminación de las aguas y del aire; el cambio climático; los incendios forestales. 3ª. Introducción y sustitución de especies: la introducción de especie foráneas (de otros ecosistemas distintos); la sustitución de especies naturales por otras obtenidas por selección artificial (por ejemplo, la veintena de “semillas milagrosas” utilizadas en la agricultura y la decena de animales domésticos).

36 ŸMedidas para evitar la pérdida de la biodiversidad
La necesidad de la conservación de la biodiversidad ha experimentado un fuerte ascenso, hasta el punto de la riqueza de cada uno de los países del mundo se valora en tres sentidos: riqueza material o económica, riqueza cultural y riqueza biológica o biodiversidad. Las medidas más adecuadas para evitar la pérdida de la biodiversidad son: -Establecer una serie de espacios protegidos: Parques Nacionales, Parques Naturales, Reservas de la Biosfera - Realizar estudios sobre el estado de los ecosistemas. Los más utilizados son el de la Huella Ecológica y el Índice del Planeta Viviente (El Índice Planeta Vivo (IPV) muestra mediante un indicador numérico cómo ha cambiado la biodiversidad de la Tierra en los últimos 35 años. En este período, el índice ha descendido en casi un 30%. Eso quiere decir que, en poco más de un cuarto de siglo hemos perdido casi la tercera parte de la riqueza biológica y de los recursos de nuestro planeta). - Decretar y respetar las leyes promulgadas específicamente para la preservación de las especies y de los ecosistemas. En 1973 la ONU promulgó una ley para la conservación de las especies CITES (Convenio Internacional de Especies en Peligro). Este convenio ha elaborado una lista en la que se incluye la prohibición total de comercializar con las más de 800 especies que se encuentran en peligro de extinción. Además, incluye otras catalogadas como especies amenazadas. - Creación de bancos de genes y semillas que garanticen la supervivencia de las especies amenazadas hasta que puedan ser utilizadas. - El fomento del ecoturismo (turismo ecológico) en el que se valora ante todo la conservación de la naturaleza.

37 Ÿ Extinciones A lo largo de la historia de la vida, la biodiversidad ha sufrido numerosos altibajos; cuando las condiciones del medio cambiaban bruscamente, muchas de las especies, sobre todo las k estrategas (generalistas), se extinguieron. Las 5 extinciones masivas ocurridas a lo largo de la historia geológica han provocado bruscas caídas en la biodiversidad; sólo las especies especialistas (r estrategas) lograron sobrevivir y la selección natural obraba en consecuencia. Según estudios recientes realizados a partir de restos fósiles, se ha calculado que el índice de extinción a lo largo de los tiempos geológicos fue de 1 especie / años. Como vemos en la gráfica, en la actualidad, la biodiversidad se encuentra en el punto máximo, por lo que podríamos utilizarla en nuestro provecho, para la obtención de materias primas, alimentos, medicinas, etc. Sirvan como ejemplo algunos de estos recursos farmacéuticos extraídos de hongos y plantas silvestres en su mayoría de la selva tropical: la morfina y la codeína, que alivian el dolor; la quinina, que combate la malaria; la vinblastina, que se utiliza en el tratamiento de la leucemia. También está el caracol cónico de los arrecifes de coral que según mas de 2500 publicaciones científicas sobre los efectos terapéuticos de sus toxinas parecen indicar su eficiencia contra afecciones cardiacas, cerebrales, contra el dolor y en el tratamiento de algún tipo de cáncer de pulmón.

38 2.9.3. Necesidad de la biodiversidad
Aquí aportamos algunos datos que justifican la necesidad de proteger la biodiversidad: A) Estabilidad y dinamismo de los sistemas terrestres. Todos los seres vivos intervienen en numerosos procesos biológicos (fotosíntesis, respiración, ciclos biogeoquímicos, descomposición…) esenciales para el funcionamiento de la biosfera, contribuyen a la formación del suelo y protección del litoral, son muy importantes para lucha contra la erosión, despliegan una actividad que es responsable, en buena medida, del origen del oxígeno atmosférico y de la regulación del clima, y han participado en la génesis del carbón y el petróleo en el pasado geológico etc. B) Alimentación. Se han catalogado entorno a especies vegetales con partes comestibles (ej. Psophocarpus tetragonolobus, la judía alada de Nueva Guinea), de crecimiento rápido y alto valor nutritivo. Sin embargo, en la actualidad apenas se utilizan como alimento una veintena de especies de plantas (trigo, centeno, arroz). Es también muy importante para el ser humano la aplicación de diversas especies de microorganismos (bacterias y hongos especialmente) en la fabricación industrial de alimentos, tales como el pan, el yogur, el queso y los derivados lácteos, y de bebidas, como el vino y la cerveza, entre otras. Obtención de fármacos. Con la ayuda de la moderna biotecnología, se ha conseguido producir antibióticos, vacunas, hormonas, enzimas, factores de coagulación de la sangre, interferón, etc. Los microorganismos más empleados en este campo son las bacterias E. coli (forma parte de la flora microbiana intestinal de la especie humana) y las del género Streptomyces (muy abundante en el suelo y productoras de más de la mitad de los antibióticos naturales conocidos). El ácido acetilsalicílico,hoy comercializado como aspirina, se obtuvo en 1889 a partir de la corteza del sauce (Salix sp.); la cardiotonina, sustancia reguladora del ritmo cardiaco, se extrae de la digital (Digitalis purpurea); dos potentes alcaloides contra la enfermedad de Hodgkin (tumor del sistema linfático) se obtienen de la pervinca rosa originaria de Madagascar (Catharanthus roseus); el taxol, una droga anticancerosa, se extrae de la corteza del tejo americano. C) Conservación del patrimonio genético. Mediante la transferencia de genes de bacterias nitrificantes a especies vegetales cultivadas se pretende crear plantas fijadoras de nitrógeno, capaces de crecer en medios pobres sin necesidad de fertilizantes. Por otra parte, los experimentos con animales transgénicos pueden ser de gran utilidad en la mejora de animales de granja, manipulando los genes que afectan al crecimiento o a la resistencia a enfermedades. Se han conseguido ya conejos, ovejas y cerdos transgénicos. NO ES POSIBLE ASIGNAR UN VALOR ECONÓMICO A LA BIODIVERSIDAD, DADA SU IMPORTANCIA EN PROCESOS INDISPENSABLES PARA LA VIDA HUMANA. QUIZÁ SEA ESTA UNA DE LAS PRINCIPALES CAUSAS DE LA PÉRDIDA DE BIODIVERSIDAD EN TODO EL MUNDO.

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40 3. SINECOLOGÍA (ecología de comunidades)
3.1. CONCEPTO BIOSFERA Es un concepto que presenta diferentes acepciones, según el autor que lo trate. “Biocenosis o comunidad del ecosistema planetario” . cuyo biotopo es la Tierra (medio fº-qº) ECOSFERA ECOSISTEMA PLANETARIO su biocenosis, la biosfera (s.v que pueblan planeta) Otros (Vernadsky, 1911) la define como “cubierta de la vida o área ocupadas por los s.v”.

41 por medio de los ciclos geoquímicos.
La biosfera es un sistema abierto desde el punto de vista termodinámico: 1. Intercambio de materia: sigue un ciclo entre la biosfera y el resto de subsistemas terrestres por medio de los ciclos geoquímicos. 2. Intercambio de energía: asimila parte de la energía solar en forma de energía química y el resto se disipa básicamente en forma de calor.

42 3.2. RELACIONES TRÓFICAS ¨ Niveles, cadenas y redes tróficas. La energía procedente del sol, pasa de unos seres vivos a otros en forma de energía química (compuestos orgánicos reducidos) Nivel trófico. Conjunto de organismos que se alimentan de forma semejante. Los diferentes niveles por los que pasa la energía química. (Productores, consumidores y descomponedores). Cadena trófica. Representación de las interacciones entre los niveles, representando a una especie por nivel (eslabón). (significa es comido por… /nos indica la dirección en la que fluye la energía) Red trófica. Representación en la que relacionamos distintas especies de diferentes niveles, interrelacionándose varias cadenas.

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44 ¨ 1º NIVEL: PRODUCTORES Son los organismos AUTO-trofos (fabrican su propia materia orgánica): - FOTO- autótrofos (dependientes de la luz): plantas superiores, algas y cianobacterias. - QUIMIO- autótrofos (independientes de la luz): bacterias del N, S, Fe, H. Materia inorgánica CO2 + H2O fotosíntesis Mat. orgánica (glucosa) + O2 Materia inorgánica H2S oxidación S + H2O + energía Para realizar sus funciones vitales, requieren energía que obtienen mediante la respiración celular (mitocondrias). Materia orgánica + O CO2 + H2O + calor ¨ CONSUMIDORES Son organismos heterótrofos. Obtienen la materia orgánica directa o indirectamente de la materia orgánica sintetizada por los productores y consiguen la energía oxidando estos compuestos mediante la respiración o fermentación. NIVEL 1. Consumidores 1º (Herbívoros): se alimentan directamente de productores º 2. Consumidores 2º (Carnívoros): se alimentan de herbívoros º 3. Consumidores 3º (Supercarnívoros): se alimentan de otros carnívoros º

45 Existen otros consumidores pero no tienen un nivel concreto:
- Omnívoros (se alimentan de más de un nivel trófico). - Carroñeros o necrófagos (de cadáveres). - Descomponedores (de restos orgánicos). Los veremos más adelante.

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47 La energía se transporta y transforma de acuerdo con las leyes de la Termodinámica:
1ª Ley: la energía ni se crea ni se destruye, se transforma. Por ello la energía solar se transforma en energía química por los productores para luego pasar al resto de los niveles. 2ª Ley (de la entropía): estas transformaciones sólo pueden realizarse desde formas de energía más concentradas y útiles a energías más dispersas e inutilizables como el calor. O El sentido de transferencia de energía es unidireccional. O El flujo de energía es abierto (cumple los principios termodinámicos): O La energía no se pierde en ningún punto. O La mayor parte de la energía que llega a los ecosistemas terrestres proviene de la luz del sol. Los productores aprovechan una mínima parte de ella. A medida que avanzamos en la cadena, la entrada de energía al nivel es menor. Además, en cada nivel, la energía que se transfiere al siguiente: a) una parte no es utilizada (N.U) b) otra no es asimilada (N.A) c) otra es utilizada para el desarrollo de sus funciones vitales: la respiración y el calor emitido. (R. y Q) Una parte de la energía se escapa del sistema y se convierte en energía EXO-somática (circula fuera de los s.v) y otra parte circula de un nivel trófico a otro e. ENDO-somática. A medida que pasamos de nivel, la eficacia de la transferencia de energía es mucho menor (el flujo va disminuyendo), hasta que se hace insuficiente para sostenerlo. Esta es la causa por la que las cadenas tróficas no sobrepasan normalmente los 4 o 5 niveles tróficos. La energía cada vez está más concentrada, en contra del principio de entropía. Este es el canon que hay que pagar por el mantenimiento de la vida.

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49 3.4. RECICLADO DE LA MATERIA M.O M.I
La materia orgánica susceptible de ser degradada por algún ser vivo se denomina biodegradable. Los seres vivos que pueden realizar esta transformación se conocen ampliamente como descomponedores. Diferenciamos 2 grupos: A) Transformadores (heterótrofos). Son organismos saprofitos, hongos y bacterias. Obtienen moléculas orgánicas e inorgánicas sencillas. B) Mineralizadores (quimiosintéticos). Realizan una doble función: - Elaboran materia orgánica, siendo el primer eslabón de una nueva cadena trófica. - Cierran el ciclo de la materia al liberar sales inorgánicas asimilables por los productores. Por tanto, la materia “tiende” a seguir un ciclo cerrado. Algunos nutrientes pueden escapar de la biosfera por gasificación o lixiviado y también almacenarse en forma de combustibles fósiles en la litosfera.

50 3.5. PARÁMETROS TRÓFICOS 1. BIOMASA (B). O Masa de materia orgánica de un ecosistema o nivel trófico: - viva (fito-masa / zoo-masa) - muerta (necro-masa) O Se mide en unidades de masa (kg, g, mg), de energía (cal, kcal) o de masa/superficie masa/volumen. 2. PRODUCCIÓN (P) O Cantidad de energía que fluye de un nivel trófico al siguiente por unidad de tiempo. P= B/t. O Producción 1ª, energía fijada por los productores. O Producción 2ª, energía que fijan el resto de niveles. O Producción bruta (PB), energía asimilada o fijada. O Producción neta (PN), producción que puede ser utilizada por el resto de niveles cada nivel. O PN= PB- R O La PN es un indicador de la evolución del nivel: PN=O , en equilibrio ej. bosque. PN>O es joven ej. prado. PN<O sobreexplotado o contaminado ej. charca. 3. PRODUCTIVIDAD (Pdad) O Realizando un símil económico: cociente entre el interés y el capital. O Pdad= PN/B ·100 O Representa la velocidad con que se renueva la biomasa tasa de renovación. algas (masa x 2/dia; 100%) árbol (almendro 3%) 4. TIEMPO DE RENOVACIÓN (t) O Tiempo que tarda en renovarse toda la biomasa de un nivel. O T= B/PN 5. EFICIENCIA O Rendimientos S/E, Rentabilidad. energía sale engorde energía asimilada O La eficiencia del nivel = energía entra alim. Ingerido energía incidente

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52 N.U …………………….. (NO UTILIZADA) PB ……………… PRODUCCIÓN BRUTA
N.A …………………….. (NO ASIMILADA) PN ……………… PRODUCCIÓN NETA Q ………………………. (CALOR) R ………………………. (RESPIRACIÓN) NIVEL TRÓFICO

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54 3.6. PIRÁMIDES ECOLÓGICAS Regla del 10 %: la energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10 % de la acumulada en él. Este hecho nos hace visualizar la cadena trófica como “una tarta de varios pisos decrecientes”. Las pirámides ecológicas se representan mediante barras superpuestas en forma de pirámide que tienen altura constante y una longitud proporcional al parámetro medido. Según este diferenciamos 3 tipos básicos: A) De energía. Representan el contenido energético de cada nivel. Tienen forma de verdadera pirámide pues siguen la regla del 10%. Suele expresarse en kJ/m2 año. Pirámide de energía en una comunidad acuática. En ocre, producción neta de cada nivel; en azul, respiración; la suma, a la izquierda, es la energía asimilada.

55 o fitoplancton --- krill --- ballena azul.
B) De biomasa. Según la biomasa acumulada por nivel. Pueden tener forma de pirámide real. En ecosistemas terrestres la biomasa secundaria resulta insignificante con respecto a la de los productores. Además pueden aparecer invertidas, siempre que el tiempo de renovación del eslabón anterior sea lo suficientemente breve para mantener al nivel superior. C) De números. Según el nº de individuos que constituyen cada nivel. También pueden resultar engañosas y estar invertidas. A) ¿Quién recibe más energía si comparamos organismos de diferentes cadenas tróficas? o fitoplancton --- krill --- ballena azul. o fitoplancton --- zooplancton --- copépodos --- crustáceos y peces pños --- cefalópodos --- cachalote ¿Qué alimento le reportará más energía a un ser humano: una lechuga o un conejo?

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58 3.7. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS.
La vida, además de estar ligada al flujo de energía, depende también de la disponibilidad de unos 25 elementos químicos presentes en todos los seres vivos y necesarios, por tanto, para su actividad vital. La movilidad de estos elementos en los ecosistemas es cíclica. Resulta esencial considerar los efectos de la interacción de las actividades humanas sobre ellos. Los ciclos de elementos químicos, entre los cuales el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el fósforo, el oxígeno y el azufre constituyen el 99% del total de la materia viva, afectan tanto a los organismos como a su ambiente geológico (atmósfera, hidrosfera y litosfera), por lo que se les da el nombre de ciclos biogeoquímicos.El tiempo de permanencia de los elementos en los diferentes medios es muy variable, denominándose almacén o reserva aquel lugar donde dicha permanencia es máxima. 1. CICLO DEL CARBONO Se encuentra dividido en dos fases: ciclo biológico y biogeoquímico. a) Ciclo biológico: la propia biosfera controla los intercambios de este elemento con la atmósfera. Mediante la fotosíntesis el carbono es retenido, y mediante la respiración es devuelto. b) Ciclo biogeoquímico: controla las interferencias del CO2 entre los demás subsistemas. Sumideros fósiles: en ciertas ocasiones la materia orgánica de la biosfera puede quedar sepultada fuera del contacto con el oxígeno, por lo que sufre un proceso biológico de fermentación que la transformará en carbón y petróleo que se acumulan en la geosfera.

59 1. CICLO DEL NITRÓGENO El nitrógeno, a pesar de constituir el 78% en volumen de la atmósfera, no puede ser utilizado directamente por la gran mayoría de organismos. Esto significa que el nitrógeno atmosférico (N2) debe ser fijado en forma inorgánica asimilable como anión nitrato (NO3-) antes de integrarse en la materia viva. Los organismos capaces de fijar el nitrógeno atmosférico pueden ser: Fijadores de nitrógeno simbióticos, en su mayoría bacterias, aunque también se incluyen algunos hongos. Destacamos la asociación simbiótica de las bacterias del género Rhizobium y las plantas de la familia Leguminosas. Fijadores de nitrógeno de vida libre, entre los que se encuentran tanto bacterias aerobias (Azotobacter) como anaerobias (Clostridium) y cianobacterias (Anabaena). La intervención humana en el ciclo del nitrógeno mediante el cultivo a gran escala de leguminosas fijadoras, y sobre todo, por la producción industrial de feritilizantes, hace que el nitrógeno fijado anualmente por estos dos medios exceda quizá en un 10% la cantidad establecida de forma natural por los ecosistemas terrestres. El manejo inadecuado de fertilizantes y desechos nitrogenados puede llevar a los ríos, lagos y aguas freáticas a recargarse de nitrógeno, superando los niveles aceptables para el consumo humano y provocando una rápida eutrofización de los medios acuáticos. Amonificación: tras la incorporación del nitrógeno como anión nitrato al seno de los organismos por asimilación y anabolismo, tanto los productos de desecho de su metabolismo (urea, ácido úrico) como los residuos orgánicos ricos en nitrógeno son transformados, nuevamente, por microorganismos descomponedores (hongos y bacterias) a forma inorgánica, como amoniaco (NH3). Nitrificación: el amoniaco, debido a su toxicidad, no es accesible como tal para la mayoría de los organismos. La transformación del amoniaco a nitrato se llama nitrificación. Algunas bacterias quimiosintéticas del suelo llevan a cabo esta conversión en dos fases: las del género Nitrosomonas convierten el amoniaco en anión nitrito (NO2-), y las del género Nitrobacter transforman el nitrito en anión nitrato (NO3-). En cambio se conoce muy poco sobre las bacterias responsables de la nitrificación en el océano. Desnitrificación: consiste en la conversión del anión nitrato en nitrógeno molecular o nitrógeno gaseoso (N2). Esta transformación en nitrógeno gaseoso la realizan algunas especies de hongos y las bacterias desnitrificantes (por ejemplo, Pseudomonas) en condiciones anaerobias. Las anaerobiosis implica que el proceso de desnitrificación se lleva a cabo en suelos poco aireados o muy ricos en materia orgánica. Como el producto de la desnitrificación es el nitrógeno gaseoso, este escapa del suelo al aire provocando un empobrecimiento del contenido en nitrógeno en el primero.

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65 3. CICLO DEL AZUFRE Como elemento químico, forma parte de los aminoácidos cisteína y metionina, fundamentales para la estructura de las proteínas debido a la formación de puentes disulfuro (-S-S-) que estabilizan la estructura espacial de las proteínas. La mayor parte del azufre incorporado por los organismos ha sido mineralizado previamente como anión sulfato por muchas bacterias y hongos descomponedores, como Aspergillus y Neurospora. El azufre puede pasar a la atmósfera en forma de dióxido de azufre como resultado de la combustión del carbón y el petróleo. El azufre inorgánico como el anión sulfato pueden transformarse en condiciones anaerobias, en azufre elemental (S) o en sulfuro de hidrógeno (H2S) por la acción de bacterias sulfatorreductoras heterótrofas. La presencia del sulfuro de hidrógeno en las zonas anaerobias (sedimentos del fondo) de los ecosistemas acuáticos, en aguas residuales con una elevada proporción de materia orgánica o en suelos inundados con una elevada proporción de materia orgánica es nociva para la mayoría de los organismos. Esta es probablemente la causa de que no haya especies animales superiores en el Mar Muerto a profundidades mayores de 200 m y también, de la muerte de los peces en lagos y embalses contaminados por efluentes de fábricas ricos en sulfatos (azucareras, papeleras, etc.)

66 4. CICLO DEL FÓSFORO El fósforo es uno de los nutrientes más importantes de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos, los fosfolípidos en las membranas celulares, del ATP y precipitado como fosfato inorgánico, es constituyente del esqueleto y los caparazones de los organismos. Tiene además una gran importancia ecológica como nutriente limitante de la producción de los ecosistemas, debido a que la proporción de fósforo presente en los tejidos de los organismos en relación con la de otros elementos químicos suele ser mucho mayor que la que existe en el medio. Los productores requieren para su nutrición fósforo en forma de fosfato inorgánico (PO43-). La acción mineralizadora de los descomponedores lo hace accesible nuevamente para los productores como fosfato inorgánico. Sin embargo, una buena parte del fosfato se desvía de la red trófica de los ecosistemas por procesos físicos como la sedimentación. También algunos procesos biológicos como el depósito de fosfato en esqueletos y caparazones resistentes a la meteorización y la excreción, producen pérdidas considerables de fósforo para los ecosistemas durante largos períodos de tiempo. En este sentido, destacan los depósitos de guano (principalmente excrementos de aves marinas) sobre los acantilados y archipiélagos de islas a lo largo de la costa oeste de América del Sur

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70 3.8. FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Para obtener una mayor producción de alimentos es necesario incrementar antes la actividad fotosintética de los productores, ya que es la base de sustentación de los demás niveles tróficos. Si todos los factores (luz, temperatura, humedad) y elementos químicos (nitrógeno, fósforo etc.) están en cantidades necesarias, excepto uno de ellos, este último que escasea se denomina factor (o elemento) limitante. Los principales factores limitantes de la fotosíntesis son: la temperatura y la humedad la falta de nutrientes la disposición (colocación) de las unidades fotosintéticas: Los cloroplastos se sitúan unos sobre otros por lo que se dan sombra. Igual ocurre con las hojas de los árboles que se sombrean unas a otras

71 La temperatura y la humedad
Estos 2 factores físicos limitan la producción primaria en áreas continentales. Si aumentan ambos parámetros también lo hace la eficacia fotosintética (exceptuando las temperaturas muy altas, que provocan la desnaturalización de las proteínas y por tanto la pérdida de sus propiedades y funciones). En algunos casos existen adaptaciones muy concretas (fotoperiodo, estructuras hibernantes –tubérculos, rizomas, bulbos etc- . Los nutrientes son necesarios para la síntesis de ciertas moléculas orgánicas. Podemos citar los siguientes: C02: no constituye un factor limitante ni en la tierra ni en el mar. Su incremento produce una mayor eficiencia fotosintética. P (fósforo): es el principal factor limitante de la producción primaria, por razones que veremos en su ciclo, en el mar puede haber deficiencia para los productores ya que este se encuentra en el fondo. En ocasiones se producen zonas de afloramiento que hacen posible una explosión de vida en esa zona. N (nitrógeno): ocupa el segundo lugar en importancia. Cuando falta este compuesto y no el fósforo, aparecen organismos fijadores de nitrógeno atmosférico. El reciclado de nutrientes corre a cargo de los organismos descomponedores. Se ve dificultado por: - La distancia entre el lugar de producción de materia orgánica y el de degradación. - Cuanto mayor es esa distancia (entre la producción y la descomposición) es necesario un aporte de energía externa y por tanto aumenta el tiempo de reciclado. Esta distancia varía en función del medio: ecosistemas oceánicos o terrestres (árboles, hierbas, líquenes) La disposición de las unidades fotosintéticas: La estructura del aparato fotosintético constituye, por si mismo, un factor limitante de la producción primaria. Los pigmentos fotosintéticos (clorofilas y carotenos) de las plantas, captan longitudes de onda en la zona de mayor intensidad lumínica que llega hasta ellas: la zona visible del espectro. La luz incide sobre las unidades de captación y entre unas y otras se “hacen sombra”. Hemos de considerar por otro lado, que a pesar de que en cada receptor existen varios centenares de moléculas, sólo poseen un centro de reacción en el que la energía lumínica se transforma en química. Por tanto si la intensidad luminosa va aumentando, llegará a un punto en el que se producirá la saturación, debida a que tiene lugar un “efecto cuello de botella”. Así las horas de mayor eficiencia fotosintética se dan con luz del amanecer y del atardecer.