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ECOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE

Profesora: Silvia Valencia Chamorro, Ph.D.

Departamento de Ciencia de Alimentosy Biotecnología (DECAB)

Agosto- 2012

silvia.valencia@epn.edu.ec 1

ECOLOGÍA

En 1866, Ernst Haeckel (zoólogo alemán) propuso el término ecología

del griego oikos ="casa", "lugar para vivir",

y logos = "conocimiento”, “estudio de”

La ecología es:

el “estudio de la casa"

el estudio “de los organismos en su hogar” 2

Definiciones:

Ciencia que regula la economíade la naturaleza e incluye másampliamente el estudio de laestructura y función de lanaturaleza.

Ciencia que estudia lasrelaciones de los organismoscon su medio ambiente

ECOLOGÍA

Relaciones:interacciones de los organismos conel mundo físico con los miembros desu misma especie y con los de lasdemás especies

ECOLOGÍA

Ciencia interdisciplinaria

FISIOLOGÍA

BIOQUÍMICA

GENÉTICAHIDROLOGÍA

CIENCIAS DE LA ATMÓSFERA

GEOLOGÍA

COMPORTA-MIENTO

Respuesta del

organismo

Ambiente físico

ECOLOGÍA

¿Cómo obtienen los recursos de materia y energía para permanacer vivos?

¿Qué organismos viven en un campo o en un estanque?

¿Cómo interactúan estos organismos entre sí y con su ambiente físico y químico?

ECOLOGÍA

NIVELES DE ORGANIZACIÓN

Macromundo (el común)

Supermacromundo o Mundo cósmico

(lo más grande)

Micromundo

(lo más pequeño)

Universo

Galaxias

Sistemassolares

Planetas

Tierra

(lo más grande)

Micromundo

(lo más pequeño)

Sistema deórganos

Órganos

Tejidos

Células

Protoplasma

Moléculas

Átomos

Partículassubatómicas8

(lo más grande)

Micromundo

(lo más pequeño)

Biosfera

Ecosistemas

Comunidades

Poblaciones

Organismos

AMBITO DE LA ECOLOGÍA

Cinco reinos:

1. Organismos unicelulares procarióticos(bacterias)

2. Protistas: organismos eucarióticos en sumayoría unicelulares (algas protozoarios,mohos)

3. Hongos: organismos eucarióticosmulticelulares, son degradadores paraadquirir nutrientes

Clasificación de los seres vivos

Cinco reinos:

4. Vegetales: organismos eucarióticosmulticelulares, utilizan fotosíntesis paraproducir nutrientes

5. Animales: organismos eucarióticosmulticelulares, adquieren sus nutrientesalimentándose de plantas o de otrosanimales.

Clasificación de los seres vivos

Organismo: cualquier forma de vida.

Se clasifican en especies que constituyen labiodiversidad del planeta

especies clasificadas solamente 1.5 millonesde los 40-80 millones estimados de especiesexistentes

Población: grupo de organismos queinteraccionan entre sí y que habitanen una misma área

=> organismos de la misma especie

Comunidad: conjunto de poblaciones

Bioma: Conjunto de comunidadesespecialmente vegetales que ocupanla misma área geográfica (desierto,praderas, bosque tropical, etc)

Ecosistema: esta constituídopor la comunidad y elambiente físico

Biosfera: combinados losecosistemas de la Tierra forman elecosistema planetario

Es el ecosistema global.

POBLACIÓN 1

POBLACIÓN 1 POBLACIÓN 2

POBLACIÓN n

UNA COMUNIDAD

UN ECOSISTEMA

POBLACIÓN 1

AMBIENTE

POBLACIÓN 2

POBLACIÓN n

UNA COMUNIDAD

Neutras: la acción de un ser vivono afecta al otro

INTERACCIONES

Benéficas: la acción de un servivo afecta positivamente a otro

Simbiosis dos seres vivos se venbeneficiados por sus acciones

Antagónicas: la acción de un servivo afecta negativamente a otro

Biósfera

Todo el dominio donde seencuentra la vida

Consta de litósfera (suelo y rocas),hidrósfera (agua superficial ysubterránea) y la atmósfera (capa deaire)

ZONA DE VIDA (20 Km)20

Biosfera

Geósfera

núcleo

Corteza

(suelo yrocas)

Litósfera: mantosuperior

(minerales ,combus. fósiles)

Biosfera

Atmósfera: capa de aire (90 km).Tropósfera (17 km) capa interna,contiene 95% aire

Estratósfera (17-48 km)

Hidrósfera: agua líquida (océanos, mareslagos, agua superficial y subterránea),agua congelada (casquetes polares,nevados) y vapor de agua en la atmósfera22

LA TIERRA: UN PLANETA DINÁMICO

MEDIO AMBIENTE

Condiciones y factores externos, VIVENTES Y NO VIVIENTES (sustancias y energía) que influyen en un organismo

El entorno exterior de un sitio de la Tierra

Todo lo que rodea a un organismo,incluyendo también los otrosorganismos y también aquellos desu propia especie

Formado por

- suelo

- aire

- agua

Interacción con

- litósfera

- atmósfera

- hidrósfera

MEDIO AMBIENTE

Unidad natural de partesvivientes (comunidad) e inertes(ambiente no vivo), coninteracciones mutuas paraproducir un sistema interactivo

ECOSISTEMA

En un ecosistema el intercambiode substancias entre los seresvivos e inertes es de tipo cíclico

ECOSISTEMA

ECOSISTEMA entrada salida

Sistema:

- conjunto o colección de partesrelacionadas que interactúan entre sí

- tienen límites definidos (diferentesdel ambiente)

- tiene entradas y salidas (materia yenergía

Factores abióticos (no vivos)

COMPONENTES DE LOS ECOSISTEMAS

componentes que determinan el espacio físico en el cual habitan los seres vivos

Factores abióticos (no vivos)

- factores ambientales (luz, T, humedad)

- suelo ( compuestos inorgánicos (C, P, K, Ca, S)

- atmósfera (N2, O2, CO2)

- agua (nutrientes disueltos)

Factores bióticos (vivos)

organismos vivos que interactúancon otros seres vivos

Flora y Fauna y sus interacciones

Factores bioticos (vivos)

- productores (autótrofos)

- consumidores (heterótrofos)

- degradadores

Productores (autótrofos): elaboran su propio alimento

Elaboran compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos simples (CO2, agua, sales minerales) obtenidos del ambiente

Productores (autótrofos):

Ecosistemas terrestres: plantas verdes

Ecosistemas acuáticos: fitoplancton

FOTOSÍNTESIS

6CO2 + 6H2O + energía solar C6H12O6 + 6O2

Consumidores (heterótrofos)

Viven directa o indirectamente de otros productores (consumidores primarios o consumidores secundarios)

(comensalismo, mutualismo, parasitismo)

Degradadores (bacterias, hongos, lombrices)

Disgregan la materia muerta y la transforman en componentes primarios inorgánicos

Detritívoros (saprófagos)

Obtienen el alimento de materia orgánica en descomposición/detritos

ECOSISTEMA

Ejemplos de ecosistemas:

Definir las partes vivientes y laspartes inertes

elementos abióticos consumidores

productores

ORGANISMOS Y SU AMBIENTE

ORGANISMORECURSOS

CONDICIONES AMBIENTALES

TLuzHumedad

Sobrevive CreceReproduce

ADAPTADO

ORGANISMO

CONDICIONES AMBIENTALES

TLuzHumedad

Sobrevive CreceReproduce

PERECERECURSOSX

Los organismos responden afactores ambientales

Supervivencia

Crecimiento

Reproducción

Función del factor ambiental

Organismos necesitan - ambiente interno constante, - intercambio continuo de energía y materia

absorción de calor pérdida de calor

absorción de sustancias por metabolismo celular

excreción de productos de desecho y sustancias sobrantes

regulación de temperatura corporal, acidez, grado de humedad, de salinidad de fluidos.

HOMEOSTASIS

Mantenimiento de las condiciones internas constantes a pesar de las fluctuaciones del medio ambiente externo

UmbralPunto concreto de limitación de estados homeostáticos

Ejemplo

T del cuerpo humano 37 ºC (umbral)

T > 37 ºC mayor flujo sangre SUDAR

agua evaporadareduce T corporal

T < 37 ºC menor flujo sangre TIRITAR

produce calor 45

Retroalimentación negativa: contribuye a la homeostasis

mantiene el sistema en estado estable dinámico

Retroalimentación positiva (sin control)

tiende a alterar la estabilidad del sistema

“Sí NUNCA te equivocas es porque NUNCA te arriesgas

y NUNCA haces nada”

LEY DE LA TOLERANCIA

Condiciones mínima y máxima que limitan la presencia y el éxito de un organismo

FACTORES LIMITANTES EN LOS ECOSISTEMAS

Limitan el crecimiento (o cualquier otra respuesta) de un organismo

potasio [K]), menos disponible, limita la producción

DISTRIBUCIÓN: de los seres vivos: Presencia o ausencia

ABUNDANCIA: número de individuos, tamaño poblacional

Patrones ambientales y distribución de los organismos

HABITAT: lugar en el que vive un organismo

NICHO: ocupación o función de una especie en un ecosistema,

modo en el que el organismo utiliza su habitat

Patrones ambientales y distribución de los organismos

Los rangos de tolerancia definen grupos de organismos :

Generalistas

- tienen un nicho amplio

- vivir en lugares diferentes

- ingerir gran variedad de alimentos

- tolerar amplia gama de condiciones ambientales

- ejemplos

moscas, cucarachas, ratas, los seres humanos54

Especialistas

- poseen nichos estrechos

- pueden vivir en un solo tipo de habitat

- usar uno o pocos tipos de alimentos

- tolerar margen reducido de climas y otras condiciones ambientales

- ejemplos

pájaro carpintero, panda gigante55

¿Es mejor ser una especie generalista que especialista?

POBLACIONES Y COMUNIDADES

Características de las poblaciones

- Tamaño

- Densidad

- Dispersión

- Estructura

- Tamaño : número de individuos

- Cómo afecta el tamaño de lapoblación a la capacidad desobreviviencia?

- Poblaciones pequeñas?

- Poblaciones grandes?

- extinción

- dificultad de encontrar pareja

- muerte por enfermedad, depredación,cambio en las condiciones climáticas

- extinción: falta de alimento

- blancos fáciles para depredadores

Densidad : número de individuos de unapoblación en una cierta extensión de espacioen un momento dado

- varía con el tiempo

Densidades bajas

Densidades altas

- sucumbir a la depredación

- dificultad de encontrar pareja

- susceptibilidad a enfermedades

- protección y seguridad contradepredadores

Dispersión: distribución de los organismosen el hábitat

- varía con el tiempo

- Patrón de dispersión más común:agrupamiento

Ejemplos: manada de elefantes, bancode peces

- Estructura etánea o de edad: proporciónrelativa de individuos de cada edad en unapoblación

- categorías:

- prereproductiva

- reproductiva

- posreproductiva

CRECIMIENTORÁPIDO

Cambios en el tamaño de la población

-Tasa de natalidad = número de nacimientosde individuos vivos en una población porunidad de tiempo

-Tasa de mortalidad = número de decesos enuna población por unidad de tiempo

-Tasa de crecimiento, r (%) = (nacimientos -muertes)/ población inicial (N) X 100

Cambios en el tamaño de la población

r (%) > 1 aumento exponencial

r (%) < 1 disminución exponencial

potencial biótico = tasa máxima (r max)

(recursos ilimitados, condicionesambientales ideales)

Ejemplo: bacterias: 100% cada 30 min;humanos: 2-5% cada año

- EXTINCIÓN :

- proceso natural

- a lo largo del tiempo, especies viejasdesaparecen y especies nuevasaparecen

- extinciones recientes causadas poractividad humana más no por procesosnaturales

- destrucción/invasión del hábitat

Características de las poblaciones

- en plantas :

- reproducción sexual: semillas

- reproducción asexual: plántulas

Natalidad = producción de semillas ygerminación

hojas, brotes y ramitas tienen suspropias tasas de nacimiento

EL CRECIMIENTO DE LA POBLACIÓN ES BUENO O MALO?

FUNCIÓN DEL ECOSISTEMA

Cadenas tróficas o alimentaria

Red alimentaria

Uso de la energía

Reciclamiento

Nivel trófico

Lugar asignado a un organismo en unecosistema

Primer nivel trófico: productores

Segundo nivel trófico: consumidoresprimarios (herbívoros)

Tercer nivel trófico: consumidoressecundarios (carnívoros)

Cuarto nivel trófico: consumidoresterciarios

Cadena trófica o alimentaria

Serie o sucesión de organismos, cada unode los cuales come o degrada alprecedente

hierba saltamontes gorrión aguilucho

Red alimentaria

Trama compleja formada por muchascadenas y relaciones de alimentacióninterconectadas

Ejemplo:

Red alimentaria

Carnívoros

Herbívoros

Producción primaria

Carnívoros

Descomponedores

Detritos

Cadena tróficade los herbívoros

Cadena trófica delos detritívoros

Biomasa:

materia orgánica que tiene origen en unproceso biológico

peso en seco de toda la materia orgánicaen plantas y animales en un ecosistema

ENERGÍA Y NUTRIENTES

Uso de la Energía

Leyes de la Termodinámica

Primera Ley

La energía ni se crea ni se destruye, setransforma

Uso de la Energía

Leyes de la Termodinámica

Segunda Ley

Principio de degradación de la energía.

Si la energía cambia de una forma a otra,parte de la energía útil siempre se degrada auna calidad inferior, más dispersa (entropíaalta) y menos útil

La medida del desorden (entropía)

ENERGÍA SOLAR

DETRITÍVOROS, DESCOMPONEDORES

Flujos de energía en los ecosistemas

Primer nivel trófico

Segundo nivel trófico

Tercer nivel trófico

Cuarto nivel trófico

Productores(plantas)

Consumidores primarios(herbívoros)

Consumidores secundarios(carnívoros)

Consumidores terciarios(muy carnívoros)

Biomasa: peso seco total de toda lamateria orgánica en plantas y animales enun ecosistema

ENERGÍA Y NUTRIENTESFlujos de energía en los ecosistemas

Productores

consumidores primarios

consumidores secundarios

consumidores terciarios

Pirámide de energía de una cadena trófica

energía utilizable (en kcal)

Eficiencia de asimilación (dentro deun nivel trófico) = Asimilación /ingestión = A/I

Eficiencia de crecimiento =Producción/ ingestión = P / I

EFICIENCIAS ECOLÓGICAS

Eficiencia de producción =Producción / asimilación = P / A

Eficiencia de consumo =

consumo en el nivel trófico n/producción en el nivel trófico n-1 =

In / Pn -1

EFICIENCIAS ECOLÓGICAS

Elementos y sales disueltas esencialespara la vida

Macronutrientes: se requieren grandescantidades de compuestos químicosformados por C, H2, O2, N2, K, Ca, Mg, S, P

Micronutrientes: se requieren pequeñascantidades de Fe, Cu, Zn, Na, Mo, B, Co

NUTRIENTES

Flujo de nutrientes en un ecosistema

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Dos partes o componentes:

bióticos y abióticos

Ciclos que pasan por:

- los seres vivos, bios = vida- el suelo, geo = tierra- sujetos a reacciones químicas con uso y liberación de energía

Reciclar: es la única manera de mantener un sistema dinámico

Ciclos gaseosos

Ciclo hidrológico

Ciclos sedimentarios

Ciclos gaseosos

Nutrientes circulan entre

Componentes abióticos: atmósfera

bióticos: organismos vivos

Elementos reciclados rápidamente(horas-días)

Ciclos gaseosos

- ciclo del carbono

- ciclo del oxígeno

- ciclo del nitrógeno

CICLO DEL CARBONO

Ciclo del Carbono (ecosistema acuático)

Intervención humana en el ciclodel carbono

?Eliminación de bosques

?Utilización de combustiblesfósiles que contienen carbono

?Combustión de madera

Ciclo del Nitrógeno

(78% en vol. de la atmósfera)

Fijación de nitrógeno

Intervención humana en el ciclo del nitrógeno

? combustión de madera (emisión de óxidonítrico (NO) luego dióxido de nitrógeno (NO2) quereacciona con agua (atmósfera) y forma ácidonítrico (lluvia ácida)

? extracción minera de depósitos quecontienen iones nitrato e iones amonio para usocomo fertilizantes

? agotamiento de iones nitrato y amonio en lacosecha de cultivos ricos en nitrógeno

CICLO HIDROLÓGICO

Ciclo del Agua

Ciclos sedimentarios

ciclo del fósforo

ciclo del azufre

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