ecología de comunidades y ecosistemas
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1
© B. Runk/S. Schoenberger/Grant Heilman Photography
Ecología de comunidades y de ecosistemas:
Traducido y modificado de Mader, S.
Gustavo Toledo C.
Profesor de Biología,San Fernando College
2013
Puede ser adaptado para 1º y 4º medio y enseñanza universitaria-
pregrado
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Resumen
El concepto de comunidad La estructura de comunidades
Composición y diversidad Hábitat y Nicho ecológico Competencia entre poblaciones Interacciones Predador-presa Relaciones simbióticas Biogeografía Insular
Desarrollo de la comunidad Sucesión ecológica
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Resumen
La naturaleza de los ecosistemas Componentes abióticos Autótrofos Heterótrofos
Flujo Energético Pirámides ecológicas
Ciclos Biogeoquímicos Ciclo hidrológico Ciclo del Carbono Ciclo del Nitrógeno Ciclo del Fósforo
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Comunidad: Concepto
Una comunidad es un grupo de poblaciones que interactúan entre ellas dentro del mismo ambiente.La Composición de especies (también llamada
riqueza específica) de una comunidad es una lista de varias especies en la comunidad.
La diversidad incluye tanto a la riqueza de especies y a la abundancia de las diferentes especies.
5
Comunidad: estructura
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
a. b.a(Forest): © Charlie Ott/Photo Researchers, Inc.; a(Squirrel): © Stephen Dalton/Photo Researchers, Inc.; a(Wolf): © Renee Lynn/Photo Researchers, Inc.; b(Rain forest): © Michael Graybill y Jan Hodder/Biological Photo Service; b(Kinkajou): © Alan & Sandy Carey/Photo Researchers, Inc.; b(Sloth): © Studio
Carlo Dani/Animals Animals Earth Scenes
ArdillaAlce
LiebreOso
Zorro rojoLobo
Kinkajou (mico)mono
Oso hormiguerojaguartapir
Murciélagoperezoso
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Hábitat y Nicho ecológico
Hábitat El área donde un organismo vive y se reproduce
Nicho ecológico El rol que una especie juega en su comunidad
incluye a su hábitat y a
sus interacciones con otros organismos
Nicho Fundamental – Todas las condiciones bajo las cuales el organismo puede sobrevivir
Nicho real o realizado- Set de condiciones bajo la cual existe en la naturaleza
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Nichos de alimentación para las aves zancudas
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Flamengos se alimentan de moluscos yCrustáceos pequeños y materia vegetalPresente en el lodo que bombean conSu pico y su poderosa lengua.
Este pato se alimentaZambulléndose con laCola afuera hastaAlcanzar las plantasAcuáticas, semillas,Caracoles e insectos.
Avocetas se alimentan de insectos,pequeños invertebrados marinos“barriendo” de lado a lado con su pico en las aguas someras.
Los ostreros abren las conchasDe bivalvos con sus picos comoCuchillos y sondean la arena En busca de gusanos y cangrejos.
Los chorlitos se mueven en playasY pastizales cazando insectos yPequeños invertebrados.
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Comunidad: estructura
CompetenciaCuando dos especies compiten, la abundancia
de ambas especies es impactada negativamente
Predación (o parasitismo)Se prevé un aumento de la abundancia del
Predador (o parásito)y reducción de la abundancia de la presa (o
huésped)
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Competencia entre poblaciones
Competencia ocurre cuando Miembros de diferentes especies requieren el
mismo recurso, y El abastecimiento del recurso es limitado
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Competencia en laboratorio entredos poblaciones de Paramecium
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Den
sid
ad p
ob
laci
on
alD
ensi
dad
po
bla
cio
nal
Den
sid
ad p
ob
laci
on
al
P. aurelia creciendoseparadamente
P. caudatum creciendoseparadamente
Ambas especiesCreciendo juntas
Tiempo
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Competencia entre poblaciones
Principio de exclusión competitiva Dos especies no pueden por tiempo indefinido ocupar el mismo
nicho al mismo tiempo El uso compartido de recursos (repartición de recursos)
disminuye por la Competencia entre las especies La repartición de recursos conduce a la especialización del Nicho
y a una menor superposición de nichos entre las especies
Desplazamiento de caracteres Las características tienden a ser más divergentes cuando las
poblaciones pertenecen a la misma comunidad que cuando están aisladas
Competencia y la repartición de recursos puede conducir al desplazamiento de caracteres
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Desplazamiento de caracteres en pinzones de las Islas Galápagos
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30
10
50
G. fuliginosa G. fortis G. magnirostris
% d
e la
mu
estr
a
pequeña grande
30
10
50
% d
e la
mu
estr
a
pequeña grande
30
10
50
% d
e la
mu
estr
a
pequeña grande
especies coexisten en islas Abingdon,Bindloe, James y Jervis.
mediaProfundidad del pico
G. fortis existe sólo en Isla Daphne
G. fuliginosa existe sólo en isla Crossman
mediaProfundidad del pico
mediaProfundidad del pico
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Especialización del Nicho entre 5 especies de Currucas coexistentes
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Cape Maycurruca
Black-throatedgreen curruca
Bay-breastedcurruca
Blackburniancurruca
Yellow-rumpedcurruca
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Competencia entredos especies de picorocos
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Chthamalus
Balanus
Marea alta
Marea baja
área deCompetencia
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Interacciones Predador-presa
PredaciónUn organismo vivo, el Predador, se alimenta
de otro, la presaPredador es más grandePredador tiene más baja tasa reproductivapresa usualmente es consumida completamente
La presencia de predadores puede disminuir la densidad de presas y vice-versa
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Interacción Predador-presa entre linces y liebres
1845
b.
a.
20
40
60
80
100
120
140
18651855 1875 1885 1895 1905 1915 1925 1935
Liebrelince
© Alan Carey/Photo Researchers, Inc.
Nú
mer
o (
mil
es)
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Defensas de la Presa
Defensas de la PresaMecanismos que frustran la posibilidad de ser
comido por un PredadorSentidos más agudosVelocidadArmaduras protectorasEspinas protectoras o cuernosColas y apéndices que se desprendenQuímicos venenososCamuflajeColoración de advertenciaComportamiento gregario
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Defensas Anti - predador
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ojo
Cabeza falsa
a. Camuflaje c. Causar temorb. Coloración de advertencia
a: © Gustav Verderber/Visuals Unlimited; b: © Zig Leszczynski/Animals Animals/Earth Scenes; c: © National Audubon Society/A. Cosmos Blank/Photo Researchers, Inc.
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Mimetismo
MimetismoUna especie se parece a otra especie que
posee una evidente defensa antipredador Mimetismo Batesiano – El que imita carece
de las defensas del organismo al que se asemeja
Mimetismo Mülleriano – El que imita comparte una defensa protectora con otras especies
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Mimetismo Batesiano entre insectos
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a. Mosca b. Escarabajo de cuernos largos
c. Abejorro d. Chaqueta amarillaa: © Edward S. Ross; b: © Edward S. Ross; c: © James H. Robinson/Photo Researchers, Inc.; d: © Edward S. Ross
Mimetismo Mulleriano en Mariposas
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Relaciones simbióticas
SimbiosisUna asociación entre especies en la cual al
menos una de las especies es dependiente de la otra
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Relaciones simbióticas
24
Relaciones simbióticas
ParasitismoEl Parásito obtiene nutrientes de un huésped y
puede usarlo como hábitat y modo de transmisión
EndoparásitosEctoparásitos
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Gusano del corazónCopyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Courtesy the University of Tennessee Parasitology Laboratory
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Relaciones simbióticas
ComensalismoUna Relación simbiótica en la cual una
especie se beneficia y la otra ni es beneficiada ni dañada
El tiburón y la Rémora
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Pez payaso entre los tentáculos de una anémona
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© Dave B. Fleetham/Visuals Unlimited
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Relaciones simbióticas
Mutualismo
Una Relación simbiótica en la cual ambos miembros de la asociación se benefician
Ambas especies No necesitan ser igualmente beneficiadas
Simbiosis de limpieza
A menudo se ayudan una especie a otra para obtener alimento o evitar la Predación
Bacteria en el tracto intestinal de Humanos
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Simbiosis de limpiezaCopyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
© Bill Wood/Bruce Coleman, Inc.
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Biogeografía Insular
MacArthur y WilsonDesarrollaron un modelo general de
Biogeografía InsularExplica y predice cómo la diversidad de la
comunidad de una isla es afectada porDistancia desde el continente, yTamaño de la isla
El modelo de biogeografía Insular sugiere cuanto mayor sea el área de conservación mayor será la probabilidad de preservar más especies.
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Desarrollo de la comunidad
Sucesión ecológicaUn cambio que involucra a una serie de
reemplazo de especies luego de producido un disturbio
Sucesión primaria ocurre en áreas donde no hay formación de suelo
Sucesión secundaria comienza en áreas donde el suelo está presente
Las primeras especies que comienzan una sucesión secundaria son llamadas especies pioneras
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Sucesión secundaria
http://recursosbiologicos.eia.edu.co/ecologia/documentos/sucesionecologica.htm En esta dirección hay un documento básico sobre sucesión (copien el URL en explorer o Chrome)
a. Primer año b. Segundo año© Breck P. Kent/Animals Animals/Earth Scene
c. Quinto año e. Vigésimo añod. Décimo año
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Sucesión secundaria en un bosque
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pastoArbustos pequeños
Arbustos altosÁrboles arbustivos Árboles pequeños Árboles grandes
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Modelos de Sucesión
Modelo de FacilitaciónCada estado facilita la invasión y reemplazo
por organismos del próximo estadoSucesión en un área particular siempre
conducirá al mismo tipo de comunidad, una comunidad clímax
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Modelos de Sucesión
Modelo de inhibiciónLas especies Colonos (o tempranas)
permanecen e inhiben el crecimiento de otras plantas hasta que las especies colonos son dañadas o mueren
Modelo de toleranciaDiferentes tipos de plantas pueden colonizar
un área al mismo tiempoLa casualidad determina cual semilla arriba
primero
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Dinámica de un Ecosistema
En un ecosistema, Las poblaciones interactúan entre ellasLas poblaciones interactúan con el ambiente
físicoLos componentes abióticos de un ecosistema
son los componentes no vivos:Atmósfera, Agua, Suelo
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Dinámica de un Ecosistema
Los componentes bióticos de un ecosistema son los seres vivos que pueden estar categorizados de acuerdo a su fuente alimenticia:AutótrofosHeterótrofos
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Componentes Bióticos : Autótrofos
Productores son AutótrofosRequieren solo nutrientes inorgánicos y una
fuente de energía externa para producir nutrientes orgánicos
Foto - autótrofosQuimio - autótrofos
Componentes Bióticos : Productores
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a. Productores
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a(Left): © Ed Reschke/Peter Arnold, Inc.; a(Right): © Herman Eisenbeiss/Photo Researchers, Inc.
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Componentes Bióticos : Heterótrofos
Consumidores son Heterótrofos
Requieren una fuente de nutrientes orgánicos preformados Herbívoros - se alimentan de plantas
Carnívoros - se alimentan de otros animales
Omnívoros - se alimentan de plantas y animales
Descomponedores, también son Heterótrofos Bacteria y fungi
Digieren materia orgánica de organismos muertos
Componentes Bióticos : Herbívoros
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b. Herbívorosb(Left): © Royalty-free/Corbis; b(Right): © Gerald C. Kelley/Photo Researchers, Inc.
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Bióticos Componentes: Carnívoros
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c. Carnívorosc(Left): © Bill Beatty/Visuals Unlimited; c(Right): © Joe McDonald/Visuals Unlimited
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Bióticos Componentes: Descomponedores
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d. Descomponedoresd(Left): © SciMAT/Photo Researchers, Inc.; d(Right): © Michael Beug
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Flujo Energético y ciclos químicos
Cada ecosistema está caracterizado por dos fenómenos fundamentales : Flujo Energético
Empieza cuando los productores absorben la energía solar Sintetizan nutrientes orgánicos vía fotosíntesis Los nutrientes Orgánicos son usados por ellos mismos Nutrientes Orgánicos son usados por otros Energía eventualmente se disipa como calor en el ambiente
Ciclo químico Empieza cuando los productores toman nutrientes
inorgánicos desde el ambiente físico
Naturaleza de un ecosistema
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Pool deNutrientes
inorgánicos
Energíasolar
productores
calor
consumidores
calor
Descomponedorescalorenergía
nutrientes
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Balance Energético
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© George D. Lepp/Photo Researchers, Inc.
Crecimiento y reproducción
Calor alambiente
Energía alos carnívoros
Energía alos detritívoros
Respiración celular
Muerte
Flujo Energético
Una red tróficaRepresenta vías interconectadas del Flujo
EnergéticoDescribe relaciones tróficas
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Red trófica: Pastoreo y detritívora
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Bellotas
Autótrofos Herbívoros/Omnívoros Carnívoros
Ciervo
conejo
rata
Ardillas
Aves
Zorros
Zorrillos
Lechuza
Serpientes
Águila
detritus
Hongos y bacterias en el detritus invertebrados
muertea.
b.
muertemuerte
Invertebrados carnívoros salamandras Musarañas
Hojas
rata
InsectosComedores
De hojas
Flujo Energético
Una red trófica de Pastoreo comienza con un productor, en este caso un Roble.
Insectos, conejos y ciervos se alimentan de hojas.
Aves, ardillas y ratas se alimentan de frutas y bellotas.Ellos son omnívoros debido a que también se
alimentan de cuncunas.
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Flujo Energético
Una red trófica detritívora empieza con detritus Detritus es alimento para los organismos del suelo
tales como lombriz de tierra. La lombriz de tierra a su vez se alimentan de
invertebrados carnívoros. Los invertebrados pueden ser comidos por musaranas
o salamandras.
Los miembros de una red trófica detritívora pueden llegar a ser alimento para carnívoros que moran sobre el suelo, de modo que la red trófica de pastoreo y de detritus están unidas.
50
51
Niveles tróficos
Una cadena de alimentos es un diagrama que muestra una vía simple del Flujo Energético en un ecosistema.
Nivel tróficoUn nivel de alimentación dentro de una red o
de una cadena tróficaEstá formado por todos los organismos que se
alimentan en el mismo nivel en una cadena de alimentos
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Pirámides ecológicas
Sólo cerca del 10% de la energía de un nivel trófico está disponible para el próximo nivel tróficoExplica por qué los carnívoros superiores
pueden ser soportados en una red tróficaPirámides ecológicas
Representa el flujo de energía con grandes pérdidas entre niveles tróficos sucesivos
Pueden estar basadas en el Nº de organismos o en la cantidad de biomasa de cada nivel trófico
Pirámide Ecológica
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Carnívoros superior1.5 g/m2
carnívoros11 g/m2
herbívoros37 g/m2
Autótrofos809 g/m2
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Ciclos químicos
Las vías por las cuales circulan los químicos a través de los ecosistemas Involucran tanto a los componentes vivos
(biótico) y no vivos (geológico)Conocidos como Ciclos Biogeoquímicos
Ciclo del agua, Ciclo del Carbono, Ciclo del Fósforo,Ciclo del Nitrógeno
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Ciclos Biogeoquímicos
Ciclos químicos pueden involucrar a: Reservorio – Fuente normalmente no disponible para los
productores Combustibles Fósiles Minerales Sedimentos
Pool de intercambio – fuentes de las cuales los organismos generalmente toman químicos
Atmósfera Suelo Agua
Comunidad Biótica – los químicos permanecen en las cadenas de alimento, quizás nunca entren al pool
Las actividades Humanas producen contaminación y alteran el balance normal de los nutrientes
Modelo para ciclos químicos
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Reservorio• combustibles fósiles
• atmosfera• suelo• agua
comunidad
• mineral en rocas• sedimento en océanos Pool de
intercambio
productores
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Ciclo hidrológico
El agua se evapora desde los cuerpos de agua
Precipitación sobre la tierra entra a la tierra (subsuelo), a cuerpos de agua superficiales o acuíferos
Eventualmente el agua retorna a los océanos
Ciclo hidrológico
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transporte neto de vapor de agua por el viento
Océano
Hielo
Aguassubterráneas
lago
acuífero
Escorrentía de agua dulce
H2O en Atmósfera
evaporaciónDesde el océano
precipitaciónal océano
transpiración de las plantasy evaporación desde el suelo precipitación
Sobre la tierra
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Ciclo del Carbono
La Atmósfera es un pool de intercambio para el dióxido de carbono.
En el agua, el dióxido de carbono se combina con agua para producir iones bicarbonato.
Bicarbonato en el agua está en equilibrio con el dióxido de carbono en el aire.
La cantidad total de dióxido de carbono en la atmósfera ha sido aumentada cada año debido a las actividades humanas tales como la combustión de combustibles fósiles
Ciclo del Carbono
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plantas terrestres
Suelos
Océano
combustión
fotosíntesis
respiración
escorrentía
difusión
sedimentación
carbón
petróleo
destrucciónde vegetación
CO2 en Atmosfera
Organismos muertosy desechos animales
gasnatural
bicarbonato (HCO3–)
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15
4
2
6
6
6
3
61
Efecto invernadero
Gases invernadero dióxido de carbono, óxido nitroso, metano Permiten que la luz solar pase a través de la
atmósfera Reflejan a los rayos infrarrojos que alcanzan la tierra El calor queda atrapado en la atmósfera
Si la temperatura de la tierra se eleva Más agua se evaporará Más nubes se formarán, y Se establecerá un ciclo de retroalimentación positivo
potencial
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Ciclo del Fósforo
El fósforo no entra a la atmósfera
Ciclo sedimentarioLos fosfatos tomados por los productores es
incorporado a una variedad de moléculas orgánicas
Los niveles de fósforo excesivo pueden conducir a una EUTROFICACIÓN del agua
Ciclo del Fósforo
63
3
organismos
Roca explotable
Fosfato de minas
detritus
Océano
sedimentación
escorrentía
fertilizantes
plantas
animales
Descomponedores
Levantamientogeológico
desgaste8 2
Planta deTratamiento de
Aguas residuales
7
8
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Fosfato enEl suelo
ComunidadBiótica
Desechos de plantas animales
6
4
5
1
FosfatoEn solución
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Ciclo del Nitrógeno
El nitrógeno atmosférico es fijado por bacterias Lo hacen disponible para las plantas Nódulos en las raíces de legumbres
Nitrificación - Producción de nitratos que puede ser usado por plantas como fuente de nitrógeno
Asimilación--plantas toman amoníaco y nitratos desde el suelo y lo usan para producir proteínas y ácidos nucleicos
Desnitrificación - Conversión de nitrato a óxido nitroso y gas nitrógeno
Ciclo del Nitrógeno
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plantas
fitoplancton
descomponedor
NO3
NO3
NO3
NH4+NH4
+
sedimentación
cianobacteria
escorrentía
descomponedor
desnitrificación
Bacteriadesnitrificante
nitrificación
desnitrificación
Fijación de N2
nitrógeno-fijado porBacterias en nódulos
y suelo
Desechos dePlanta-animal
Comunidadbiótica
Bacteria nitrificante
Bacteriadesnitrificante
Comunidadbiótica
ActividadHumana
fijación de N2
N2 en atmósfera
1
3
2 4
5
4
3
2
21
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Nitrógeno y Contaminación aérea
Depósitos ácidosÓxidos de Nitrógeno y dióxido sulfuroso son
convertidos a ácidos cuando se combinan con vapor de agua
Afectan a lagos y bosquesReduce campos agrícolas
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Revisión
El concepto de comunidadLa estructura de comunidades
Composición y diversidad Hábitat y Nicho ecológico Competencia entre poblaciones Predador-presa interacciones Relaciones simbióticas Biogeografía Insular
Desarrollo de la comunidadSucesión ecológica
68
Revisión
La naturaleza de los ecosistemas Componentes abióticos Autótrofos Heterótrofos
Flujo Energético Pirámides ecológicas
Ciclos Biogeoquímicos Ciclo hidrológico Ciclo del Carbono Ciclo del Nitrógeno Ciclo del Fósforo
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