INTERACCIÓN ENTRE LOS ORGANISMOS Y LOS FACTORES AMBIENTALES

CURSO ECOLOGIA

DOCENTE ASESOR> Alvaro Carpio Begazo

Todos los organismos se hallan en interacción directa con los factores ambientales. Los factores energéticos, hídricos, químicos y mecánicos del medio ambiente afectan las características del ambiente y a los organismos y se reflejan en el clima, el suelo, el relieve y en otros organismos.

Cada organismo posee para un determinado factor un margen de tolerancia fisiológica, el cual es determinado genéticamente. El rango de tolerancia representa el valor para un factor que es soportable para un organismo. Cuando el factor es muy bajo o muy alto dentro del rango de tolerancia, se considera que el organismo se halla en un pésimo ecológico.

Ley de Tolerancia:Si las condiciones ambientales se tornan extremas, ciertos organismos perecerán. Para cada uno de los factores abióticos, un organismo tiene límites de tolerancia dentro de los cuales puede sobrevivir. Cualquier factor fuera del extremo superior, o inferior, de dicha tolerancia, tiende a limitar la oportunidad de supervivencia del organismo (fig. 65).

El optimo ecológico se presenta en la zona donde la intensidad del factor es la más adecuada para el individuo. El margen de tolerancia fisiológica varía por lo general entre las poblaciones y por lo general en las diferentes etapas del crecimiento. Cuando los organismos presentan un rango de tolerancia amplio se habla de organismos euripotentes, en el caso de rangos estrechos de tolerancia de organismos estenopotentes. En relación con la estenopotencia cuando un factor se halla en la región de baja intensidad se habla de oligoestenopotencia, en la región media de intensidad mesoestenopotencia y en la región de mayor intensidad de poliestenopotencia.

Ley del Minimo (Liebig 1843)El desarrollo de un organismo depende principalmente del factor que se encuentra presente en mínima intensidad o en exceso, es decir del pésimo ecológico (Fig. 64). En la naturaleza resulta con el desarrollo de rangos diferentes de tolerancia fisiológica y rangos de tolerancia ecológica (curvas de tolerancia sinecológica, potencia ecológica), las cuales reflejan el comportamiento real del organismo cuando todos los factores ambientales están en juego.

Figura 64: es una representación de la ley del mínimo, la cual muestra como el crecimiento de un organismo es limitado por el elemento esencial que sea más escaso. El nivel de agua representa el nivel de crecimiento o de producción de una cosecha; Aunque todos los elementos restantes estén presentes en las cantidades adecuadas, la producción o el crecimiento de los organismos no será más allá de lo que permita el elemento esencial en concentración limitada.

A través de las múltiples adaptaciones de los organismos a diferentes rangos de tolerancia se forman áreas multidimensionales en las cuales los organismos realizan su desarrollo, se reproducen ypermiten la preservación de la especie, la cual se conoce como nicho ecológico.

Figura 56: Distribución de una población de acuerdo a su rango de tolerancia.

El nicho no se debe considerar sólo como el espacio, sino como el mosaico de las propiedades del medio ambiente que permiten el cubrimiento de las necesidades genéticas de los organismos. El nicho fundamental de un organismo se considera como el grado de tolerancia de un organismo a las condiciones abióticas del ambiente, el cual es el resultado del desarrollo evolutivo y ontogenético y se reduce con la competencia, la oferta de alimento y los enemigos constituyendo el nicho real.

A escala individual, los factores bióticos y abióticos son muy importantes. Se puede definir el nicho ecológico, como el rango de ambientes en los cuales una especie vive. Este rango de ambientes tiene dimensiones tanto biológicas, como físico-químicas, tales como las especies con que interactúa, la profundidad del agua en que vive, y el rango de la salinidad que tolera. Dos especies no pueden ocupar exactamente el mismo nicho (ya que sus requerimientos ambientales y tolerancias no son exactamente los mismos). Elhábitat es el lugar -definido por la comunidad vegetal

y el entorno físico- al que la especie está adaptada biológicamente para vivir; por ejemplo, un lago, un bosque, las sabanas son ejemplos de hábitats. Los diferentes tipos de bosques brindan hábitats marcadamente distintos y la comunidad que sostiene es diferente. Diferentes especies pueden ocupar el mismo hábitat; Aún así la competencia puede ser ligera o inexistente, para la mayor parte de poblaciones que conviven, porque cada especie tiene su nicho, el cual se refiere a: qué come el organismo, dónde y cuándo, dónde se refugia y dónde anida.

Los nichos de dos especies pueden traslaparse y en este caso las dos especies compiten por el mismo recurso. Hay diferenciación de nicho, cuando una especie modifica sus requerimientos de recursos, lo cual reduce la competencia directa. En la Fig. 66 se muestra la competencia interespecífica entre los percebes Chthalamus stellatus y Balanus balanoides. En la zona entre mareas. B. balanoides es susceptible a la deshidratación y C stellatus es controlado por B balanoides, el cual crece más rápidamente. Por lo tanto, el nicho fundamental, la máxima área de ocupación de C. stellatus se ve reducido; es decir el nicho realizado, es menor, que el nicho fundamental, presencia de competencia. Para B. balanoides el nicho realizado es igual al nicho fundamental.

Figura 66: Distribución del nicho realizado y el nicho fundamental de los percebes Chthalamus stellatus y Balanus balanoides

Un nicho es el conjunto de características que describen los recursos precisos que necesita un organismo para sobrevivir.

La energía en los sistemas Los especialistas en el medio ambiente se han percatado que el punto de vista energético constituye un elemento analítico muy útil en los ecosistemas. Sin el sol, las plantas estarían sin energía, y sin las plantas y los animales morirían. La energía es necesaria para conducir los ciclos predador-presa y limita el esfuerzo reproductivo. La luz del sol una fuente natural de energía; mientras que la producción de energía en las plantas de energía comercial es una fuente de energía suplementaria.

Para que la vida pueda existir la tierra debe recibir constantemente energía que proviene del sol y producir salidas de energía calorífica que pasan al espacio exterior. La temperatura relativamente constante de la superficie terrestre es el resultado del continuo equilibrio energético entrada-salida del ecosistema terrestre.

El sol es una bomba de hidrógeno, una masa de hidrógeno se está transformando en helio con la emisión de una enorme cantidad de energía en forma de ondas electromagnéticas (radiaciones) La tierra recibe sólo 1/50.000.000 de las ondas electromagnéticas del sol. Las nubes y las partículas de polvo interceptan los rayos solares y absorben o reflejan la mayor parte de la energía (Figura 6.12: 168, Brady) . Solo 35-40 % de la radiación solar alcanza la superficie de la tierra en regiones húmedas y 75% en regiones áridas, libres de nubosidad. El promedio global es de 50%. La energía que llega es utilizada para evaporar agua del suelo o de las superficies foliares, es reflejada por las superficies reflectoras (nieve, mar, arena) funde el agua, genera vientos, ondas y corrientes, conduce los ciclos atmosféricos y suministra la energía para todos los organismos que habitan el planeta.

La energía que llega a la tierra como luz solar visible (0.39 -0.76 micrones) se refleja en radiaciones de ondas largas (0.12 micrones. Esto es significativo debido a que la atmósfera, por la presencia de CO2, no es transparente a las radiaciones caloríficas, por lo que retiene una gran proporción de la energía irradiada, con lo cual evitan, semejante a un invernadero, que el calor abandone el planeta.

Además de la radiación solar, otros factores influencian la cantidad de energía absorbida por los suelos, que incluyen el color del suelo, la pendiente y la cobertura vegetal. Los colores oscuros absorben más energía que los suelos claros. Esto no necesariamente implica que los suelos oscuros sean más cálidos. Los suelos oscuros son más ricos en materia orgánica y almacenan mayores cantidades de agua, por lo tanto requieren más energía para calentados y se enfrían cuando tiene lugar la evaporación.

El ángulo en el cual los rayos del sol alcanzan el suelo, influencia la temperatura. Si el patrón de entrada es perpendicular a la superficie del suelo, la absorción de energía es mayor, ya que la radiación se concentra en un área menor. Si la cantidad de radiación alcanza el suelo en una ángulo de 45 0, el área afectada es mayor y los rayos no se concentran.

En las plantas, la luz solar se transforma por medio de la fotosíntesis en moléculas químicas complejas. Los organismos (plantas y animales) para obtener moléculas ricas en energía degradan dichas moléculas y liberan la energía almacenada (respiración celular)

Todos los procesos energéticos se controlan por dos leyes generales, las leyes de la termodinámica, las cuales indican las relaciones entre las diferentes formas de energía. La primera ley de la termodinámica establece: " La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma". La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo y se puede encontrar como: nuclear, radiante, química, calorífica, o potencial. La energía puede cambiar de una forma a otra, la suma de todas las formas de energía debe permanecer constante.

La segunda ley de la termodinámica establece que la energía tiende a pasar de formas más organizadas y concentradas a otras menos organizadas y más dispersas. Esta ley implica que la transferencia de energía nunca es muy eficaz y gran parte de la energía se torna tan dispersa que deja de ser útil. En los sistemas ecológicos se puede cuantificar la energía que fluye y a medida que la energía se procesa a través de un ecosistema, es cada vez menor la cantidad utilizable. La energía se mueve en los sistemas vivos en forma de moléculas de elevada energía, que son elaboradas por los productores. Algunas de estas moléculas se utilizan como combustible para los procesos vitales de la misma planta o a través del consumo, de organismos herbívoros.

Un productor utiliza la energía solar y por medio de la fotosíntesis produce moléculas ricas en energía, los productores también se conocen como organismos autótrofos. Los herbívoros son organismos que consumen tejidos vegetales para obtener moléculas ricas en energía y se conocen como organismos heterótrofos y consumidores primarios.

En el curso de su vida las plantas y animales utilizan la energía para los procesos vitales, para reproducirse y para la elaboración de tejidos. Cuando los organismos mueren, el tejido muerto contiene aún energía, que puede ser aprovechada por organismosreductores. Los carnívoros obtienen su energía consumiendo herbívoros y gastan también su energía, al igual que los reductores, tanto en la respiración, como en la elaboración de tejidos (crecimiento y reproducción).

Los reductores son organismos que aprovechan la energía almacenada en el tejido de organismos muertos. Los carnívoros son organismos que se alimentan de herbívoros.Los carnívoros también pueden comer otros carnívoros. El último carnívoro en una cadena alimenticia se conoce como consumidor final.La energía fluye a través de la biosfera secuencialmente y de un organismo a otro. Esta secuencia de relaciones alimenticias se conoce como cadena alimenticia. En cada una de estas etapas la energía se transforma parcialmente en calor y sale del sistema. Las secuencias alimenticias no son aisladas, sino que se entrelazan para constituir relaciones alimenticias complejas conocidas como redes alimenticias.El nivel trófico de un organismo se refiere al número de etapas que separan a un organismo de la producción primaria.Los organismos autótrofos constituyen el primer nivel trófico; los herbívoros el segundo nivel trófico; y los carnívoros primarios el tercer nivel trófico. Un organismo omnívoro puede ocupar más de un nivel trófico y varios organismos pueden ocupar el mismo nivel trófico en una red alimenticia.A medida que la energía fluye en una cadena alimenticia, de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica, se pierde en forma de calor.La ley del diez por ciento establece que sólo alrededor del 10% de la energía disponible en un nivel trófico, puede ser aprovechada por los organismos del nivel trófico inmediato.

De esta manera es claro que un alto porcentaje de la energía (80-90%) que reciben los organismos se emplea en el proceso vital, antes de ser transferida a los niveles tróficos procedentes, de acuerdo a la ley del diezmo o ley del 10%. De esta manera resulta obvio que los organismos productores disponen de mayor cantidad de energía, que los consumidores finales, lo cual limita el número de niveles tróficos en las redes alimenticias a cuatro y máximo cinco.

Las pirámides ecológicas representan gráficamente la estructura trófica de las comunidades de organismos y pueden ser de tres tipos: de números, de biomasa y de energía.

Cada eslabón de una cadena alimenticia debe producir lo suficiente para mantenerse a sí mismos, y para nutrir al siguiente eslabón. Como cada paso sucesivo representa progresivamente una menor cantidad disponible de energía, de biomasa o número de individuos. Por lo tanto al graficar estos valores se obtiene un efecto piramidal en la estructura trófica de la cadena alimenticia representada en las pirámides ecológicas (fig. 67).

Figura 67: Representación de una pirámide alimenticia, con sus respectivos niveles tróficos.

Una característica fundamental del concepto de cadena alimenticia consiste en la concentración de ciertas sustancias conforme se asciende en ella. La energía que un organismo recibe en el alimento, se emplea únicamente en forma parcial para la elaboración de nuevos tejidos; cerca del 50% se utiliza en la respiración. Cualquier sustancia que no intervenga en la respiración, ni sea fácilmente excretada, tiende a concentrarse en el tejido del organismo. Este fenómeno de concentración en la cadena alimenticia, conocido como magnificación biológica, origina elevadas concentraciones de plaguicidas persistentes y de materiales radioactivos que se han encontrado en diversos organismos superiores (Fig. 68, 69).

Figura 68: Concentración de residuos de DDT en una cadena simple. (Tomado de "Toxic substances and ecological cycles" por George M. Woodwell. Scientific American. Marzo de 1967. Copyright (c) 1967 de la Scientific Amercian Inc. Todos los derechos reservados).

Figura 69: Niveles de DDT en una red alimenticia de las playas de Long Island. (Adaptado de G, Woodwell, Scientific american, Marzo 1967). En la figura se indican los niveles de DDT encontrados en algunas muestras tomadas en un pantano cercano a la playa de Long Island. Los números indican residuos de DDT y sus derivados, en partes por millón de partes de tejido corporal húmedo. El nivel de concentración oscila desde 0.04 ppm en el plancton hasta 75.5 ppm en una gaviota.

La magnificación ecológica es una concentración de substancias, que no hacen parte del metabolismo, por lo tanto no puede ser fácilmente excretadas y se concentran en los tejidos; de tal manera que en los niveles tróficos procedentes es mayor la concentración.

Relaciones de las plantas con el ambiente y entre sí

En primer lugar se consideran las interacciones entre los factores abióticos (clima y suelo) y las plantas. El clima se considera como el transcurso de promedio de los factores climáticos (temperatura, precipitación, vientos, radiación) en una región. El lugar de crecimiento de las plantas presenta además un microclima.

Fig. 70: Relación entre el número de flores y el ciclo de luz y oscuridad.cual puede ser

diferente de algunos factores del macroclima. Así, por ejemplo, las plantas del sotobosque disponen de menos luz, pero de mayor humedad, que las plantas de una pradera cercana.

Agua Todos los procesos en las células de los organismos tienen lugar en un medio acuoso. En todos los seres vivos el agua constituye el componente principal (más de 70%) y muchos organismos viven exclusivamente en el agua (en los ecosistemas: mar, río, lago y laguna).

La luz suministra la energía para la fotosíntesis, afecta a su vez el crecimiento y los procesos de desarrollo. Para muchas plantas la duración del de luz afecta la floración (fig. 70).

Figura. Floración en fríjol soya a diferentes s de luz. Las plantas de soya se mantuvieron en ciclos de 10 horas de luz y de 8-62 horas de oscuridad. En la ordenada se graficó el número de flores. Se alcanzó un máximo con 10 horas de luz y 14 de oscuridad, así como para 10 horas de luz y 30 horas de oscuridad. (La fase de luz se representa de color gris, la fase oscura de color fucsia). La distancia en la abcisa corresponde a 6 horas por cada intervalo (K. C. HAMNER, 1960).

Tabla 5: Ejemplos de plantas de acuerdo a la foto

Plantas de días cortos Plantas de días largos Plantas neutrales Arroz, soya, algodón, marihuana, crisantemo

Cebolla, zanahoria, lechuga, amapola, mostaza

Arveja, girasol, flor de ganso

Temperatura La mayor parte de las plantas crecen generalmente en un rango de temperatura entre 0 0C- 40 0C y un máximo de 50 0C, sin embargo varían las temperaturas óptimas. Las plantas de tomate y fríjol mueren bajo la influencia de las heladas, algunas bacterias y cianobacterias (procariotas) viven en aguas calientes, que alcanzan hasta 90 0C y esporas y semillas resisten bajas y altas temperaturas.

Muchas especies tropicales mueren cuando la temperatura desciende a casi 0 0C, mientras que las plantas europeas resisten los inviernos por debajo del punto de congelación.

Frecuentemente la muerte de las plantas tiene lugar a causa de la escasez de agua, ya que el agua del suelo se encuentra congelada y no hay forma de reemplazar el agua que transpira la planta.

Además de la temperatura promedio anual se debe tener en cuenta las temperaturas mínimas y máximas diarias. Para determinados procesos en las plantas se requiere una temperatura media óptima durante el día. El trigo de invierno detiene su crecimiento a partir de 5 0C y la calabaza a partir de los 15 0C o menos.

La temperatura media anual y la precipitación permiten una zonificación de la vegetación sobre la superficie terrestre de forma general. (Fig. 71). Esas zonas climáticas sobre la tierra se conocen como"zonobiomas".

Fig. 71: Distribución de las principales unidades de vegetación de la superficie terrestre en relación con la precipitación y la temperatura.

Como la precipitación y la temperatura varían de acuerdo a la orografía, se presenta con el incremento de la altura sobre el nivel del mar una zonación, la cual se conoce como "orobiomas". En zonas con las mismas condiciones climáticas se presentan diferencias notables en el clima local, las cuales son el resultado de las diferencias en las relaciones de luz, humedad y temperatura. En la noche el aire frío fluye colina abajo y provoca heladas en las zonas bajas, las cuales pueden dañar los cultivos de las áreas planas. En esas regiones se deben tomar medidas contra las heladas (calentamiento, ventilación artificial).

Un ecosistema puede ser grande o microscópico. La tierra es el más grande ecosistema. A su vez la tierra puede ser subdividida en complejos más pequeños, los cuales se conocen comobiomas. El clima es el factor más importante en un bioma, ya que determina que tipo de plantas y animales viven allí.

Un bioma es un complejo de comunidades, los cuales están caracterizados por un tipo determinado de clima y vegetación (ejemplo: el trópico).

La vida sobre la tierra requiere agua, fuentes de energía y diferentes nutrientes, los cuales provienen del suelo, del agua y del aire. Una combinación viable de esos factores sólo se encuentra en una capa delgada cerca de la superficie terrestre (8 km hacia el aire y 8 km hacia abajo en el mar profundo. Esa capa se conoce como biosfera.

La biosfera es el sitio donde viven plantas y animales, tanto en el suelo, como en la atmósfera, y puede ser considerada como un continuo de escalas espaciales y de componentes del sistema. En la atmósfera existe un continuo de gas (aire, vapor de agua, CO2, etc.) existe desde la atmósfera libre al espacio poroso en el suelo y en los espacios intercelulares en las hojas. Un continuo de agua líquida existe desde los poros en el suelo húmedo a las células de la raíz o las hojas de una planta. En el sistema, las interfases entre líquido y gas son las regiones, donde las moléculas de agua van de un estado a otro, y en esas regiones, tiene lugar el intercambio de calor latente. El intercambio de calor latente suministra un acoplamiento entre el intercambio de agua y energía. El suelo obviamente está unido a la atmósfera por conducción y difusión a través de los poros, pero está unido a la atmósfera a través del sistema vascular.

Los principios de conservación y masa de energía pueden aplicarse a este sistema total o a los componentes específicos, tales como: la planta, la hoja, el xilema, o una célula. Las ecuaciones de transporte pueden ser aplicadas al sistema completo o a componentes simple. Pero se debe definir claramente que porción del sistema es de interés en un análisis particular.

Los animales pueden ser componentes de este sistema, desde los organismos microscópicos que viven en las películas de agua, hasta una lombriz o animales que viven sobre las hojas como los ácaros o los saltamontes. El microhábitat a que el animal está expuesto dependerá de las interacciones entre componentes de este continuo. Los animales, a su vez, pueden alterar los componentes del continuo; por ejemplo, los herbívoros que comen hojas, los ácaros que alteran la función de los estomas, o las enfermedades que inhiben la fotosíntesis.

Continuidad en la biosfera

Una parte de energía o masa puede fluir de una parte del sistema a otra parte continuamente. El agua en la biosfera existe en tres estados sólido, líquido y gaseoso y se mueve de un lugar o estado a otro. Los organismos viven dependen del agua y se han adaptado a sus propiedades características. Considere, por un momento, el flujo de agua en el sistema suelo-planta-atmósfera. La lluvia que alcanza la superficie del suelo, se condensa como vapor en el aire, o se infiltra a través de los poros, en respuesta a un gradiente de potencial para distribuirse a través del espacio porosos del suelo. El agua se mueve a través del suelo hacia la raíz, por el sistema vascular de la planta y hacia la hoja bajo la influencia de un gradiente de potencial hídrico. En la hoja, el agua líquida se cambia a vapor , lo cual requiere energía, el movimiento del vapor de agua a la atmósfera tiene lugar por gradientes de potencial. Este vapor de agua difunde a través de los estomas , hacia la interfase hoja-aire y por convección turbulenta a través de la cobertura, la capa límite del planeta y finalmente a la atmósfera para ser distribuida alrededor del globo y condensada de nuevo como lluvia. La energía que se requiere para el cambio de agua líquida a vapor, es suministrada por la energía solar. Las leyes de transporte y las de conservación de masa y energía permiten describir el movimiento de agua a través del sistema. En algunos casos la forma de la ecuación de transporte puede variar, para diferentes partes del sistema, pero el principio de conservación de masas se usa para unir las ecuaciones de transporte para las diferentes partes en un sistema total. Una representación esquemática de la conexión de energía y masa en la biosfera se ilustra en la Fig. 72.

Figura 72: Representación esquemática de las interconexiones del agua, el carbón y la energía en la biosfera.

Fuentes

> Universidad Nacional de Colombia, curso Ecologia

> Curso de Geologia General por Alvaro Carpio