la naturaleza de los ecosistemas
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BLOQUE VBLOQUE VBIOSFERABIOSFERA
TEMA 9: TEMA 9:
LA NATURALEZA LA NATURALEZA DE LOS ECOSISTEMASDE LOS ECOSISTEMAS
1. COMPONENTES DEL ECOSITEMA“ Un ecosistema es una comunidad de organismos que interaccionan entre sí y
con el medio físico donde viven, intercambiando materia y energía”
• Componente abiótico: medio físico o biotiopobiotiopo:- Factores físicos ( Tª, luminosidad, densidad, pH,..)-Sustancias orgánicas e inorgánicas (agua, oxígeno, dióxido de carbono, sales de
nitrógeno,..)• Componente biótico: comunidad de organismos o biocenosis, biocenosis, conviven en el
medio físico del lago- Organismos autótrofos o productores: transforman las sustancias inorgánicas en
orgánicas(vegetación de ribera, algas flotantes. Normalmente fitoplancton mayor productor de
materia orgánica que las plantas enraizadas)- Organismos heterótrofos: se alimentan de materia orgánica ya sintetizada.• Consumidores: obtienen la E y materia alimentándose de otros animales. Primarios
(C-1a, larvas de insectos, crustáceos, peces, detritívoros; C-1b, zooplancton)• Consumidores secundario: C-2 (carnívoros) y C-3 (se alimentan de carnívoros)- Organismos descomponedores: bacterias y hongos (la descomposición se eleva con
la Tª, con lo que es mayor en verano, facilitando nutrientes a las productore
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“ Un ejemplo de ecosistema”
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“ Un bosque: ejemplo de ecosistema”
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“ Un bosque: biotopo y biocenosis”
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El ecosistema del lago funciona a partir de la energía solar recibida, pero su estabilidad relativa en el tiempo depende de la incorporación de nutrientes provenientes de las aguas superficiales y del drenaje de la cuenca hidrográfica en que se encuentra
2. EL FLUJO DE ENERGÍALas interacciones entre los componentes bióticos y abióticos de un ecosistema son
principalmente de tipo energéticoEntrada de energía: luz solar, se transforma en energía química mediante la
fotosíntesis (almacena en los enlaces de las moléculas orgánicas: glúcidos, grasas, proteínas) para lo que necesitan sustancias inorgánicas → plantas verdes, algas y bacterias fotosintética
Bacterias quimiosintéticas (obtienen la energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, papel insignificante desde el punto de vista energético pero importantísimo desde el punto de visto de los ciclos de la materia)
Ciclo de energía: unidireccional, acíclico y abierto (en cada nivel se pierde energía en forma de calor, por lo que es necesario un aporte extra de energía)
Ciclo de materia: cíclico, cerrado , los descomponedores transforman la materia orgánica de los cadáveres y los restos orgánicos en sustancias inorgánicas sencillas asimilables por los productores
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“ Flujo de materia y energía en un ecosistema”
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“ Flujo materia y energía en un ecosistema”
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El flujo de la energía y el ciclo de la materia son la esencia de la dinámica de los ecosistemas
Su estudio adquiere gran importancia por la demanda de una población humana cada vez mayor, necesario conocer rendimiento y la eficacia de los organismos productores, el flujo de energía característico de los ecosistemas orientados hacia las sociedades humanas
Interesa conocer la radiación incidente, para conocer el aprovechamiento de esa energía en el ecosistema: el destino de la radiación
Suponiendo constante la radiación sola (flujo solar), la cantidad de radiación recibida depende de: duración del día (en función rotación terrestre, inclinación del eje de rotación y la esfericidad de la Tierra), estaciones del año (movimiento de traslación)
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Necesario para evaluar el rendimiento de un ecosistema o de alguno de sus niveles tróficos:
Biomasa: cantidad de m. o. o masa biológica producida, referida a un área o volumen (t/km2, kg/ha, g/m2)
- Biomasa primaria (productores), secundaria (consumidores)
Producción: cantidad de biomasa producida por unidad de tiempo (t/km2/año, kg/ha/año, g/m2/año)
- Producción primaria bruta (PPB): cantidad total de biomasa fabricada por los productores
- Producción secundaria bruta (PSB): elaborada por los consumidores- Producción primaria neta (PPN): cantidad de biomasa de los productores a disposición
del siguiente nivel trófico- Producción secundaria neta (PSN): cantidad de biomasa de los consumidores a
disposición del siguiente nivel tróficoPB = PN + R (R: cantidad de biomasa degradada en la respiración celular, biosintésis,
mantenimiento calor corporal, locomoción..)PN: parte consumida por el siguiente nivel trófico, otra se perderá porque no será parte consumida por el siguiente nivel trófico, otra se perderá porque no será
aprovechada y otro será aprovechada por los descomponedoresaprovechada y otro será aprovechada por los descomponedores
Productividad: relación entre la producción y la biomasa. Nos indica la velocidad de renovación de la biomasa p= P/B * 100
PARÁMETROS TRÓFICOS
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FIJACIÓN DE LA ENERGÍA POR LOS PRODUCTORESEnergía solar → energía química (en materia orgánica, utilizada para realizar las funciones vitales: crecimiento, mantenimiento del calor corporal, locomoción,..)
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6 O2
1 mol de glucosa: 686 kcal
“Método de cosecha”: método para determinar la materia orgánica fabricada por los productores ( se corta la vegetación en intervalos periódicos de tiempo y se pesa el material seco, se expresa en términos de biomasa y producción. Inconvenientes: no incluye la biomasa de las raíces ni la consumida por los herbívoros, ni la biomasa gastada por los productores en su propia activad vital a través de la respiración celular)
La biomasa y la producción puede expresarse también en unidades de energía si se conoce exactamente el contenido calórico del material biológico
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DISTRIBUCIÓN MUNDIAL DE LA PPB EN DIVERSOS ECOSISTEMASSólo entre el 0,1- 1,6% de la radiación solar incidente es transformada en energía química Los desiertos –ausencia de humedad- y los océanos – escasez de nutrientes- son muchos menos productores que las zonas de interfase (plataforma continental y arrecifes de coral)DESTINO DE LA ENERGÍA ACUMULADA POR LOS PRODUCTORES- El flujo de energía es unidireccional, acíclico y abierto (necesario un aporte externo de energía)- Los niveles tróficos o componentes de un ecosistema disponen de mucha más energía que la que consumen (baja asimilación energética de los productores, 0,1%)- Al ascender en el ecosistema, la cantidad de energía consumida en la actividad metabólica propia de cada nivel trófica a través de la respiración celular es cada vez mayor (consumidores, el 60% de la PB, por la búsqueda de alimento- Hay una disminución progresiva de la energía en cada nivel trófica (parte se pierde en forma de calor durante la actividad metabólica, el número de nivel tróficos es reducidos, entre 3-5)Un porcentaje muy elevado de la energía disponible en cada nivel trófico no se utiliza (se almacena en forma de sedimentos, constituyendo la base energética de reserva, utilizada por el sistema de detritus del suelo)EFICACIA ECOLÓGICA (BRUTA O NETA)Cantidad de biomasa o energía que se transfiere de un nivel trófico al siguiente
(en torno al 10% en la mayoría de la ecosistema, puede variar entre el 5 y el 30%)
2. EL FLUJO DE MATERIA: CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
La vida a la vez que a la energía está ligada a los 25 elementos químicos presentes en todos los seres vivos
Movilidad de estos elementos es cíclicos (afectando tanto a organismos como a su ambiente geológico: ciclos biogeoquímicos)
Importante considerar la acción humana acción humana sobre estos ciclos
Ciclo de nutrientes gaseosos: atmósfera principal reservorio (Ciclo del C, N y O), movilidad alta
Ciclo de nutrientes sedimentarios: litosfera principal reservorio (Ciclo del P y S) circulación lenta, tienden depositarse en los sedimentos profundos del océano, resultando inaccesibles, por lo que son factores limitantes para el desarrollo de los organismos
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CICLO DEL C
Entrada : CO2 atmosférico (fotosíntesis)
incorporación en caparazones y esqueletos de los organismosIncorporación: CO2 (respiración) (importante para descomponedores)
Almacén: rocas sedimentarias (calizas, carbones, petróleos)
incorporación: por la quema de combustibles fósiles y mo, por la disolución de aguas carbónicas sobre rocas carbonatadas
Efectos sobre la dinámica de la biosferaY sobre el clima
(Los océanos como reguladores del contenido de C en la atmósfera)
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CICLO DEL NEl N2 atmosférico no está
disponible para los seres vivos por lo debe ser fijado de forma NO3
- asimilable por los seres vivos:
-Fijadores de nitrógeno simbióticos: bacterias o hongos
(Rhizobium)-Fijadores de nitrógeno de vida
libre: bacterias aerobias, anaerobias o cianobacterias
El cultivo de leguminosas y la producción de fertilizantes hace que el N fijado haya aumentado
un 10% a lo fijado de forma natural por o ecosistemas
Una saturación de N: eutrofización• Amonificación: una vez utilizado el N como NO3
- ,todos los productos de desecho (urea, ácido úrico) como los residuos son transformados por los descomponedores a NH3
•Nitrificación: NH3 (tóxico) diferentes bacterias a NO2- y a NO3
- •Desnitrificación: a N2 algunas especies de bacterias y hongos (suelos aireados o muy ricos en
materia orgánica), el N2 se escapará produciendo un empobrecimiento de éste
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CICLO DEL OGran variedad de formasO2 atmosférico (gracias a la fotosíntesis), H2O, compuestos inorgánicos
No existía en la atmósfera primitiva
Solubilidad muy baja en agua, intercambio entre atmósfera y océanos pobre
Se produce únicamente donde llega la luz: estratos superiores de los ecosistemas terrestres, capas superficiales de los medio acuáticos
Su presencia ayuda a la descomposición aerobia de la materia orgánica, en caso de ausencia será descomposición anaerobia con la consecuente liberación de CH4, H2, NH3, H2S, CO2 y ácidos orgánicos
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CICLO DEL SEl S forma parte de los aa que
estabilizan la estructura tridimensional de la proteína.
El S se incorpora a los organismos como SO4
-2 por medio de bacterias y hongos
El S pasa a la atmósfera por medio de SO2 como resultado de la
combustión de carbón y petróleoEl SO4
-2 → S o H2S (utilizado por bacterias sulfatoreductoras
heterótrofas)
En zonas anaerobias en ecosistemas con elevada cantidad de mo: presencia de H2S (nocivo)
En zonas mineras, la oxidación del FeS2 provocando la formación de H2SO4, acidificando las aguas de drenaje de las minas, tóxicas para los organismos
Los volcanes emiten de forman natural SO2 y la algas marinas DMS
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CICLO DEL PForma parte de los ácidos
nucleicos, de los fosfolípidos de las membranas celulares, ATP y constituye el esqueleto y los
caparazones de muchos organismos.
Nutriente limitante en la producción de los ecosistemas,
proporción mayor en los seres que en el medio
Productores lo toman como PO43+ y
es trasferido así a las moléculas orgánicas.
Los descomponedores lo hacen disponibles para nuevos
productoresUna parte se quita del ciclo al sedimentarse, y al formar parte de esqueletos
y caparazonesLa excreción: pérdida de P para el ecosistemaDepósitos de guano: por los excremento s de las aves marinas sobre
acantilados y archipiélagos
4. RELACIONES TRÓFICAS EN LOS ECOSISTEMASCADENAS TRÓFICASRepresentan la transferencia lineal, en un solo sentido, de materia y energía entre los
organismos, el alimento va pasando de una especie a otraTrébol--- conejo --- zorroParte de ese traspaso se pierde en forma de calor, su número varía entre 3-5Cadena trófica de paso: planta verde- herbívoro- carnívoros-depredadoresCadena trófica de los detritus: residuos orgánicos acumulados en los sedimentos (medio
acuático) o en el suelo (terrestre) – los organismos se alimentan de detritus (detritívors)REDES TRÓFICASRelación que existe entre todas las especies (normalmente una especie sirve de alimentos
a varios)• Las especies se pueden agrupar en niveles tróficos, según la función que desempeñen
en el ecosistema: herbívoros, carnívoros y descomponedores• Una misma especie puede servir de alimentos a especies de diferentes niveles• Una especie puede alimentarse de más de un nivel trófico• La eliminación de una especie o grupos de especie, tiene grave consecuencia sobre el
resto de la comunidad• El conocimiento de la red trófica en un ecosistema puede servir de utilidad para
conocer el estado de conservación (fase de recuperación o de degradación)
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“ Redes tróficas”
PIRÁMIDES ECOLÓGICASOtra forma de representar las relaciones tróficas, en las que cada nivel trófico ocupa
un escalón PIRÁMIDES DE NÚMEROLa dimensión de cada eslabón es proporcional al número de individuos de las diferentes
especiesLa forma de la pirámide varía en función del tamaño de los productores (en caso de que los
productores sean árboles la pirámide es invertidaDa demasiada importancia a los organismos pequeños (un árbol y cualquier insecto tienen
el mismo valor ecológico) no s utiliza para comparar ecosistemasPIRÁMIDES DE BIOMASASe representa la cantidad de masa biológica, expresada como peso seco total por unidad
de superficie del conjunto de organismos que constituye cada uno de los niveles tróficos de un ecosistema (t/km2; Kg/ha; g/m2)
Obtiene información sobre la cantidad de masa biológica existente en cada nivel, pero no informa sobre la proporción de esta que se transfiere de nivel al siguiente en una unidad de tiempo
Si los productores son muy pequeños con respecto a los consumidores que se alimentan de ellos, la masa de los consumidores será mayor: pirámide invertida.
La forma de la pirámide puede variar en función de la época del año (e. acuático)Normalmente en ecosistemas terrestre la base sería muy amplia
PIRÁMIDES DE ENERGÍASe representa la cantidad de biomasa o de energía producida por unidad de tiempo
(t/km2/año; Kg/ha/año; g/m2/año o kcal/km2/año; cal/cm2/año). Se cuantifica la producción de biomasa o energía de cada nivel trófica disponible para el consumo.
Nos da idea más precisa de las relaciones tróficas en un ecosistema, ya que indica la cantidad de biomasa o energía que se transfiere de un nivel a otro, lo que sirve para comparar los componentes del ecosistemas, ecosistemas distintos y confirman “la disminución progresiva de la energía en los diferentes niveles tróficos”
Difícil elaborarlos
5. RELACIÓN ENTRE BIOMASA Y PRODUCCIÓNLa biomasa que puede mantenerse en un determinado nivel trófico no depende de la
biomasa del nivel anterior, sino de su producción (al representar la producción de los distintos niveles tróficos se obtiene una pirámide en el que la basa es más grande que el siguiente)
Cuando la pirámide representa la biomasa puede ser invertida cuando la biomasa de los consumidores es mayor que la biomasa de los productores (esto significa que un determinado nivel trófico puede alimentarse a expensas de otro cuya biomasa sea menor)