UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUMBESFACULTAD DE INGENIERIA PESQUERA

CURSO: Ecología Acuática

TEMA: “Desarrollo del ecosistema”

ALUMNO: García Delgado, Kevin Junior

TUMBES-PERÚ

2013

GLOSARIO

Simplificado: Algo más simple o sencillo . Colonizar: Asociación de individuos de una misma especie

que predominan en un lugar. Madures relativa: Estado de organización de los

componentes del sistema que no llega hacer absoluto. Bioenergética: Estudio de las transformaciones

energéticas en los organismos y sistemas vivos. Desarrollo: Crecimiento o mejora. Microcosmos: Universo infinitamente pequeño formado

por los átomos. Autótrofo: Organismo que elabora su propio alimento.

(Sinónimo: productor primario). Heterótrofos: Organismos que se alimentan de otros

organismos, quienes no pueden realizar fotosíntesis.

Tendencia: Orientación de uno o varios elementos del ecosistema.

Diversidad: Propiedad ecológica que se presenta gracias a la existencia de elementos diferentes.

Sinergia: Acción de dos o más causas cuyo efecto es superior a la suma de los efectos individuales.

Clímax: Período tope en que culmina el proceso de sucesión ecológica.

Determinístico: Sistema en el cual todo lo que ocurre está determinado por una cadena causal y el estado futuro del sistema y los productos están claramente definidos.

fortuito, ta adj. Casual, no programado. Especiación: En biología se denomina, al proceso mediante el cual

una población de una determinada especie da lugar a otra u otras poblaciones, aisladas reproductivamente entre sí y con respecto a la población original.

Nicho: Función ecológica de un ser vivo con referencia a su entorno.

DESARROLLO DEL ECOSISTEMA (Locka 1925) fueron los primeros en señalar que la

sucesión incluye un desplazamiento funcional de flujos energéticos, dedicando mayor energía al mantenimiento (respiración) conforme la cosecha de biomasa y materia orgánica se acumula.

Margalef (1963, 1968) documentó esta base y amplio el concepto.

Un rasgo característico de la sucesión la cual se discutió durante las décadas de 1970 y 1980 es el papel que desempeñan las interacciones para dar forma al curso de reemplazo de especies.

Gran parte de la controversia se reduce a si las etapas de desarrollo se basan en energética mas que en composición por especies.

Figura n°1. Ejemplo de sucesión ecológica.

Ecosistema joven

Ecosistema maduro

BIOENERGÉTICA DEL DESARROLLO DEL ECOSISTEMA

Sucesión Autótrofa: Cuando la tasa de producción primaria o fotosíntesis (P) total, excede a la de la respiración comunitaria (R). P/R P > R.

Sucesión Heterótrofa: Esto sucede cuando las bacterias y otros organismos heterótrofos colonizan primero el entorno. P/R P < R.

En ambos casos la teoría tiende hacia 1 conforme la sucesión procede. En otras palabras, la energía fijada por producción tiende a equilibrarse con el costo energético.

Siempre y cuando P exceda a R, la materia orgánica y la biomasa (B), se acumularan en el sistema dando las proporciones de B/P, B/R y B/E (E = P + R) aumenten.

La producción neta anual de la comunidad:B/P, B/R y B/E B > P, R y E

Producción neta es grande (etapas primarias).B/P, B/R y B/E B < P, R y E

Producción neta es pequeña (etapas maduras).

Figura Nº 2. Sucesión ecológica

Etapas primarias Etapas maduras

Figura Nº 3 A)Modelo de sistema cibernético B)modelo de flujo de energía, y C)modelo de mantenimiento de producción/respiración.

COMPARACIÓN DE SUCESIÓN DE UN MICROCOSMOS DE LABORATORIO Y EN UN BOSQUE

Podemos observar los cambios bioenergéticas iniciando la sucesión en microsistemas experimentales de laboratorio derivados de sistemas naturales.

Basado en los datos de Cooke (1967) contra el modelo hipotético presentado por Kira y Shidei (1967).

Podemos observar los cambios energéticos iniciando la sucesión en microsistemas experimentales de laboratorio derivados de sistemas naturales.

Figura N° 4 Comparación de la energía del desarrollo del

ecosistema A) Sucesión de microcosmos B) Sucesión forestal.

INFLUENCIAS ALÓGENAS EN COMPARACIÓN CON AUTÓGENAS

Los materiales importados o energía, las fuerzas geológicas, las tormentas y las perturbaciones humanas, pueden y de echo alteran, detienen o invierten las tendencias.

AUTÓGENAS: Interacción de fuerzas internas como cambios producidos por procesos biológicos.

ALÓGENAS: Interacción de fuerzas externas como como cambios físico-químicos.

Puede resumirse estas dos influencias en la figura N°3A. Sí las perturbaciones son rítmicas, debido a su entorno de

alimentación cíclica o por las periodicidades en el propio desarrollo de la comunidad, el ecosistema puede llamarse sucesión cíclica.

Los lagos pueden, y de echo progresan a un estado más oligotrófico (menos enriquecido) cuando el suministro de nutrientes de la cuenca se hace mas lento o cesa. Por tanto, hay esperanza de que la eutrofización cultural que provoca tantos problemas, reduce la calidad y acorta la vida del cuerpo de agua, pueda invertirse si se reduce en forma considerable la forma de nutrientes de la cuenca.

Figura N° 5 Influencias en una cuenca de alimentación.

Ciclos de nutrientes Las tendencias importantes en el desarrollo sucesivo incluyen

un aumento en el tiempo de recambio, mayor almacenamiento de materiales y aumento de los ciclos biogeoquímicos de los principales nutrientes, como nitrógeno fosforo, y calcio.

Vitousek y Reiners (1975) observaron que los nutrientes biógenos probablemente se almacenen dentro del sistema a medida que la biomasa se acumula durante las etapas tempranas de sucesión.

De este modo la relación entre salidas/entradas no es la única manera, o quizá no es la mejor, de evaluar el comportamiento de los nutrientes.

Para resumir, hay motivos teóricos y alguna evidencia obtenida por observación de que el almacenamiento y el reciclado de nutrientes aumentan durante el desarrollo del ecosistema, de modo que el requisito de entrada de nutrientes por unidad de biomasa sustentada se reduce.

Figura N° 6. Tendencia hipotéticas en la proporción de producción/Suministros (salidas/entradas, S/E), el índice del ciclo (/C) y las proporciones de

almacenamiento/producción (A/P) de nutrientes durante la sucesión; SD = Suelo desnudo; ET = etapas tempranas; EI = etapas intermedias; EE = estado estable

(Tomado de J.T. Fin. 1978).

Reemplazo de especies

Es el reemplazo mas o menos continuo de especies con el transcurso del tiempo.

Egler (1954) denomino florística de relevo a la cambiante composición de especies de vegetación.

También existe una fáunica de relevo. H.C. Cowles (1899) estudio sucesiones en plantas y V.E

Shelfor (1913) realizo estudios de sucesión de animales, ambos estudios demostraron que, las especies iniciales fueron totalmente reemplazadas por otras.

En hábitats marinos de aguas profundas, los animales de gran tamaño más bien que las plantas constituyen una matriz mas estructural.

Glemarec (1979) Describió una sucesión secundaria de animales bénticos cerca de la costa de gran Bretaña, en Francia.

La sucesión es igualmente aparente en los habitas acuáticos que en terrestres. Sin embargo se complica en los ecosistemas de aguas poco profundas (estanques y lagos pequeños) suele complicarse por fuertes entradas de materiales y energía procedentes de la cuenca, la cual podría acelerar, detener o invertir la tendencia de desarrollo de la comunidad que ocurriría normalmente en ausencia de estas influencias alógenas tan fuertes.

De manera general los océanos se encuentran en un estado de madurez y han estado estabilizados desde el punto de vista químico y biológico durante siglos.

Sin embargo, como la contaminación amenaza perturbar el equilibrio del mar, la interacción de procesos autógenos y alógenos está comenzando a recibir mayor atención de los científicos marinos.

Los cambios que ocurren en ese tipo de gradiente de la sucesión en la columna de aguas costeras pueden resumirse como sigue:La abundancia relativa de formas móviles entre

fitoplancton aumenta;La productividad se hace mas lenta;La composición química del fitoplancton,

ejemplificada por los pigmentos de las algas, se modifica;

La composición del zooplancton se desplaza de animales que se alimentan pasivamente por filtración de cazadores mas activos y selectivos, en respuesta a un desplazamiento de numerosas partículas pequeñas en suspensión a alimento mas escaso concentrado en unidades mayores y disperso en un entorno mas organizado (estratificado); y

En etapas posteriores de la sucesión la transferencia total de energía quizá sea inferior, pero su eficiencia parece mejorar.

Figura N° 7. Abundancia de peces en una represa sobre el rio principal en la parte superior del rio Missouri del segundo al decimoquinto año después de construcción, en el lago Francis Case, Dakota del sur (datos de Gasaway,

1970)

Sucesión heterótrofa

Como mencionamos anteriormente la sucesión heterótrofa es el predominio de organismos heterótrofos sobre los autótrofos.

Un buen experimento para un mejor entendimiento seria la de infusión de heno.

De echo en el experimento de la infusión la energía y los nutrientes son máximos en el inicio y después declinan.

Figura N° 8. sucesión en un cultivo de infusión de heno con dominación de especies sucesivas. Este constituye un ejemplo

de sucesión heterótrofa (según Woodruff, 1912)

Presión de selección: comparación entre la cantidad y la calidad

Las etapas de selección de las islas, descritas por primera ves por MacArthur y Wilson (1967). En las etapas tempranas de sucesión, las especies con elevadas tasas de reproducción y crecimiento tienen mas posibilidades de colonizar.

Podría suponerse que los cambios genéticos afectan a toda la biota acompañan a la etapa de la sucesión desde producción de cantidad hasta producción de calidad, como indica la tendencia del tamaño de organismo individual a aumentar.

En un entorno rico en minerales y nutrientes, el tamaño pequeño constituye una ventaja selectiva, en particular para los autótrofos porque presentan mayor proporción de superficie respecto al volumen.

Tendencias de diversidad Aunque ambos componentes de diversidad (riqueza y distribución) casi

siempre aumentan en etapas tempranas de desarrollo del ecosistema, el máximo de diversidad parece producirse en algún sitio en la parte media de la etapa de sucesión en algunos casos, y cerca del final en otros.

No todos los grupos tróficos y taxonómicos presentan la misma tendencia de cambio de diversidad con el tiempo de sucesión.

El hecho de que la diversidad de especies continúe aumentando durante la sucesión o alcance un máximo en alguna etapa intermedia quizá dependa del aumento de nichos potencialmente resultante del incremento de la biomasa, la estratificación y otras consecuencias de la organización biológica que excedan los efectos contrarios de aumento de tamaño de los organismos y exclusión competitiva de las especies dominantes bien adaptadas y de vida larga, lo cual tendería a reducir la riqueza de las especies.

Jeffries (1979) reporto que a medida que las comunidades marinas maduran y se hacen mas complejas también ocurre lo mismo con la composición de ácidos grasos del plancton y del bentos

Revisión histórica de consideraciones teóricas

Se formulo que el desarrollo del ecosistema se debía a1. Modificación del entorno físico porque la comunidad actúa como un todo.

2. Interacciones de competencia y coexistencia entre poblaciones componentes

Connel y Slayter (1977) compararon tres teorías1. El modelo de facilitación, las especies tempranas modifican sus

condiciones de existencia y por tanto pre paran el camino para invasores posteriores

2. El modelo de inhibición, las especies pioneras resisten la invasión y permanecen hasta que son reemplazadas por competencia, depredación o perturbación.

3. El modelo de tolerancia, en el cual una especie invade un nuevo habitad y queda establecida en él independientemente de la presencia o ausencia de otras especies.

Por otra parte, otros teóricos argumentan que la sucesión de especies es tan solo una parte del proceso de desarrollo de autoorganización.

Frderick e. Clements y su monografía “sucesión de las plantas” de 1916. sus notaciones de que la comunidad repite en su desarrollo la secuencia de etapas de desarrollo de un organismo individual y que todas las comunidades de un área climática dada se desarrollan hacia un clímax único.

Margalef (1963, 1968) y E.P. Odum (1969) trabajaron sobre la teoría básica de Clemens y la apilaron para incluir atributos funcionales como el metabolismo comunitario.

El concepto contrario (que la sucesión no sigue una estrategia organizadoras sino que se debe a interacciones de individuos y especies que luchan por ocupar espacio) se deriva de los estudios de H. A. Gleason, en particular el articulo clásico “el concepto individualista”.

Los escritos de Gleason, revisados por McIntosh (1975) han comprobado ser un punto de partida para el desarrollo de teorías de sucesión a nivel de población que toman cuentas nuevas comprensiones de la biología evolutiva

Drury y Nisbet (1973) y Horn (1974, 1975, 1981), exploraron teorías de sucesión que se basan en propiedades de organismos masque en propiedades emergentes del ecosistema.

La teoría de Clemens también puede considerarse como una teoría evolutiva de población y ecosistema.

Autoorganización, sinergia y ascendencia

Prigogine (1962). La autoorganización puede definirse como el proceso por el cual los ecosistemas complejos que constan de muchas plantas tienden a organizarse para alcanzar algún tipo de estado estable, en otras palabras pasan del caos al orden.

El proceso en el cual muchas partes trabajan en conjunto para alcanzar el orden ha sido denominado Sinergia por Haken (1977).

Ulanowicz (1980, 1997) uso el termino ascendencia para referirse a la tendencia de sistemas autoorganizadores y disipadores a desarrollar complejidad de biomasa en flujos en red con el transcurso del tiempo, como se observa en el proceso de sucesión ecológica.

Concepto de clímax

¿Qué es? – Periodo tope en que culmina la sucesión.Comunidad de clímax: Antiguo concepto determinístico que

nos da a entender la comunidad madura, formada al final de una serie de etapas mediante el proceso de sucesión ecológica, llegando a alcanzar la estabilidad (P = R).

Los océanos, que ocupan cuencas geológicamente activas, pueden considerarse como una comunidad madura por lo que respecta al desarrollo de la comunidad. Sin embargo, ocurren sucesiones estacionales y sucesiones tras perturbaciones, en particular en aguas costeras como ya se menciono.

Figura N°9. Ejemplo de ecosistemas en etapa de clímax

Por supuesto, los seres humanos afectan considerablemente el progreso de la sucesión y el hecho de que se alcance el clímax.

Cuando una comunidad es mantenida por el hombre o los animales domésticos, se designa de manera conveniente como:

Disclímax: Perturbación del clímax generado por el hombre o animales domesticados.

Subclímax artificial: Generado por el hombre

Evolución de la biosfera

Esta determinada por:1. Fuerzas alógenas, como cambios alógenos y climáticos.

2. Fuerzas autógenas, por actividades de otros organismos en el ecosistema.

Los primeros ecosistemas surgieron hace 4 mil millones de años, desde entonces, los organismos han evolucionado a través de prolongadas eras geológicas hacia sistemas más complejos y diversos que1. Han logrado controlar la atmósfera.

2. Están poblados por especies multicelulares de mayor tamaño y mas organizadas.

Se cree que los cambios evolutivos ocurren principalmente a través de la selección natural en o por debajo del nivel de especie, pero la selección natural por encima de este nivel también es importante, en particular.1. La coevolución, que es la selección natural

reciproca entre autótrofos y heterótrofos independientes sin intercambio genético directo.

2. La selección grupal o comunitaria, que conduce a que se mantengan los rasgos favorables al grupo aunque no resulten ventajosos para los portadores genéticos dentro del grupo.

Figura N° 10. La evolución de la biosfera y su efecto sobre la atmosfera.

Figura N° 11. Reloj biológico de la tierra (tomado de Des Marais, D.J., 2000. “When did photosynthesis emerge of

earth?”).

Comparación de la evolución con la macroevolución, la selección artificial y la ingeniería genética

La especie es una unidad biológica natural de seres unidos entre sí porque comparten una reserva genética.

La evolución es la variación de la frecuencia genética resultante por:1. Presiones de selección del entorno y las

especies que interaccionan.

2. Mutaciones recurrentes.

3. Deriva genética (cambios estocásticos o aleatorios en la estructura genética).

La especiación: ocurre cuando se interrumpe el flujo genético dentro de la reserva común por algún mecanismo de aislamiento.

Cuando el aislamiento de poblaciones que descienden de un antepasado común ocurre por separación geográfica, se produce. Especiación simpátrica: La formación de nuevas especies

y desarrollo de nuevas especies en distintas aéreas geográficas.

Especiación alopátrica: La formación de nuevas especies y desarrollo de nuevas especies en un área geográfica conjunta.

En la actualidad es incierto hasta que grado la especiación es un proceso lento y gradual (microevolución) o depende de cambios rápidos de tipo periódico (macroevolución).

En la actualidad parece ser que la especiación simpátrica y macroevolución son mas comunes de lo que se creía con anterioridad

Figura N° Origen de las tortugas (tomado de Blogblogspot.com Tania Guevara. 2012)

Selección artificial y domesticación. La selección natural la que se lleva a cabo para adaptar plantas y animales a las necesidades humanas se denomina selección artificial. La domesticación o cultivo de plantas y animales incluye más que modificar la genética de la especie, porque se necesitan adaptaciones reciprocas entre las especies domesticadas y quien las domestica.

Ingeniería genética y agroecosistemas. La ingeniería genética consiste en la manipulación del ADN y transferencia de material genético entre especies.

Referencias bibliográficas:Odum, Eugene P. Gary W. Barret 2006. Fundamentos

de ecología. Quinta edición. Editorial thomson Mexico D.F

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