LOS ECOSISTEMAS Y SU DINÁMICA. RELACIONES TRÓFICAS.

1. LOS ECOSISTEMAS Y SU DINÁMICA. RELACIONES TRÓFICAS. • Biosfera: parte viva de la Tierra y sus relaciones • Ecología: estudia las relaciones entre los seres vivos, con el biotopo y como evolucionan las poblaciones. • Ecología implica conocer: Zoología, Botánica, Geomorfología, Climatología, Dinámica de poblaciones, etc. • Ecosistema: unidad de estudio de la ecología. Conjunto de organismos vivos (biocenosis), parte inerte (biotopo) y las relaciones que se establecen entre ambos. • Un ecosistema se organiza según la dirección del flujo de materia y energía (cadenas y redes tróficas) • Presenta una dinámica compleja de etapas de sucesión (climax).

2. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Relaciones tróficas: transferencia de materia y energía de unos organismos a otros. • Nivel trófico: misma forma de obtención de energía y materia • Cadena trófica o alimentaria: relaciones entre los distintos niveles tróficos. • Productores • Consumidores primarios • Consumidores secundarios • Consumidores terciarios

3. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS

4. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Producción primaria: productividad: • Productores: plantas verdes, algas, saprobios o detritófagos (sin luz) • Organismos fotosintéticos: fotosíntesis • Organismos quimiosintéticos (bacterias) • Biomasa: masa de los organismos de cada nivel trófico, unidades: peso fresco, peso seco, gr de C/unid de superficie o volumen, kcal • Producción: Aumento de biomasa / Tiempo; en g/m2·año, kcal/m2·año o g de C/m2·año • Tiempo de renovación= Biomasa / Producción • Productividad= Producción / Biomasa ·100%, velocidad de renovación de la biomasa, e inversa del Tiempo de renovación.

5. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Producción primaria: productividad: • La biomasa desciende a medida que subimos de nivel trófico • Producción primaria: energía fijada por los productores • PPN (producción primaria neta)= PPB – Respiración • PPB: cantidad de biomasa producida por los productores • Respiración: cantidad de biomasa consumida para su mantenimiento • Ecosistemas de más PPN: estuarios, pantanos, marismos, bosque tropical y de menos PPN: tundra, mar y desierto • La PP depende de la fotosíntesis. • Factores limitantes de la fotosíntesis: cion de CO2, O2, agua, temperatura, tiempo iluminación, intensidad luminosa, etc.

6. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Producción secundaria: • Obtienen la materia orgánica de los productores. • Tipos: • Consumidores primarios: herbívoros • Consumidores secundarios: carnívoros • Consumidores terciarios: carnívoros • Omnívoros: vegetales y animales • Detritívoros: organismo muertos y restos orgánicos de los vivos. • Descomponedores: transforman materia orgánica en inorgánica • Materia orgánica consumida en la respiración y obtención de energía • Ecosistema terrestre: biomasa consumidores <1% de los productores

7. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Producción secundaria: • Productores primarios: tienen producción neta • Producción secundaria, pequeña fracción de la primaria • Cadenas y redes tróficas. Regla del 10%: • Cadenas alimentarias: no hay desperdicios • Redes alimentarias: uniones de varias cadenas alimentarias • Redes alimentarias limitadas por el espacio a 4 o 5 eslabones • Las redes evolucionan a sistemas de mayor gasto energético, pero más ordenados. • Naturaleza, proceso espontáneo: mayor entropía

8. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS

9. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Cadenas y redes tróficas. Regla del 10%: • Regla del 10%: sólo el 10% de la energía de un nivel trófico, se usa para sintetizar la energía neta del nivel siguiente. • Consumos de energía: respiración, caza, reproducción, excrementos, calor (energía no útil) • A más niveles tróficos, más pérdida de energía.

10. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS

11. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Eficiencia ecológica: pirámides de número, biomasa y energía: • Eficiencia ecológica: energía asimilada por los productores como biomasa, y aprovechada o asimilada por los de niveles superiores.

12. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Eficiencia ecológica: pirámides de número, biomasa y energía: • Pirámides ecológicas: representación de la energía asimilada, tipos: • Números: nº de organismos en cada nivel

13. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Eficiencia ecológica: pirámides de número, biomasa y energía: • Pirámides ecológicas: representación de la energía asimilada, tipos: • Biomasa: peso seco o calorias totales en cada nivel • Energía: productividad de cada nivel

14. OBTENCIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS • Relaciones entre biotopo y biocenosis: • Flujo de energía entre todos los componentes del ecosistema • Reciclaje constante de materia orgánica (del biotopo a la biocenosis y viceversa) • Flujo de energía: • Fuente de energía principal: el Sol • Energía solar llega como: luz visible, IR y algo de u.v. • Cantidad de energía solar aprovechada por fotosíntesis: 0,2% • Objetivo de los ecosistemas: captar energía para mantener en un máximo orden el ecosistema según los factores limitantes. • Factores limitantes: pH, humedad, luz, tª, precipitaciones, etc.

15. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS

16. OBTENCIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS • Primera ley de la termodinámica: la energía no se crea, ni se destruye sólo se transforma. Se cumple en los ecosistemas. • Segunda ley de la termodinámica: la forma de degradación de la energía es el calor. Se cumple en los ecosistemas. • Ciclo de la materia: • Toda la materia en un ecosistema tiene una vida cíclica. • Ciclos biogeoquímicos: representan los ciclos de los elementos más abundantes en los seres vivos o en un ecosistema (C, O, N, P y S) • Ciclo del Oxígeno: • Se extrae de la atmósfera, por oxidación de minerales y respiración (plantas y animales)

17. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS

18. OBTENCIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS • Ciclo del Oxígeno: • Vuelve a la atmósfera por la fotosíntesis • Parte queda incorporado en los compuestos reducidos de la corteza

19. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Ciclo del Carbono: • El carbono es el componente fundamental de la materia orgánica • Respiración y oxidación son antagónicos • Los organismos que incorporan el carbono como conchas y esqueletos, lo devuelven al morir al ciclo. • Ciclo del nitrógeno: • Forma de extraer el N de la atmósfera: fijación del nitrógeno (bacterias fijadoras del N, Clostridium, Rhizobium, cianobacterias) • Acumulación del NH3 en el suelo, o por simbiosis a las plantas.

21. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Ciclo del nitrógeno: • Nitrosomonas: dan nitritos (nitrosación) • Nitrobacter: dan nitratos (nitración) • Psedomonas: dan N2 (desnitrificación) • Lluvia ácida, devuelve N al suelo. • Ciclo del fósforo: • Depósitos terrestres o marinos a los organismos y vuelta a empezar. • Deposiciones de guano: alta concentración de fósforo • Fenómenos geológicos: reanudan el ciclo

23. NIVELES TRÓFICOS Y CADENAS ALIMENTARIAS • Ciclo del azufre: • Se introduce en los ecosistemas de: • Volcanes: H2S, S=2 y sulfatos • Descomposición de materia orgánica en pantanos: H2S • Fuentes antrópicas: SO2 + O = SO3. SO3 + H2O = H2SO4 (lluvia ácida) • Procesos aeróbicos (neurosporas) y anaeróbicos (proteus) dan SO4 • Sulfobacterias incoloras fotosintéticas (Thiobacillus) pasan el H2S a S • Sulfobacterias quimiosintéticas pasan el H2S a SO4 para las plantas • Parte del H2S se fija en rocas sedimentarias

25. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Factores abióticos: • Factores relacionados con el biotopo: tª, luz, pH, salinidad, humedad, presión atmosférica, etc. • Los factores tienen límites de tolerancia y pueden ser limitantes • Según el margen de tolerancia: • Especies “esteno”: poca tolerancia. Higrófilos, xerófilos, etc. • Especies “euri”: amplia tolerancia. Eurihalino (marisma, estuario)

26. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Factores bióticos: • Factores relacionados con la biocenosis. • Relaciones de población: intraespecíficas (Dinámicas de poblaciones) • Relaciones de comunidad: interespecíficas (Dinámica de comunidad) • Nicho ecológico y hábitat no es lo mismo. • Según el nicho ecológico hay 2 tipos: • Especialistas: estrategas de la K, nicho reducido, características: • Biotopos poco cambiantes, poblaciones al máximo de individuos, pocos descendientes, se adaptan mal a los cambios del medio.

27. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Factores bióticos: • Generalistas: estrategas de la r, amplio nicho, características: • Se adaptan bien a los cambios del medio. • Muchos descendientes. • Ampliamente distribuidos. • Dinámica de poblaciones: • Una población depende de sus relaciones intraespecíficas: • Familiares: monógama o polígama • Poblacionales: coloniales, gregarias y estatales. • Con consecuencias + (protección) y – (misma comida y territorio)

28. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Crecimiento de una población: • El tamaño de una población depende de: • Tasa de natalidad: número de nacimientos en un tiempo dado, puede ser potencial o real. dN/dT=p·N • Tasa de mortalidad: número de muertes en un tiempo dado, puede ser potencia o real. dN/dT=m·N • Tasa de migración: entradas o salidas de individuos de una población, puede ser emigración o inmigración. I=i·N o E=e·N • Potencial biótico: crecimiento máximo de una población, según su natalidad y mortalidad potencial.

29. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Crecimiento efectivo: crecimiento de una población según su natalidad y mortalidad real, < que el potencial biótico. • Tasa de crecimiento población: dN/dT=r·N r: aumento individuos • Con 2 tipos de gráficas sabemos el crecimiento de una población: • Gráfica en J: crecimiento exponencial, no hay limitaciones • Gráfica en S: crecimiento sigmoideo, llega a un tope (competencia) • Densidad de población: número de individuos por unid de superficie • A más densidad, menos nacimientos y más muertes hasta el equilibrio “K”, llamado equilibrio estable o capacidad portadora. • Resistencia ambiental, es la K, luego dN/dT=r·N·(K-N/K)

31. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Fluctuaciones: cambios en el volumen de la población (r. interespecíficas, cambios ambientales, etc.) • Curvas de supervivencia: variación de la población según la edad: • Curvas tipo I: convexas, población humana • Curvas tipo II: rectas, petirrojo • Curvas tipo III: cóncavas, estrategas de la r • En la vida de una población pueden darse varias de estas curvas

32. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Dinámica de comunidades: • Comunidad: conjunto de poblaciones que interaccionan entre si. • Composición de una comunidad: número de especies que forman una comunidad, depende del número de muestra y volumen del hábitat. • Conocer la riqueza de una comunidad, supone conocer su diversidad • Índices de diversidad: • Shannon-Weaver: H=(1/N)·log2N!/Na!·Nb! … Ns! • H: valores bajos, comunidad con condiciones desfavorables, pocas sp muchos individuos • H: valores altos, comunidad con condiciones favorables, más sp

33. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Especies dominantes, se expresan con el índice de dominancia de la comunidad (IDC) • IDC=(x1+x2/x)·100; x: abundancia total • Límites: entre 2 comunidad no son claros • Ecotonos: zona de transición entre 2 comunidades, mucha competencia y mucha diversidad (efecto borde) • Relaciones interespecíficas: • Nicho fundamental: población sin competidores en su nicho • Nicho efectivo: población con competidores en su nicho • Principio de exclusión competitiva.

35. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Especies con el mismo nicho, reparten el uso de los mismos recursos • Otras relaciones entre especies distintas: • Neutralismo: 0 y 0, pez aguja y holoturias • Comensalismo: + y 0, bacterias de las heces (beneficio trófico) • Tanatocresis: + y 0, cangrejo ermitaño (beneficio de individuos muertos) • Foresia: + y 0, rémora y tiburón (beneficio de transporte) • Mutualismo: + y +, gaviotas y hombre (beneficio trófico) • Simbiosis: + y +, líquenes (mutualismo íntimo, unión física) • Competencia: - y -, buitres e hienas (trófico, nicho, etc) • Explotación: + y -, cuco • Amensalismo: + y -, hongo penicillium (inhibe el crecimiento de otros) • Parasitismo: + y -, garrapata (vectores de enfermedades) • Depredación: + y -, presa y depredador (relación trófica)

37. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Ecosistemas en el tiempo: • Fluctuaciones y ritmos: cambios periódicos o cíclicos del nº de sp • Sucesión: pasos sucesivos e irreversibles del ecosistema hacia etapas más maduras (clímax) • Tipos: • Alogénicas: sustituciones de sp por cambios geológicos, físicos y/o químicos externos. • Autogénicas: sucesiones en ausencia de influencias abióticas cambiantes • Sucesiones 1ª: sucesiones a partir de un terreno desnudo, desiertos, lava, etc. con las siguientes etapas: colonización, formación del suelo, asentamiento de las primeras herbáceas, luego de arbustos y finalmente el estrato arbóreo.

39. MECANISMOS DE AUTOREGULACIÓN DEL SISTEMA • Sucesiones 2ª: tras la destrucción de un ecosistema asentado, donde permanece el estrato suelo, incendios, abandono, plagas, etc., las etapas son igual que las anteriores, pero sin la formación del suelo. • Características comunes de ambos tipos de sucesiones: • Aumento progresivo de la diversidad de sp y su especialización, más nichos, y más estabilidad frente a cambios. • Aumento de la complejidad estructural, más niveles tróficos, cadenas y redes. • Incremento total de la biomasa: más cantidad en un bosque que pradera • Tendencia hacia la estabilidad metabólica: fotosíntesis igual respiración • Comunidad más estable, clímax, depende de las características físicas del medio. No son iguales todas las etapas clímax (desierto – bosques)

40. LA BIOSFERA COMO GRAN ECOSISTEMA. BIOMAS • Biosfera: parte viva del planeta Tierra, entendido como ecosistema. • 2 condiciones necesarias para que existe la biosfera: • Fuente de energía: Sol y geotermia • Agua líquida. • Forma de distribución de la energía solar y la energía térmica. • Características como, luz, humedad, precipitación, tª, latitud, etc., forma zonas de la Tierra con características ambientales similares. • Biomas: conjunto de comunidades ecológicas de zonas geográficas extensas, con condiciones ambientales similares. • Se suele hablar de biomas terrestre y marinos. • Se clasifican según precipitaciones y tª, que varían con altitud y latitud

42. LA BIOSFERA COMO GRAN ECOSISTEMA. BIOMAS • Biomas terrestres: • Son 8 diferenciados por la latitud y 1 diferente por altitud. • Cada uno poseen flora y fauna propia, y características adaptativas a sus condiciones fisicoquímicas y climáticas. • Son: • Desierto • Bosque mediterráneo: caso especial, las dehesas • Pradera: estepa y sabana • Bosque tropical lluvioso. • Bosque caducifolio • Taiga • Tundra • Alta montaña

44. LA BIOSFERA COMO GRAN ECOSISTEMA. BIOMAS • Biomas acuáticos: • Pueden ser ecosistemas de agua dulce o marino • En ambos se organizan en 4 comunidades: • Bentos: fijos sobre fondos marinos o continentales • Plancton: en suspensión cerca de la superficie (zona fótica) • Necton: organismos que nadan libremente • Neuston: organismo en interfase (agua-aire) o semisumergidos o en superficie.

45. LA BIOSFERA COMO GRAN ECOSISTEMA. BIOMAS • Ecosistemas dulceacuícolas: • Propios de aguas continentales. Hay 2 tipos: • Ambientes lénticos: lagos y embalses. Zonificación según la luz, tª e intensidad de sedimentación. Estratos: • Zona litoral: cerca de la orilla, gran variedad de especies. • Zona limnética: agua superficiales alejadas, peces, crustáceos, algas, etc. • Zona profunda: poca luz y O2, bivalvos y anélidos • Ambientes lóticos: aguas corrientes, gran intercambio de O2 y tierra, gran variedad de organismos.

47. LA BIOSFERA COMO GRAN ECOSISTEMA. BIOMAS • Ecosistemas de interfase y marinos: • Estuarios y marismas: mezcla de agua dulce y marina • Grandes variaciones de salinidad. • Ecotono de poco variedad de sp, pero muchos individuos (muchos nutrientes) • Mares y océanos: muchos ambientes según: • Luz, temperatura y presión hidrostática. • Zona fótica (hasta los 200 m) y zona afótica (a partir de los 400 m) • Más profundo, más frío y agua más densa, animales más lentos. • Más profundidad, más presión y más adaptaciones.