FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES, EXACTAS Y ESTADISTICAS

MATERIAL DE REFERENCIA

ECOSISTEMAS, AMBIENTE Y DESARROLLO SUSTENTABLE

INTRODUCCION A LA ECOLOGIA

INTRODUCCIÓN A LA ECOLOGÍA El término Ecología se deriva del griego oikos, casa y logos, tratado estudio. El significado literal sería el estudio de los organismos en su hogar, en el lugar en que viven. La ecología puede definirse como la ciencia que estudia las relaciones de los organismos entre si y con el medio que les rodea. El alemán Ernst Haeckel introdujo el término Ecología en 1869. El señaló a la ecología como la ciencia del mantenimiento de la naturaleza. Haeckel consideró dicho concepto adecuado para hacer efectiva la transacción entre el paradigma del evolucionismo darwinista, de la selección natural de los caracteres de los mejor dotados, como estrategia adaptativa, inscrita en el patrimonio genético de las especies, con su analogía metafórica del organismo social. La metáfora del organismo social tuvo en su tiempo un gran éxito entre los defensores del capitalismo; puesto que, al trasladar al ámbito socioeconómico la lucha por la existencia y la supervivencia del más apto, permitía justificar las desigualdades e injusticias sociales. Por su parte, Haeckel tomó, de ella, elementos conceptuales para construir su teoría de la " jerarquía de las razas", cuyo ápice ocupaba la raza germánica, y justificar así su apelación a la necesidad de velar por la "pureza de la raza germánica" y preservarla de la "contaminación y degeneración" por individuos y pueblos débiles mediante una "selección artificial", que prefiguraba la política antisemítica del nazismo. El contexto en el que se desarrolla la nueva ciencia ecológica marcará el carácter controvertido de esta disciplina desde su gestación. Algunos conceptos que integran la ecología habían surgido con anterioridad, esporádicamente y de forma aislada en las obras de algunos científicos y naturalistas. Así Antón van Leeuwenhoek (S XVII) un ingenioso constructor de microscopios estudió las cadenas alimenticias y la regulación de las poblaciones. Alexander von Humboltd (1769-1859) fue el primero en considerar las plantas en relación con su ambiente. Charles Darwin (1809-1882) en su obra " el origen de las especies" consideró los conceptos de lucha por la existencia, supervivencia del más apto y evolución en las condiciones del hábitat. Wallace (1823-1913) se considera el fundador de la zoogeografía basada en la evolución. Bates (1825-1882) introdujo los conceptos evolutivos en la biogeografía y otros como Forbes, Hensen, Wegener , etc. Aportaron nuevos enfoques ecológicos a sus estudios respectivos. En 1930 se considera que se estructura una Ecología general , la cual establece unos principios generales y una metodología, aplicables a todos los organismos vivos en el estudio de sus relaciones entre sí y con el medio en que habitan. A partir de este momento la Ecología experimentó un gran desarrollo y continúa despertando el interés de estudiosos y científicos. Ante los complejos problemas ambientales, los ecólogos tratan de organizar el conocimiento humano acerca de las interacciones que se presentan en la naturaleza, construyendo modelos científicos que permitan predecir lo que ocurrirá en el futuro. La ecología está profunda e inseparablemente unida con otras disciplinas como la zoología, la geografía, la botánica, la geología, la edafología, la estadística, etc. Los conocimiento elaborados por otras ramas del saber le permiten a la ecología elaborar, aplicando sus propios métodos una visión específica de la naturaleza y una formulación de nuevos principios biológicos. La ecología es una ciencia de síntesis y análisis. CONCEPTOS ECOLÓGICOS Y LOS NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA La ecología es la ciencia ideal para responder a hechos curiosos: ¿Porqué las hojas cambian de color antes de caer del árbol? ¿Porqué los insectos son pequeños? ¿Porqué en los mamíferos sólo hay dos sexos? Ecología es la ciencia que estudia las relaciones de los organismos entre sí y su medio ambiente. El término medio ambiente incluye todos los factores inorgánicos (abióticos) y orgánicos (bióticos), de los cuales depende el desarrollo de un ser vivo. Los factores abióticos pueden ser materiales (suelo, agua) o energéticos (radiación solar) (Fig. 2). Los factores bióticos son otros organismos. Los ecólogos son científicos que estudian la distribución y abundancia de las especies y sus relaciones con el ambiente.

Fig. 2: Factores abióticos y las interacciones entre sí.

Ecología es la ciencia que estudia las interacciones de los organismos vivos y su ambiente.La ecología humana es el estudio de los ecosistemas desde el punto de vista de la forma en que afectan a los seres humanos y en la que resultan afectados por ellos. La ecología humana incluye conocimientos de muchas ramas del saber: aspectos químicos, económicos, políticos, sociales, éticos, y también estrictamente biológicos. Los ecólogos tratan de organizar el conocimiento humano acerca de las interacciones que se presentan en la naturaleza y desarrollan modelos que simplifican la realidad determinando las variables que parecen ser claves en una situación dada. Una buena teoría o modelo, integra en forma consistente y ordenada varias referencias separadas. Esto permite a los científicos hacer predicciones sobre el futuro. Los modelos pueden ser gráficos, verbales y los más elaborados se basan en fórmulas matemáticas o estadísticas.

Figura 3: Espectro de los niveles de organización (según Odum, 1971)

La jerarquía ecológica Los diferentes niveles de organización del espectro biológico (Fig. 3) han sido considerados por Odum (1971) como sistemas biológicos. Cuando los componentes bióticos (organismos) y los componentes abióticos interactúan entre sí, a través de un intercambio de materia y energía, se produce un sistema biológico funcional. Cada uno de los componentes bióticos representa un nivel de organización con características propias y funciones propias. Cada nivel es un sistema diferente con complejidades e interacciones que no se pueden predecir a través del conocimiento de otro nivel. Los ecólogos tratan especialmente los sistemas: individual, poblacional, comunidad, el ecosistemas y la biosfera como niveles de jerarquía. Los estudios ecológicos se realizan a diferentes niveles de jerarquía , los cuales incluyen: individuo, población, comunidad y ecosistema. Un individuo es un organismo que fisiológicamente es independiente de otro individuo. Ejemplo: un caracol, una colonia de corales. A nivel individual se trata de entender como un organismo sobrevive bajo condiciones físico-químicas cambiantes y como se comporta el individuo para reproducirse, evitar a los predadores y localizar alimento. En un biotopo se encuentra por lo general un gran número de individuos de una misma especie y se conocen como población. Se puede hablar de la población de nícuros que viven en el río Magdalena, de los robles (Quercus humboldtii) en el Parque Chicaqué. Todas las plantas, los microorganismos y los animales de una comunidad interaccionan de diferentes formas (competencia por alimento, por lugares de reproducción, etc). Una población es un grupo de organismos de la misma especie, que responden a los mismos factores ambientales y se mezclan libremente unos con otros. A nivel de población se desea conocer como debe ser el tamaño de la población para garantizar que se produzcan suficientes descendientes para permitir que la población persista. También nos interesa saber si en la población hay suficiente variabilidad genética para permitir la adaptación evolutiva a cambios ambientales. Una especie es una población o un grupo de poblaciones que están aisladas genéticamente de otras especies. Aunque en ecología no se incluye el nivel de jerarquía de especie per se, es necesario estudiar las especies, para entender la evolución de los ecosistemas a largo plazo. La biogeografía es el estudio de la distribución y abundancia de especies a través de los continentes u océanos. Los biogeógrafos examinan primero los patrones de distribución de las poblaciones y luego tratan de explicar los mecanismos de los cambios geográficos y climáticos que han afectado la distribución de la especie. En los paisajes colombianos encontramos una variedad de bosques, praderas, sábanas, zonas secas, páramos, ríos etc. Esas áreas albergan diferentes organismos. Igualmente en otras regiones de la tierra encontramos otros paisajes (biotopos), que se distribuyen de manera diferente. Cada biotopo (topos- gr. Lugar) presenta determinadas características ambientales y permite el desarrollo de determinadas especies vegetales y animales. El hábitat de un organismo, es el lugar donde un organismo vive y se reproduce. Los organismos propios de un biotopo constituyen una comunidad o biocenosis. Una comunidad de páramo incluye todas las plantas, animales y microbios que viven en el páramo de Chisacá. La comunidad es un grupo de poblaciones de diferentes especies, que viven en un mismo lugar o biotopo. A nivel de la comunidad se trata de buscar las interacciones interespecíficas que podrían causar cambios en el tamaño de las poblaciones de las especies que conviven en un biotopo. Por ejemplo: una población de predadores podría sobre-explotar una especie presa y luego declinar abruptamente; una especie introducida podría ser más eficientes en usar un recurso limitado y reducir la oportunidad de las especies nativas, cuya población declinaría rápidamente.

Cuando se considera la comunidad junto con el medio abiótico, se habla del ecosistema. La totalidad de los ecosistemas del planeta tierra forman la biosfera. Se denomina Ecosistema a la unidad básica de interacción organismo-ambiente que resulta de las complejas relaciones existentes entre los elementos vivos e inanimados de un área dada. A nivel de ecosistema estamos interesados en las corrientes marinas, el tiempo reproductivo de las especies y cualquier hecho o factor que explique la estructura total de un ecosistema. Aunque es conveniente dividir el mundo vivo en ecosistemas diferentes, cualquier investigación revela que raras veces hay límites definidos entre éstos y que nunca están del todo aislados. Muchas especies son parte de dos o más ecosistemas al mismo tiempo, o se trasladan de uno a otro como ocurre con las aves migratorias. Al pasar de un ecosistema a otro, se observa una gradual disminución de las de la comunidad del primer biotopo y un aumento de las poblaciones del siguiente biotopo. Los ecosistemas se superponen gradualmente en una región de transición conocida como ecotono (Fig. 4. )

Figura 5: Representación esquemática de un ecotono (tomado de Nebel Wright, 1996)

Un ecotono es una zona de transición donde se presentan muchas especies características de dos ecosistemas adyacentes. Algunos ecotonos presentan condiciones peculiares, las cuales les permiten albergar especies vegetales y animales diferentes a la de los ecosistemas adyacentes. Así por ejemplo las áreas pantanosas adyacentes a un ecosistema terrestre y un lago, puede estudiarse como un ecosistema por sus características distintivas. El estudio de las relaciones entre la totalidad de los organismos y su medio ambiente se conoce como Sinecología. Los estudios de la ecología son de gran importancia para la agricultura, el desarrollo forestal, la planeación del paisaje y la protección del medio ambiente. La biosfera es el conjunto de seres vivos sobre la tierra y el ambiente en el cual ellos interactúa. El concepto biosfera puede ser muy abstracto, pero en las últimas décadas, se ha comprendido que las interacciones a nivel de la biosfera pueden ser cruciales para el bienestar humano. Por ejemplo la cantidad de carbono en la tierra depende de: las áreas de bosque, la combustión de materiales fósiles, la cantidad de fotosíntesis y la circulación en los océanos. A la atmósfera se le adicionó un exceso de Dióxido de carbono (CO2), el exceso de CO2 puede atrapar calor y causar un cambio global en el clima. Los diferentes niveles de jerarquía no siempre se pueden estudiar separadamente; puesto que ellos interactúan. Por ejemplo: cambios en el clima de la biosfera, pueden afectar la habilidad de un caracol para escapar a su predador; o la eficiencia de la fotosíntesis en el fitoplancton pueden contribuir a un cambio substancial en el ciclo de nutrientes de un ecosistema marino. Por lo tanto los cambios en ciertos niveles de jerarquía pueden afectar niveles superiores o inferiores.

Sucesión ecológica

Hay situaciones en la naturaleza, en donde, en el transcurso de los años observamos como una comunidad biótica cambia gradualmente dando lugar a una segunda, la segunda comunidad, da lugar a una tercera y así sucesivamente. Este fenómeno de transición ordenada de una comunidad biótica a otra se conoce como sucesión natural o ecológica. La sucesión natural ocurre debido a que el ambiente físico puede ser modificado gradualmente por el crecimiento de la comunidad biótica misma, de tal manera que el ecosistema se vuelve más favorable para otro grupo de especies y menos favorable para las especies presentes. Por lo tanto hay un cambio gradual de la primera comunidad biótica, la cual es desplazada por una segunda y ésta por otra y así sucesivamente. La sucesión de especies no tiene lugar indefinidamente. Se alcanza un equilibrio, cuando hay un balance dinámico entre todas las especies y el ambiente físico. El estado final se conoce como ecosistema clímax. Todos los biomas naturales se consideran ecosistemas clímax. Es importante no olvidar que todos los balances están relacionados con la comunidad biótica y condiciones climáticas existentes. Por lo tanto, todos los ecosistemas clímax están sujetos a cambio, si las condiciones climáticas cambian, si nuevas especies son introducidas y las propias son removidas. Sucesión primaria

Si el área no ha sido ocupada previamente, el proceso de invasión inicial y la progresión de una comunidad biótica a la siguiente se conoce como sucesión primaria. Un ejemplo es la invasión gradual de una superficie rocosa por líquenes, luego por briofitos, hasta que se desarrolla un ecosistema de bosque clímax.

INTERACCIÓN ENTRE ORGANISMOS

El papel de los recursos es importante en el estudio ecológico. Tanto plantas como animales requieren materiales que deben estar disponibles a corto plazo. Un recurso es cualquier material cuya abundancia en el ambiente natural puede limitar la supervivencia, el crecimiento o la reproducción. El alimento, el espacio, y los nutrientes orgánicos son potencialmente recursos limitantes. Los recursos que pueden agotarse se consideran recursos no renovables. Los recursos que al ser utilizados, después continúan estando disponibles son renovables. La característica de renovable puede ser resuelta en el tiempo de vida de un organismo, el cual explota un recurso. Para los organismos que viven fijos a un sustrato, el espacio es un recurso no renovable, el cual se vuelve renovable con la muerte del organismo. Entre organismos ocurren muchas interacciones ecológicas, las cuales pueden ser clasificadas en un sistema de más-menos-cero, dependiendo de sí una especie: se beneficia, sufre, o no se afecta de manera particular por la interacción. Un sistema de más-menos-cero se usa para caracterizar las interacciones ecológicas. La interacción más (+) beneficia una especie; interacciones menos (-) la dañan y las interacciones cero (0) no la afectan de manera importante. La tabla 1 resume las interacciones básicas y la clasificación con el sistema más-menos-cero. Tenga en cuenta que las interacciones son clasificadas con dos símbolos para representar el efecto sobre ambos organismos que participan en la interacción.

Tabla 2. Tipos de interacciones ecológicas

Tipo Naturaleza de la interacción Clasificación "más-menos-cero"

Predación Parasitismo Competencia Territorialidad Comensalismo Mutualismo

Beneficia a uno y daña al otro Beneficia a uno y daña al otro Beneficia a uno y daña a otro o daña a ambosBeneficia a uno y daña a otro o daña a ambosBeneficia a uno pero no afecta al otro Beneficia a ambos individuos

+ - + -

+ - / - - + - / - -

+0

Un predador exitoso puede localizar a la presa, y tiene un medio para ingerirla y asimilarla. Los predadores pueden ser móviles o estacionarios. Dentro de los predadores estacionarios están las anémonas, y otros celenterados (Foto pólipo), mientras que los predadores móviles incluyen peces, aves, insectos, etc. Todos los predadores comparten la habilidad para localizar la presa, aunque utilizan diferentes estrategias. A pesar de la diversidad hay unos principios de organización de la interacción predador-presa. Los predadores móviles y estacionarios buscan la presa usando estímulos químicos, mecánicos y visuales; otros utilizan el engaño.

La teoría del forrajeo óptimo predice las reglas usadas por los predadores para optimizar la ingestión de alimento. La teoría del forrajeo óptimo predice que cuando la densidad del alimento es alta, el predador se especializa en presas de buena calidad e ignora las de bajo contenido alimenticio. Pero si la densidad del alimento disminuye el predador se vuelve menos selectivo y amplia el rango de selección de las presas. Lo anterior puede ser alterado, si hay una impronta entre el predador y la presa, lo cual tiene un costo de aprendizaje para cambiar de una presa a otra. La saciedad, o el límite de la capacidad digestiva es importante. Un predador puede ignorar a la presa si su estomago está lleno y no puede digerir mas por el momento. El tiempo gastado en la búsqueda de alimento afecta la relación predador-presa. La teoría del forrajeo óptimo predice que el incremento en el recorrido para buscar alimento reduce la oportunidad de obtenerlo, por lo tanto el predador opta por mantenerse en un lugar y buscar allí su alimento. Con relación a la elección del mejor tamaño de presa, los organismos optan por seleccionar presas de tamaño intermedio, con el fin de reducir el tiempo gastado en manipular presas o muy grandes o muy pequeñas. La Fig. 13 muestra un análisis costo-beneficio para la selección del tamaño, la cual coincide con el tamaño real seleccionado por el cangrejo que se alimenta de la almeja. El cangrejo Carcinus maenas selecciona almejas de tamaño intermedio.

Figura 13 Estrategia óptima para seleccionar almejas: a) análisis teórico de costo-beneficio para el aprovechamiento energético de las presas, en relación con el tamaño, (en términos de energía de retorno obtenido en Joules/seg) b) El tamaño de almejas seleccionado por el cangrejo. La resistencia a los predadores incrementa la resistencia individual de la presa y se incrementa por selección natural. Los organismos marinos han evolucionado una amplia variedad de estrategias para detener a los predadores. Por ejemplo la mayor parte de esponjas son venenosas. Esto se podría esperar de una especie que es sésil y no tiene otra forma de defensa contra los predadores. Semejantes a otras adaptaciones, las defensas anti-predador se originan como variaciones en las poblaciones por selección natural. Los predadores incrementan la frecuencia de los rasgos resistentes a través de la selección de los más vulnerables. La presencia de cualquier morfología repelente o veneno sobrevivirá, y los individuos que poseen tales rasgos multiplicaran sus genes en las generaciones posteriores. Como resultado los predadores seleccionan individuos con rasgos extremos. Las presas evitan a los predadores por medio de respuestas de mimetismo, camuflaje y respuestas de escape. Algunos organismos pueden desarrollar rasgos morfológicos para desalentar al predador del ataque, ejemplo: espinas, esqueletos fuertes, etc. Por ejemplo los peces de la familia Scorpaenidae están armados con espinas venenosas. Algunos organismos se defienden químicamente por medio de compuestos secundarios tóxicos, secreciones ácidas y metales tóxicos. Las substancias activas, usadas por el hombre como estimulantes, están presentes en las plantas como resultado de una respuesta evolutiva a sus predadores. La nicotina, cafeína, cocaína y

la mostaza son ejemplos de esas substancias y se conocen como compuestos secundarios, debido a que no se utilizan en los procesos metabólicos típicos de la planta. La presencia de substancias de defensa tóxica, generalmente va asociada con una coloración llamativa (foto Panea conica). Algunos bivalvos tienen estructuras semejantes a tentáculos que son llamativas y parecen ser una tentación para los peces. Los peces muerden estos tentáculos, luego los arrojan y abandonan a la presa indefensa.

Figura 14: Foto de Panea conica.

Las defensas químicas y mecánicas contra la predación cambian con la latitud, el hábitat y el océano. En los trópicos se presentan mayor número de adaptaciones de defensa contra la predación, lo cual coincide con la mayor diversidad de organismos en las latitudes bajas del trópico y refleja la mayor presión de la predación en los trópicos, lo cual realza la selección natural para incrementar la defensa de las presas. Las relaciones comensales beneficia a una especie solamente. Los beneficios generalmente se relacionan con alimento, sustrato o protección (foto 15 ) Las relaciones comensales pueden ser facultativas u obligatorias. Una especie comensal facultativa, no es dependiente completamente de otra especie, sino que puede vivir sobre una variedad de especies. Las lapas, por ejemplo, pueden vivir sobre rocas, tiburones, almejas, caracoles, tortugas, o sobre otras lapas. Por otro lado los comensales obligatorios pueden vivir sólo en la presencia de ciertas especies.

Figura 15: Foto de diversas especies de Thyllandsia , epifítas propias del bosque alto andino. Estas plantas derivan

sus nutrientes de la lluvia y el aire y usan al árbol sólo como soporte.

El mutualismo es una asociación evolutiva entre dos o más especies que beneficia a los participantes. En los ecosistemas se encuentran pares de especies que se benefician mutuamente por la asociación. Esas relaciones probablemente comenzaron como relaciones facultativas, pero hubo una variación genética que completo la dependencia. La desventaja obvia de este tipo de relación es el peligro de que una de las especies se extinga. El mutualismo obligatorio depende en un alto grado de la estabilidad simultánea de las poblaciones de las dos especies participantes en la asociación.

Figura 16. Corte transversal del talo de los líquenes: Usnea florida , Everniopsis trulla y Letharia vulpina

Los líquenes son asociaciones entre un hongo y un alga ó una cianobacteria. Esta asociación es un ejemplo de mutualismo, en la cual ambos participantes se benefician. La mayor parte del cuerpo visible del líquen corresponde al hongo, el organismo fotosintético vive en el micelio interno. El organismo fotosintético suministra los nutrientes y el hongo envuelve las células fotosintéticas transfiriéndoles agua y minerales. Los líquenes están en la capacidad de

invadir los hábitats más agrestes, frecuentemente ellos son los primeros colonizadores y se consideran los pioneros en la formación del suelo; debido a que facilitan la colonización de rocas por otras plantas. El parasitismo tiene lugar, cuando una especie vive a expensas de otra, sin consumirlo totalmente como alimento, pero la mata lentamente (Fig. 17). Los ectoparásitos viven sobre la superficie externa de un organismo. Ellos viven unidos a las agallas, al tallo, a las superficies del cuerpo. En contraste, los endoparásitos viven en el interior del cuerpo del hospedero y puede ocupar los vasos sanguíneos, o ramificarse en ciertos órganos o tejidos. Si los parásitos son inefectivos en utilizar a su hospedero, otros parásitos pueden entrar y desplazarlos por competencia. Por otro lado, si son demasiados efectivos, ellos pueden matar a su hospedero e igualmente conducir a la población hospedera a la extinción. Como el hospedero eventualmente muere, o la presencia del parásito acelera su muerte, los parásitos deben tener un medio de desplazarse a otros hospederos. Como resultado, los parásitos desarrollan ciclos de vida complejos, que incluyen más de una especie. La dependencia de múltiples hospederos es peligrosa para la sobrevivencia del parásito, si uno de los hospederos está ausente o es difícil de localizar.

Figura 17: El hongo Phytophthora infestans ataca las plantas de papa, en la foto: 1) hojas infectadas bajo el microscopio, 2) hojas infectadas, 3) los tubérculos infectados por el hongo, no se pueden comer. En el siglo pasado este hongo ocasiono una hambruna en Irlanda. Los competidores en apariencia coexisten en el mismo hábitat, aunque en nichos diferentes; por ejemplo muchas especies de aves canoras coexisten en los bosques porque se alimentan de insectos a diferentes alturas de los árboles (Fig. 18). Los murciélagos y las golondrinas se alimentan de insectos voladores, pero no compiten porque los murciélagos comen de noche y las golondrinas de día.

Figura 18: Repartición de nicho en las aves canoras

La competencia se presenta cuando dos poblaciones disputan por recursos ambientales limitados del tipo alimentos, nutrientes, la luz del sol, y el espacio vital. Cuando hay superposición de nichos, ambas poblaciones resultan afectadas, pero tarde o temprano, una de ellas predomina, se apropia del recurso limitado y elimina a la otra especie, proceso que recibe el nombre de principio de exclusión competitiva. El biólogo Gause realizó la primera demostración de una competencia interespecífica. Gause cultivo los protozoarios Paramecium caudatum y Paramecium aurelia en medio bacteriales independientes. Ambas poblaciones presentaron una curva de crecimiento en forma S. Cuando se desarrollaron ambas especies en un medio de cultivo se observó, como el grado de competencia por el mismo alimento, modificó el patrón normal de crecimiento (Fig. 20 ). Al finalParamecium aurelia demostró mayor capacidad para adquirir el alimento y la otra población fue eliminada. El principio de exclusión competitiva expresa que si dos poblaciones compiten por un mismo recurso, que es necesario para la supervivencia de ambas especies, y éste aparece en cantidades limitadas, una de las poblaciones será eliminada y la población que sea más eficiente en aprovechar el recurso sobrevivirá.

Figura: 19 Crecimiento de dos protozoarios, Paramecium caudatum y Paramecium aurelia a) y b) cuando crecieron

en medios separados y c) cuando se desarrollaron juntos PRINCIPIOS Y CONCEPTOS CORRESPONDIENTES AL SISTEMA BIOLÓGICO DE LA COMUNIDAD

La comunidad o biocenosis puede definirse como un conjunto de poblaciones ordenadas e interrelacionadas que habitan un área determinada en un época concreta. La comunidad, al igual que la población presenta una serie de características propias como son : tamaño y límites, diversidad, estructura y biomasa.

Características de la comunidad

TAMAÑO Y LÍMITES Los conjuntos de poblaciones naturales dan lugar a unidades de tamaño diferente. Se considera una comunidad mayor, cuando el tamaño y la organización que poseen les permite ser relativamente autosuficientes e independientes de las comunidades vecinas. Una comunidad es menor, cuando depende necesariamente de otras adyacentes. Con frecuencia es imposible establecer límites precisos en una comunidad, excepto en aquellos casos en que hay una clara discontinuidad entre comunidades próximas. El fuego y los antibióticos pueden producir límites claros entre las comunidades. Diversidad La comunidad está compuesta por una gran variedad de organismos, los cuales no son igualmente importantes desde el punto de vista de la caracterización de la comunidad entera. Existen algunos grupos de organismos, que son los que ejercen una mayor influencia en el control y estabilidad de la comunidad, debido a su número, tamaño o biomasa. Estos grupos que caracterizan a la comunidad se conocen como dominantes ecológicos. El resto de organismos, que forman parte de esa comunidad, no carecen de importancia, puesto que le proporcionan diversidad, que es una característica estructural de toda la comunidad. La desaparición de las especies dominantes en una comunidad se traduce en una alteración grave y drástica para la comunidad, la cual no es comparable a la desaparición de una de las especies no dominantes. Una diversidad alta supone cadenas tróficas más complejas, debido al mayor número de interrelaciones entre sus componentes, lo cual aumenta la estabilidad de la comunidad. La diversidad suele ser alta en comunidades antiguas y bajas en comunidades nuevas. El índice de diversidad de especies es la relación entre el número de especies y la biomasa o productividad de sus componentes. Los índices de diversidad proporcionan uno de los mejores métodos para cuantificar el grado de alteración de un área; ya que en una zona contaminada se espera que éstos tendrán un valor más bajo y en cambio en una zona no alterada, un valor más alto. Para una mayor comprensión y clasificación de los organismos en la comunidad, no es suficiente una enumeración de especies o inventario taxonómico; resulta más conveniente intentar establecer unos niveles funcionales; es decir el papel que cada especie representa dentro de la comunidad. Es decir el nivel trófico de los diferentes organismos y la transferencia de energía a través de las cadenas alimenticias o tróficas. Estructura de la comunidad La comunidad posee una estructura definida; puesto que los organismos se distribuyen en el espacio y en el tiempo para un mejor aprovechamiento de las condiciones que ofrece el medio. La estratificación de la comunidad en el espacio se realiza en estratos y en el tiempo en fenofases. Dentro de la distribución espacial cada especie tiene una función determinada y una serie de necesidades, que necesita cubrir para su supervivencia.

El conjunto de características que describen los recursos precisos y a la función del organismo en la comunidad, se le da el nombre de nicho ecológico. El nicho ecológico de una especie depende, no sólo de donde vive, sino también de lo que esa especie hace en respuesta al medio físico y biótico en que se encuentra. Las comunidades, por tanto, pueden ser calificadas según sus características estructurales principales (dominantes ecológicos), por especies indicadoras, por el hábitat (o espacio físico ocupado), o bien por sus funciones (o comportamiento de sus componentes). La biomasa La biomasa es otra de las características de la comunidad. Cada comunidad posee una biomasa determinada, la cual se modifica en el tiempo. A través del tiempo hay una sucesión de comunidades, hasta llegar a una comunidad final, más o menos fija, y con la máxima biomasa alcanzable y se conoce como comunidad climax. Esta comunidad es en principio, la más estable, compleja y diversificada de la sucesión dinámica primaria. Cuando se destruye o modifica la comunidad inicial, se presenta una sucesión secundaria. PRINCIPIOS Y CONCEPTOS CORRESPONDIENTES AL SISTEMA BIOLÓGICO ECOSISTEMA

El Ecosistema es un sistema biológico funcional, formado por una comunidad de un área determinada y su medio, estableciéndose de forma necesaria entre los organismos y el medio abiótico un flujo de intercambio de materia y energía. Límites El término ecosistema puede ser aplicado a biocenosis y medios de extensión muy variables: un árbol, un bosque, un océano. Pero siempre se tratará en definitiva de un sistema donde hay fijación de energía solar, circulación y transformación de materia orgánica y nutrientes por acción de los seres vivos y su metabolismo. La unidad funcional en ecología es el ecosistema y se considera unidad por que es un sistema cerrado para el flujo de la materia y porque incluye, además de organismos - la comunidad o biocenosis - un medio abiótico, con una interrelación entre ambos componentes. Es decir : Ecosistema = comunidad + medio abiótico La asignación de unos límites definidos a un determinado ecosistema es difícil, debido que hay una relación funcional que se establece entre los distintos seres vivos y los factores abióticos del medio. Composición de la comunidad Los organismos vivos pueden ser clasificados inicialmente desde el punto de vista de su alimentación. Los autótrofos o productores son los organismos que tienen la capacidad de elaborar sus componentes orgánicos, mediante fotosíntesis o quimiosíntesis, a partir de sustancias inorgánicas y minerales que les proporciona el medio abiótico. Los heterótrofos oconsumidores son los organismos que utilizan para su metabolismo la materia orgánica procedente de otros organismos. La transferencia de materia a través de los seres vivos se realiza por medio de cadenas tróficas o redes alimenticias.

Componentes abióticos

Los componentes del medio abiótico se pueden agrupar en:

Compuestos inorgánicos, como carbono, nitrógeno, agua, fósforo, azufre; es decir aquellos elementos que fluyen entre el componente biótico y abiótico del ecosistema, en los ciclos biogeoquímicos.

Compuestos orgánicos, los cuales fluyen en el ecosistema en las cadenas tróficas. Factores climáticos, como la temperatura, luz, humedad, presión atmosférica y se relacionan con la posición sobre el globo terráqueo.

Factores edáficos, que se relacionan con el ciclo geológico y los factores y procesos formadores del suelo. Los componentes biótico y abióticos de cualquier ecosistema están íntimamente entrelazados en la naturaleza, que resulta difícil desde el punto de vista funcional establecer una separación clara entre ellos. Así por ejemplo los elementos biológicos CHONPS, los cuales constituyen las moléculas orgánicas de los seres vivos se encuentran en el medio externo, tanto en la atmósfera, como en el suelo y fluyen de manera constante entre los diferentes componentes del ecosistema. Desde el punto de vista funcional, el ecosistema puede ser analizado en términos de :

Flujo de materia y energía. Productividad. Regulación.

El bioma El bioma es una gran comunidad caracterizada por especies de plantas y animales presentes. El bioma es una biocenosis en su sentido amplio y es el resultado de una serie de interacciones entre el clima, los factores bióticos y el sustrato donde se asienta. Los biomas están distribuidos como fajas alrededor del mundo. Sin embargo, no suele haber una línea de demarcación precisa entre biomas adyacentes, sino una vasta zona de transición donde los biomas se superponen. En un bioma es uniforme el tipo de vegetación (hierbas, coníferas, árboles caducifolios..) que constituyen la clave para su reconocimiento y clasificación. La vegetación depende del medio físico; la vegetación y el medio físico, condicionan el tipo de animales presentes. BIOMAS DE LA TIERRA

Ambientes semejantes permiten la evolución de organismos semejantes en forma y función, pero no necesariamente en la herencia genética. Por ejemplo hay desiertos en todos los continentes, menos en la Antártica, Las principales plantas del desierto de cada uno de los continentes tienen una apariencia externa semejante; pero tienen diferente material genético. Los desiertos corresponden a uno de los biomas terrestres y es una clase de ecosistema. Los principales biomas terrestres se muestran en la figura 52. Se presenta una relación estrecha entre los factores abióticos y las formas de vida en los biomas (Fig. 53)

52: Distribución global de los principales biomas terrestres.

53: Diagrama simplificado de las relaciones entre la precipitación, la latitud y los biomas terrestres. La figura muestra una correlación entre el clima y la vegetación. Los climas cálidos y húmedos favorecen la productividad y los biomas de esas zonas climáticas tienden a ser muy productivos, si los otros factores como la disponibilidad de nutrientes que las plantas requieren no son limitantes. Los climas fríos y secos no permiten una alta producción primaria; por lo tanto diferentes biomas se caracterizan por ratas diferentes de producción vegetal (Fig. 54). El conocimiento del clima se puede usar para predecir el tipo de vegetación será más probable de encontrar en una región. El conocimiento de las características básicas de los biomas mundiales y las formas de vida en cada uno de ellos, son importantes para planear objetivos ambientales e investigar efectos ambientales. Por ejemplo es posible hacer una correlación entre clima, vegetación y posibles efectos del cambio global en el planeta tierra.

Fig. 54: Geografía de la producción primaria. Los diferentes biomas se caracterizan por ratas promedios de producción diferentes. Los bosques tropicales, los bosques lluviosos templados y los bosques deciduos templados son altamente productivos.Los biomas se nombran de acuerdo a la vegetación que predomina (Ej. Bosque de confieras, sabana); Es decir por la fisonomía de las plantas. O por las condiciones climáticas (desierto frío, desierto cálido). Tundra

El bioma de tundra se encuentra en el Ártico y en las montañas altas de todas las latitudes. Debido al clima es demasiado frío para los árboles, allí crecen plantas perennes de crecimiento bajo. En el ártico el suelo está permanentemente congelado -permafrost-. Sólo unos pocos cm de suelo se descongelan durante el verano, cuando la luz del sol brilla durante las 24 horas del día. Aunque hay poca precipitación, la tundra ártica baja es muy húmeda; como resultado del mal drenaje del suelo, a causa del permafrost. Las plantas crecen activamente en los suelos inundados durante unos pocos meses al año. La vegetación dominante incluye gramíneas, musgos, líquenes, plantas enanas arrosetadas y las que forman colchones. Cuando el ambiente se vuelve más hostil, la vegetación cambia de los arbustos enanos y gramíneas a musgos y líquenes y finalmente a superficies con rocas desnudas y líquenes dispersos. La mayor parte de animales regresan para el verano al ártico y se van para el invierno o hibernan, durante la mayor parte del año. La tundra alpina tiene días y noches de igual longitud todo el año. En esas altitudes la temperatura nunca es muy alta y la caída de la temperatura por debajo del punto de congelación se dá en las noches claras. Las plantas realizan fotosíntesis

todo el año y la mayor parte de animales permanecen en el hábitat. La tundra extrema aparece en la Antártica, adonde los principales organismos (líquenes) aparecen esporádicamente en algunas áreas. Taiga o bosque boreal El bioma de taiga incluye los bosques de clima frío de las altas latitudes y altas altitudes. El invierno en el bosque boreal es largo y muy frío; mientras que el verano es muy corto (Aunque a menudo cálido). El verano corto favorece los árboles siempre verdes, los cuales están listos para realizar fotosíntesis cuando la temperatura se vuelve más favorable en la primavera. La vegetación dominante es la conífera, especialmente abetos, alerces, abedules y pinos. Las especies son polinizadas por el viento. Las semillas se dispersan por viento. Los animales dominantes -insectos, renos y liebres- son herbívoros. Las semillas de las confieran alimentan a una fauna de roedores y aves.

Fig. 55: El bioma taiga o bosque boreal.

Bosque deciduo templado El bioma de bosque deciduo templado se encuentra en el este de Norteamérica, este de Asia, Japón, y partes del este de Europa. Estos bosques son un poco más cálidos que el bosque boreal. La vegetación dominante incluye árboles altos deciduos; las especies más comunes son: arces, hayas, robles, nogales y castaños. Estos bosques son de importancia económica, debido a la madera dura de sus árboles, los cuales se usan en muebles. Son los ecosistemas más intervenidos por el hombre; debido a que estas regiones han sido las primeras ocupadas por la civilización. Los mamíferos grandes son raros, dentro de los herbívoros están los ciervos, Los animales dominantes son mamíferos pequeños, tales como ardillas y ratones. Las aves migran a este bioma durante el verano, cuando los insectos son abundantes. Los cambios en el color de las hojas son los más conspicuos signos de las estaciones (Fig. 25). Los árboles pierden sus hojas durante el otoño y producen hojas durante la primavera. Hay mayor número de especies en este bioma, que en el bosque boreal y muchos árboles presentan dispersión de polen y semillas por animales.

Figura 56: El bioma bosque deciduo. Bosque lluvioso templado El bosque lluviosos templado se presenta bajo condiciones de temperatura moderada, donde la lluvia sobrepasa los 250 cm/año. Estos bosques son raros; ellos se presentan en el hemisferio norte y en el hemisferio sur, en Nueva Zelanda, los árboles dominantes son las confieras. Los árboles presentan alturas mayores de 70 m. Este bioma presenta una baja diversidad de plantas y animales, debido en parte a las condiciones climáticas; y e s de importancia económicas por la presencia de las maderas rojas importantes para estructuras y vigas. Sabanas El bioma de sabana templada se encuentra en muchas partes del mundo, las cuales son relativamente secas la mayor parte del año. Este bioma es de los que mayor cobertura mundial presentan e incluyen las praderas de Norteamérica, las estepas de Eurasia, las sabanas del este y sur de África y las pampas de Sudamérica. La vegetación dominante son la gramíneas y otras hierbas con flores, muchas de las cuales son perennes y con raíces muy extensas. Gran parte de estos biomas han sido transformados por el hombre en zonas agrícolas. Las gramíneas son las únicas adaptadas a sobrevivir a las perturbaciones, debido a que ellas almacenan gran parte de su energía bajo el suelo y se recuperan rápidamente después de ser quemadas o sobrepastoreadas. Este ecosistema soporta poblaciones grandes de mamíferos herbívoros y las quemas son frecuentes (Fig. 57).

Figura 58: Manada de Capibara sp. (Chigüiro) en las sábanas de Venezuela (foto cortesía M. Lugo).

Desiertos

Figura 59: El bioma de desierto caliente

Los desiertos fríos se encuentran en regiones secas de latitud media a alta, especialmente en el interior de los continentes. Los desiertos fríos también se encuentran en zonas de latitud alta, en las zonas protegidas de las montaña. Los desiertos calientes se encuentran entre los 300 latitud norte y 300 latitud sur. En esas regiones, el aire desciende cálido y seco absorbiendo la humedad del ambiente. Los desiertos se encuentran en áreas donde la precipitación es menos de 50 cm/año. Aunque la mayor parte de desiertos, tales como el Sahara, en el norte de África, y los desiertos del suroeste de Estados Unidos, Méjico y Australia, se ubican en latitudes bajas, los desiertos fríos se distribuyen en el macizo de UTA y Nevada y en partes del oeste de Asía. Los desiertos tienen un tipo de vegetación especializada, al igual que los animales vertebrados e invertebrados. Los suelos generalmente tienen abundantes nutrientes, pero poca materia orgánica y requieren sólo agua para volverse productivos (Fig. 59). Las perturbaciones son frecuentes en la forma de fuegos y períodos fríos ocasionales, lluvias esporádicas intensas que causan inundaciones. Hay relativamente pocos mamíferos grandes en los desiertos. Los animales dominantes de sangre caliente son las culebras y lagartos. Los mamíferos son pequeños. Tierras inundadas Este bioma incluye los pantanos de agua dulce, ciénagas, y pantanos de agua salina. Todos permanecen inundados y el suelo está saturado de agua (Fig. 60). El agua crea un ambiente especial en el suelo con poco oxígeno, así que los procesos de descomposición tienen lugar muy lentamente y sólo plantas con raíces especializadas pueden sobrevivir. Las plantas dominantes son: manglares, abetos negros y alerces. Cambios pequeños en la altura del nivel de agua son significativos, ya que permiten que algunas raíces reciban oxígeno y crezcan árboles pequeños; en las áreas más bajas se encuentran musgos y algas.

Figura 60: Bioma de tierras inundadas, pantano de agua salada.

Aunque las zonas inundadas ocupan una porción pequeña de la superficie terrestre, ellas son importantes en la biosfera. En los suelos anóxicos las bacterias anaeróbicas producen metano y sulfuro de hidrógeno, los cuales tienen efectos importantes en la biosfera. Los pantanos de agua salina son áreas importantes para la reproducción de muchos animales marinos y contienen gran cantidad de invertebrados y son un recurso importante económicamente. Bosque lluvioso tropical El bosque lluviosos tropical se encuentra en la región ecuatorial, donde la lluvia excede los 250 cm/año y la estación seca tienen menos de tres meses de duración. Es el más bioma con mayor diversidad de especies de plantas y animales, con más de 500 especies de plantas por km2 y la mayor productividad. Gran parte de las especies son raras, las cadenas alimenticias en esta comunidad es extremadamente compleja. En este ecosistema la mayor parte de los nutrientes se conservan en la vegetación; los suelos son altamente meteorizados y no están en capacidad de soportar la agricultura, sin la aplicación masiva de fertilizantes. En las zonas montañosas del trópico la temperatura disminuye 6 0C por cada 1000 m de elevación. Los árboles presentan una altura menor, sus hojas son más pequeñas, y se presenta mayor número de epífitas -plantas que absorben nutrientes y del aire, y del agua de lluvia (Fig. 61). Las actividades antrópicas destruyen el bosque tropical a una rata muy alta; a pesar de que la mayor de organismos propios de este ecosistema no ha sido descrito por los especialistas . Muchos pasan a ser extintos, son que hayamos tenido conocimiento de que algún existieron.

Figura 61: Distribución de epifitas en el bosque alto andino de la región del Neusa (3400 m.s.n.m)

Ecosistemas de agua dulce Aunque los lagos, lagunas, ríos y quebradas representan un porcentaje bajo sobre la superficie terrestre, son críticos para el abastecimiento de agua para la industria, domestico y agricultura y juegan un papel ecológico esencial. Este bioma constituye uno de los principales recursos recreacionales, pero son los que más fácil se contaminan. Las plantas dominantes son las algas , llamadas fitoplancton . A lo largo de las riveras y en zonas someras crecen plantas con flores, como el lirio de agua. La vida animal es generalmente abundante. Las aguas abiertas tienen muchos invertebrados pequeños, llamados colectivamente zooplancton, los cuales pueden ser herbívoros o carnívoros. Los ríos y quebradas son importantes en la biosfera, como los principales transportadores de materiales del continente al océano. El agua dulce es importante económicamente para el hombre para la producción de energía, de peces, de aves, para uso domestico y para recreación y deporte. Las zonas de estuario -áreas donde los ríos desembocan en el océano - son ricas en nutrientes y soportan una gran abundancia de peces; además son importantes sitios de reproducción para muchos peces comercialmente importantes. El bioma marino Todos los océanos están conectados y el agua del océano se mueve de forma circular - en dirección de las agujas del reloj en el hemisferio norte y en contra de las manecillas del reloj en el hemisferio sur. Esos movimientos dispersan a los organismos con pocas habilidades para nadar. Sin embargo la mayor parte de organismos marinos tienen rangos restringidos de distribución, lo que indica se presentan límites ambientales importantes para su distribución en los océanos.

Los gradientes verticales y horizontales dividen los océanos en zonas con condiciones físicas distintivas. La temperatura del agua, la presión hidrostática y el abastecimiento de alimento cambia con la profundidad e influencian las distribuciones bióticas (Fig. 62). Para vivir en las diferentes regiones del océano se requiere determinadas tolerancias fisiológicas y atributos morfológicos. Las temperaturas en el océano son barreras a la colonización debido a que muchos organismos son estenotérmicos - están adaptados a un rango estrecho de temperatura. Los cambios de temperatura en combinación con los cambios estacionales en la luz del día determinan las estaciones de máxima productividad primaria.

Figura 62: Distribución de zonas en el océano.

Zona litoral. Está constituido de áreas expuestas alternadamente al aire, durante la marea baja y al agua del océano , durante la marea alta. El movimiento constante de agua transporta nutrientes dentro y fuera de esas áreas, debido a lo cual son un recurso económicos importante, ya que sostienen muchos organismos. En esta zona se encuentran desde algas gigantes de agua frías y templadas, hasta arrecifes de corales y esponjas en los trópicos. Cerca al litoral se encuentran centros de reproducción para muchas especies de peces, generalmente de importancia económica. La parte cercana a la playa es la más susceptible a la contaminación por desechos continentales y como principal área recreacional está sometida a una alteración antrópica considerable.

Zona pelágica. Está constituida por el mar abierto. Esas regiones tienden a ser bajas en nitrógeno y fósforo, por lo cual se consideran desiertos químicos con baja productividad y baja diversidad de algas. Se presentan muchas especies animales grandes, pero en baja densidad.

Zona béntica. El bentos es la porción de la base del océano. La entrada primaria de alimento está constituida por materia orgánica muerta que cae desde arriba, las aguas son demasiado oscuras para permitir la fotosíntesis, así que no existen organismos fotoautótrofos.

Zona abisal. Las aguas profundas del océano son frías, oscuras y la vida es escasa. Sin embargo sus aguas son ricas en nutrientes; debido a que numerosos organismos, que mueren en la superficie su hunden. La surgencia de las aguas profundas lleva nutrientes a la superficie, facilitando el incremento de algas y otros organismos. Las surgencias tienen lugar en la costa oeste de Norteamérica, Sudamérica, oeste de África y en la cercanía de los casquetes del Ártico y la Antártica. Las zonas de surgencia constituyen regiones importantes para la producción comercial de peces.

Aberturas hidrotérmicas. Este bioma se encuentra en el océano profundo, donde los procesos de las placas tectónicas crean aberturas de agua caliente con concentraciones altas de compuestos de azufre. Los compuestos de azufre suministran energía para las bacterias chemosintéticas, las cuales sustentan bivalvos gigantes, gusanos y otras formas de vida poco comunes. La presión del agua es alta y la temperatura oscila desde el punto de ebullición, cerca de la abertura a los 4 0C, en el océano profundo.

BIBLIOGRAFIA

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