Introducción a la ecología

"En 1869 Ernest Haeckel acuñó el término ecologiá, entendiéndolo como el estudio de la ‘casa’ o

ambiente de los organismos y sus relaciones. Por ello, ecología se define como la ciencia que estudia

las relaciones de los seres vivos entre sí y con su hábitat" (González, B. Y R. Cardona).

El estudio de la ecología es la antesala a la educación ambiental y a crear en todos los seres

humanos una conciencia ecológica.

Figura 1: Concepto de Ecología y su relación con la educación ambiental y la conciencia ecológica

Relación entre especies, población, comunidad, ecosistemas y biósfera

Los sistemas ecológicos son el conjunto de relaciones e interacciones que pueden establecerse entre

un organismo de una especie con otros seres vivos y con los factores que se encuentran en el entorno

fiśico que comparten. Estos pueden ser analizados en distintos niveles, según su organización y

complejidad. Ecología, es el estudio de los últimos cuatro niveles de organización de los seres vivos,

como se puede ver en la siguiente imagen:

Niveles de organización Niveles de organización ecológica Nivel individuo: un individuo es cualquier ser vivo u organismo. Los individuos no se reproducen con individuos de otros grupos. Nivel población: conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un mismo tiempo. Nivel comunidad: conjunto de poblaciones que comparten un mismo espacio. Ecosistema: conjunto de comunidades, el medio en el que viven y las relaciones que establecen entre ellas. Biosfera: parte de la tierra donde existe vida, es decir, donde habitan seres vivos. Abarca parte del aire, el agua y de la la tierra¨ (Ciencias Naturales, s.a.)

Veamos estos niveles de organización en acción en el siguiente video:

Continuación...

Poblaciones

En ecología se estudia lo que pasa con las poblaciones. Como veíamos la semana anterior, los

relaciones intra e inespecíficas y los factores bióticos y abióticos afectan a las poblaciones

directamente. Por ejemplo, frecuentes lluvias pueden terminar con el alimento en una región e

influenciar el equilibrio de la población que habita esa región. Este estudio se llama: dinámica de

Poblaciones.

Continuación...

Representación esquemática de los niveles de organización

En la naturaleza hay varios niveles de organización que comienza con la organización de la matera,

desde el nivel subatómico hasta la organización ecológica que termina en la biósfera, como se puede

ver a continuación:

Este módulo comprenderá el estudio de los últimos 4 niveles: población, comunidad, ecosistemas y

biósfera.

Para desarrollar esta actividad en su salón de clase, puede llevar dos sets de imágenes

de los niveles de organización por separado. Divida a la clase en dos grupos y propone

un concurso para ver qué grupo los organiza en niveles secuenciales antes que el otro.

Luego se discuten los resultados.

Continuación...

¿Qué es un ecosistema? Un ecosistema es el conjunto formado por los seres vivos de una comunidad, el entorno físico que habitan (los elementos no vivos como rocas, agua..., etc.) más las relaciones que se establecen entre ellos. Se puede resumir esta definición diciendo que un ecosistema es el conjunto de seres vivos de un lugar, más ese lugar. Tipos: terrestres y acuáticos Existen diferentes formas de clasificar un ecosistema. Por su naturaleza y por el hábitat de sus especies. Por su naturaleza, se pueden clasificar en artificial (hecho por el hombre) y natural (sin intervención humana para su existencia). Por el hábitat de sus especies se clasifican en terrestres y acuáticos. Éstas son las características:

Factores que determinan la estabilidad

Los ecosistemas pueden ser alterados por las actividades humanas que tienen un impacto directo

en estos:

En los ecosistemas terrestres: la modificación de la cobertura de la tierra, principalmente mediante

la transformación en tierras de cultivo, y la aplicación de nuevas tecnologías que contribuyen al

suministro creciente de alimentos, madera y fibras. Solo las áreas inadecuadas para el cultivo de

plantas, como son los desiertos, los bosques boreales y la tundra permanecen bastante inalteradas

por el ser humano.

En los ecosistemas marinos: la pesca. Cerca de la mitad de los bancos de pesca marinos explotados

con fines comerciales de los que se tiene información están completamente explotados y sin

posibilidad de aumentar las capturas. El impacto de la pesca ha sido particularmente importante en

áreas costeras, pero ahora también está afectando a la alta mar.

En los ecosistemas de agua dulce: los cambios en regímenes de agua, como por ejemplo los que se

derivan de la construcción de grandes presas; las especies invasoras, que pueden conducir a la

extinción de especies; y a la contaminación, como por ejemplo por elevados niveles de nutrientes.

http://www.areaciencias.com/biologia/ecosistema.html

Actividad: puede promover la elaboración de un terrario o un acuario en la clase. Los

estudiantes, deben investigar los elementos que los componen, crear uno y establecer

roles dentro de la clase para el cuidado del mismo. El sistema puede ayudar a estudiar

varios conceptos como población, ecosistema, factores bióticos y abióticos, entre otros.

Factores bióticos y abióticos

Los factores bióticos interespecíficos se dan entre especies distintas, es decir, entre pobalciones,

tanto por el contacto directo como por la capacidad de modificar el ambiente.

Algunos tipos de relaciones interespecíficas según Gonzalez y Cardona (2016), son:

1. “Parasitismo, donde el individuo de una especie se beneficia de lo que le quita al individuo de otra

especie, pero no lo elimina. Es el caso de los parásitos intestinales en el organismo humano, los

cuales absorben los nutrientes de los alimentos que consume, pero le dejan disponible alguna

cantidad para que pueda sobrevivir y lo pueda seguir hospedando.

2. Depredación, relación en que un individuo de una especie se alimenta de un individuo de otra

especie. Por ejemplo, en las sabanas africanas, los leones depredan a las gacelas, ya que las utilizan

como alimento y con ello pueden reducir el tamaño de las poblaciones de gacelas e incluso provocar

su extinción, si la población de leones crece por encima de la de las gacelas.

3. Mutualismo, en que individuos de las dos especies se benefician mutuamente de su relación; un

ejemplo de ésta son las bacterias que viven un tu tracto digestivo y que se conoce como flora

bacteriana, ellas te ayudan a transformar los alimentos, mientras tu las provees con nutrientes y un

lugar para vivir.

http://www.areaciencias.com/biologia/ecosistema.html

4. Comensalismo, cuando los individuos de una especie obtienen beneficios de su relación con los

de otra especie, sin que esta última sea afectada. Asi,́ las orquid́eas se adhieren a las ramas de los

árboles para tener acceso a una buena radiación solar, sin dañar al árbol que las aloja.

5. Competencia, cuando varios organismos necesitan los mismos recursos, los cuales ademaś se

encuentran en forma limitada. Lo más común es que al consumir algunos un recurso limitado, otros

organismos queden sin acceso a dicho recurso, hasta que mueren, disminuyen el tamaño de la

población o probablemente se extingan, si no logran adaptarse a aprovechar otro tipo de recursos

para satisfacer sus necesidades.”

En el enlace a continuación, accederá a una imagen que muestra ejemplos de relaciones

interespecíficas:

http://4.bp.blogspot.com/-hrU0-

I8QwZw/UYoAgjpyf9I/AAAAAAAAAIU/R6o28pl6ZsA/s1600/rela+2.JPG

http://4.bp.blogspot.com/-hrU0-I8QwZw/UYoAgjpyf9I/AAAAAAAAAIU/R6o28pl6ZsA/s1600/rela+2.JPGhttp://4.bp.blogspot.com/-hrU0-I8QwZw/UYoAgjpyf9I/AAAAAAAAAIU/R6o28pl6ZsA/s1600/rela+2.JPG

Como actividad con sus estudiantes, puede elaborar un mapa conceptual en donde se

visualice claramente la relación de los conceptos: factores bióticos y abióticos y las

relaciones inter eintraespecíficas.

Pida a sus estudiantes, traer recortes relacionados con los términos. Coloque los recortes en una

bolsa y solicite a los alumnos que tomen uno al azar. Luego, deben colocarlo a la par del concepto

que cree representa y discutan la respuesta.

Factores abióticos

Luz solar La iluminación natural es la principal fuente de energía de la biósfera y depende directamente de la radiación solar. La luz solar es procesada por las plantas para convertirla en energía para los organismos vivos que se almacena en los enlaces de la glucosa. Al número de horas luz y oscuridad a lo largo de un período de 24 horas se le conoce como fotoperíodo. El fotoperiodo afecta las características y el comportamiento de los organismos como las migraciones, cambios de plumaje, apareamiento. Temperatura La luz incide en la temperatura. Porque los rayos del Sol no inciden en el mismo ángulo todo el año. La temperatura es un factor importante en las estaciones del año (invierno, primavera, verano y otoño). La temperatura determina los organismos y las plantas que habitan en el ecosistema. Humedad La humedad depende de la cantidad de vapor de agua que puede encontrarse en la atmósfera o el suelo. En ambos casos el contenido de agua presente estará en función de los patrones de lluvia del lugar. Viento Este factor se encuentra asociado a la temperatura y la transferencia de calor. La contracción o expansión de las masas de aire generan zonas de alta y baja presión, que producen el movimiento del aire. El viento transporta el vapor de agua que puede condensarse y precipitar como lluvia, nieve o granizo. El viento es un vector de polinización que permite la dispersión del polen y de semillas de muchas plantas. El Suelo El suelo es la capa superficial de la corteza terrestre conformada por minerales, materia orgánica (fresca y en descomposición), agua y aire.

Las Poblaciones

El estudio de las poblaciones son una parte muy importante del campo de estudio de Ecología. Se

abordarán las características de una población y cómo determinar los indicadores de una

población. El conocimiento de las características de una población es importante para la

preservación de esta. En cuestiones de poblaciones humanas, ayudan a tomar decisiones con

respecto al manejo de recursos.

Veamos en el siguiente vídeo, un resumen de lo que se espera ver en el desarrollo de este

interesante tema:

Vídeo: Ecología- Poblaciones comunidades y ecosistemas

Continuación...

“La dinámica de poblaciones se ocupa del estudio de los cambios que sufren las poblaciones biológicas en cuanto a tamaño, dimensiones físicas de sus miembros, estructura de edad, el sexo y otros parámetros que las definen, así como los factores ambientales que causan esos cambios y los mecanismos por los que se producen” (Pillado, 2018). El vídeo a continuación explica de forma ilustrativa, el concepto de la dinámica de poblaciones: Vídeo: Dinámica de Poblaciones

Como actividad puede pedir a sus estudiantes que observen en su comunidad y dibujen

una población que identifiquen. Puede ser una de hormigas, abejas, los peces del río

cercano, entre otras. Pídales que compartan sus hallazgos y expliquen por qué creen que

es una comunidad. Exponga los dibujos en una pared del salón de clase.

Características de la población

Las características de las poblaciones se dividen en dos: las estructurales y las dinámicas.

Las estructurales tienen que ver con aspectos de distribución y proporciones y las dinámicas tienen

que ver con los cambios en el tiempo y el espacio, como la natalidad, las migraciones y la mortalidad.

Estudiémoslas a continuación:

Dinámicas

El crecimiento poblaciones:

El crecimiento de las poblaciones es el resultado neto de la natalidad, mortalidad y la migración.

En la naturaleza, las poblaciones se desarrollan a menudo de forma exponencial durante períodos

breves cuando hay abundantes alimentos y no hay efectos de amontonamiento de poblaciones,

enemigos, depredadores. Si estos factores se presentan, la población llega al límite, llamado la

capacidad de carga, y deja de crecer mientras llega a un equilibrio.

Curva de crecimiento:

Las poblaciones muestran patrones característicos de incremento llamados formas de crecimiento

de la población.

Se le sugiere dibujar o imprimir la curva de crecimiento poblacional de la tierra. Sus estudiantes pueden discutir las predicciones con base en este patrón matemático. Pueden discutir también cómo la plaga Bubónica, diezmó a la población y como la pandemia afectó a la población mundial.

Índice de crecimiento

El índice de crecimiento o la tasa de crecimiento natural es un coeficiente que nos indica cómo está

aumentando o disminuyendo la población en un período de tiempo determinado, sin incluir la

influencia de inmigración ni emigración.

Para calcular, la tasa de crecimiento se usa esta ecuación:

a.Tasa de natalidad La tasa de natalidad es también llamada índice de natalidad. Es el total de individuos que se agregan a la población mediante la reproducción, por cada mil habitantes. Tasa de natalidad = número de nacimientos por unidad de tiempo/población promedio b. Tasa de mortalidad La tasa de mortalidad, también llamada índice de mortalidad. Es el total de individuos que se eliminan debido a la muerte, por cada mil habitantes.

Tasa de mortalidad = Número de muertes por unidad de tiempo/población promedio

Continuación...

c. Migración La migración es el flujo de individuos en una población puede ser inmigración (hacia adentro de la población) o emigración (hacia afuera).

La inmigración es el movimiento de los individuos en un sólo sentido hacia una región de una población establecida. La fórmula es:

La emigración es el movimiento en un solo sentido fuera de una población determinada. La fórmula es:

Factores abióticos/Estructurales Abundancia

Es el número de individuos de la misma especie que coincide en espacio y tiempo. Por ejemplo, es el número de personas, perros o gatos que viven en tu casa, tu colonia o tu municipio en este momento. Densidad El número de individuos en un área o volumen determinado, como habitantes por kilómetro cuadrado (habitantes/km2). En toda población hay dos propiedades que se relacionan entre sí: la densidad y el patrón de distribución espacial. La densidad se calcula a partir de la siguiente ecuación:

Proporciones de edades y sexos Número o proporción de individuos masculinos y/o femeninos en la población. La proporción de edades y sexos es útil en la construcción de pirámides demográficas. Conocer la estructura de una población, sus características internas tales como distribución de edades y sexo, es esencial para predecir escenarios demográficos y sus posibles implicaciones en dimensiones socioeconómicas de un país.

Continuación...

Las pirámides demográficas son representaciones de la estructura de edad y sexo de la población de un país. En una representación típica, las cifras poblacionales son agrupadas verticalmente en intervalos de 5 años, diferenciando por sexo con el propósito de capturar diferencias en factores como mortalidad, migración, actividad económica entre las poblaciones femeninas (F) y masculinas (M).

Estructura poblacional de Guatemala. Estimaciones para los años 2005 y 2014 Una pirámide con base ancha representa una población que crece rápidamente. Si además, el ancho de las barras disminuye rápidamente con el aumento de la cohorte o grupo etario, la población tiene también alta tasa de mortalidad. Este es precisamente el escenario promedio de la población de Guatemala, aunque, con el tiempo, la estructura poblacional del país ha experimentado una reducción en la proporción de menores de 10 años, con un leve aumento en la población de jóvenes y adultos, tal como puede observarse comparando las estimaciones para los años 2005 y 2014 (figura 1). Con esta tendencia se estima que la próxima cohorte entre 0 y 5 años será, en cantidad, menor que la generación antecesora.¨ (Incyt, 2016)

Distribución

Distribución Se refiere a la localización espacial, misma que corresponde a diversos factores ambientales, como oferta de alimento, relaciones de competencia, etcétera.

Según Pillado (2008), los diferentes tipos de distribución se definen en el organizador a

continuación:

Comunidad

Definición

Se dice que una comunidad es el conjunto de seres vivos que habitan en el mismo lugar y comparten los mismos recursos. Por ejemplo, en el océano hay una comunidad formada por las algas, los peces, los tiburones y las especies que interaccionan en esa misma área.

Niveles tróficos

Dentro de una comunidad siempre habrá necesidad de obtener nutrientes. Los organismos se alimentan de diferente forma, de acuerdo con sus necesidades de energía. Los niveles tróficos son cada uno de los conjuntos de organismos de un ecosistema que obtienen la materia y la energía de la misma forma, por lo que ocupan un lugar equivalente en la cadena alimenticia. La energía que necesitan los seres vivos para realizar las funciones vitales (nutrición, relación y reproducción) proviene del Sol. Las plantas se encargan, mediante la fotosíntesis, de transformar la materia inorgánica en orgánica. Esta materia y energía pasará al resto de organismos del ecosistema, como los animales herbívoros y carnívoros. Por último, los organismos descomponedores serán los encargados de descomponer esta materia orgánica en inorgánica, cerrando el ciclo para que se pueda volver a iniciar. Por tanto, podemos distinguir tres niveles tróficos:

Organismos productores (autótrofos).

Organismos consumidores (herbívoros, carnívoros, carroñeros).

Organismos descomponedores y transformadores (descomponen la materia orgánica en inorgánica).

Productores, consumidores y depredadores

Los organismos productores son autótrofos (plantas, algas y algunas bacterias). Son capaces de fabricar su propia materia orgánica a partir de materia inorgánica (agua, sales minerales y dióxido de carbono) y la energía del sol, por eso se les llama productores. Los organismos productores constituyen el nivel trófico más bajo, siendo la base sobre la que se sustentan los niveles superiores. Son los únicos que, mediante la fotosíntesis, son capaces de captar la energía solar y transformarla en energía química. Consumidores Los organismos consumidores son heterótrofos. Fabrican su materia orgánica a partir de la materia orgánica que procede de otros seres vivos, por eso se les llama consumidores. También son productores (fabrican su propia materia orgánica), pero no son productores primarios. A su vez, los consumidores también pueden ser la fuente de materia orgánica de otros consumidores que se alimentan de ellos. Según esto, se distinguen varios tipos de organismos consumidores: Consumidores primarios Se alimentan directamente de los productores primarios. En general, este nivel en los ecosistemas terrestres incluye a los herbívoros, que comen plantas o algas, y en los ecosistemas marinos, al zooplancton, que se alimenta del fitoplancton. En este nivel también se incluyen también los parásitos, mutualistas y comensales que se alimentan de las plantas. Este nivel es el segundo en la cadena trófica, recibiendo la materia y energía del primer nivel (productores primarios) y proporcionándoselas al tercer nivel (consumidores secundarios). Consumidores secundarios Se alimentan de los consumidores primarios(herbívoros), por lo que se les llama carnívoros. Constituyen el tercer nivel trófico. Consumidores terciarios Se alimentan de los consumidores secundarios. Son grandes depredadores que se alimentan de consumidores primarios (herbívoros) y secundarios (carnívoros). También se les llama supercarnívoros o superdepredadores. Consumidores cuaternarios En algunos ecosistemas, existen consumidores cuaternarios que se alimentan de los consumidores terciarios. La energía que pasa de un nivel a otro se ha estimado que es únicamente del 10 %, por lo que el número de niveles tróficos no suele ser superior a cinco. A este hecho se le conoce como regla del 10 %.

Promueva la discusión en el salón de clases. Pregunte qué ejemplos conocen los alumnos de cada uno de estos productores y consumidores. Pueden hacer dibujos de ellos en su cuaderno, en el pizarrón o carteles. Cuando ya los hayan discutido todos pregúnteles Cundo mueren estos organismos, ¿Cómo regresa toda la materia de la que están hechos estos animales al suelo para ser utilizado por otros? Con esto podrá introducir a los descomponedores y cerrar el ciclo.

Cadenas y redes alimenticias

Relaciones tróficas Las relaciones tróficas o alimentarias son las relaciones de dependencia alimentaria que se establecen entre los distintos niveles tróficos de un ecosistema. Los organismos de un nivel trófico obtienen la materia y energía de los organismos del nivel trófico inferior. Se distinguen dos tipos de relaciones tróficas: Cadenas tróficas y las Redes tróficas.

Pirámides tróficas o ecológicas Las pirámides tróficas o ecológicas son una representación gráfica de las relaciones tróficas en de un ecosistema, en la que se muestra cómo varían los distintos niveles tróficos según la energía, la biomasa o el número de individuos. En estas pirámides, cada nivel trófico está representado por una barra horizontal de la misma altura, pero de anchura proporcional a la

característica que se quiere representar. En la base de la pirámide están los productores, encargados de sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica y la energía del Sol. Sobre éstos, se sitúan los consumidores primarios, que se alimentan de los productores, los consumidores secundarios, que se alimentan de los consumidores primarios, y por último, los consumidores terciarios.

Coloque una torre de botes (o material similar), pídale a los alumnos que quiten botes de diferentes niveles de la torre. Discuta con ellos cómo se afecta el equilibrio del sistema cuando falta un elemento.