EcosistemasSemana 14, Capítulo 47

47.1 Naturaleza de los ecosistemas Un ecosistema es un

conjunto de organismos y un ambiente físico que interactúan a través del flujo de energía y el reciclaje de nutrientes.

Miembros principales de los ecosistemas:• productores (autótrofos)• consumidores

(heterótrofos)• detritívoros• descomponedores

Productores y consumidores

Los productores o autótrofos producen su alimento a partir de energía solar, agua y CO2. Plantas y algas.

Los consumidores o heterótrofos obtienen su alimento comiendo otros organismos. Herbívoros, carnívoros, omnívoros y parásitos.

Detritívoros y descomponedores Los detritívoros son

animales que consumen partículas orgánicas pequeñas (detrito) de origen vegetal o animal.

Los descomponedores son bacterias y hongos que se alimentan de desperdicios orgánicos y los degradan a compuestos inorgánicos.

Energía y nutrientes La energía fluye a través del

ecosistema. Los productores capturan energía solar y la almacenan como energía química en los enlaces de glucosa y otros compuestos orgánicos. El metabolismo rompe los enlaces y parte de la energía se pierde como calor.

Los nutrientes se reciclan. Los productores los toman del ambiente y los descomponedores los devuelven al ambiente.

Estructura trófica de los ecosistemas

Niveles tróficos- son jerarquías de relaciones alimenticias (tróficas). Se transfiere energía de un nivel a otro cuando un organismo se come a otro. Cada nivel trófico se aleja más de la fuente original de energía.

Cadena alimenticia (trófica)- secuencia durante la cual se transfiere energía de los productores a niveles tróficos más altos. Los omnívoros se alimentan en varios niveles.

Red alimenticia (trófica)- conjunto de las cadenas alimenticias presentes en un ecosistema.

Una cadena alimenticia o tróficaLas cadenas alimenticias presentan relaciones tróficas lineales y simplificadas entre miembros del ecosistema.

Los autótrofos son los productores y constituyen el primer nivel trófico.

Los herbívoros son los consumidores primarios y constituyen el segundo nivel trófico.

Los carnívoros son los consumidores secundarios, terciarios, etc. y constituyen el tercer, cuarto, etc. nivel trófico.

Una red alimenticia o trófica

Las redes alimenticias presentan relaciones tróficas interconectadas y complejas entre los miembros del ecosistema.

Una red alimenticia o trófica

Las redes alimenticias presentan relaciones tróficas interconectadas y complejas entre los miembros del ecosistema.

47.2 La naturaleza de las redes alimenticias (tróficas)

Redes alimenticias- en los ecosistemas se conectan múltiples cadenas alimenticias que se clasifican en dos grupos principales: de herbívoros y de detritívoros.

Cadena trófica de herbívoros- la energía almacenada en los productores fluye a los herbívoros, que tienden a ser animales grandes.

Cadena trófica de detritívoros- la energía almacenada en los productores fluye a los detritívoros y los descomponedores, que tienden a ser pequeños (eg., lombrices de tierra, insectos del suelo, gongolones).

¿Cuántos niveles hay en las cadenas y en las redes alimenticias?

La pérdida acumulativa de las transferencias de energía entre los niveles tróficos sucesivos limita la longitud de las cadenas alimenticias a cuatro o cinco niveles tróficos.

Las cadenas alimenticias tienden a ser más cortas en los ecosistemas temporales o inestables y más largas en los ecosistemas maduros o estables.

Las cadenas alimenticias que tienen muchos carnívoros tienen menos conexiones, las que tienen muchos herbóvoros tienen más conexiones.

Modelo de una red alimenticiaEste modelo ilustra la complejidad de las redes alimenticias. Rojo- productores, crema- consumidores primarios, amarillo- consumidores secundarios.

Modelo de una red alimenticiaEste modelo ilustra la complejidad de las redes alimenticias. Rojo- productores, crema- consumidores primarios, amarillo- consumidores secundarios.

47.3 Flujo de energía en un ecosistema

Los autótrofos o productores primarios capturan energía y toman nutrientes que pasan a otros niveles tróficos.

Productividad primaria es una medida de la tasa (rate) a la cual los productores capturan y almacenan energía.

Productividad primaria bruta (PPB)- total de energía capturada por los productores.

Productividad primaria neta (PPN)- total de energía que se traduce en biomasa o crecimiento. Equivale a la PPB menos la energía usada durante el metabolismo. Esta es la energía disponible para los consumidores primarios.

Productividad primariaProductividad primaria en el Atlántico Norte durante el invierno. Rojo- más fotosíntesis y por lo tanto más productividad.

Productividad primariaProductividad primaria del Atlántico Norte durante la primavera. Rojo- más fotosíntesis y por lo tanto más productividad. El gran aumento en productividad se debe mayormente al aumento en radiación solar durante esta parte del año.

Pirámides ecológicas

Las pirámides de biomasa presentan el peso seco de los organismos en cada nivel trófico. El nivel más ancho es casi siempre el de los productores.

Las pirámides de energía presentan la energía que entra a cada nivel trófico. El nivel más ancho siempre es el de los productores.

Una pirámide de biomasa

Esta pirámide de biomasa corresponde a un ecosistema acuático en Silver Springs, Florida.

Una pirámide de energía

Esta pirámide de energía corresponde al mismo ecosistema acuático en Silver Springs, Florida. Los números corresponden a kilocalorías por metro cuadrado por año.

Flujo de energía

Este diagrama presenta el flujo de energía en el mismo ecosistema de Silver Springs, Florida. Observa que la misma cantidad de energía que entra, al final sale del ecosistema.

Eficiencia ecológica

Entre el 5 y el 30 por ciento de la energía presente en la biomasa (los cuerpos) de los organismos de un nivel trófico pasan a formar parte de la biomasa (los cuerpos) de los organismos del siguiente nivel trófico. Parte del resto de la energía se pierde como calor metabólico y parte sale en el excremento como alimento parcialmente digerido.

El alimento no digerido presente en el excremento es usado por los detritívoros y los consumidores.

47.4 Bioacumulación La bioacumulación sucede cuando sustancias tóxicas

se concentran en el tejido de los organismos según se sube en la cadena alimenticia.

Uno de los casos más estudiados fue el del insecticica DDT, usado extensamente a mediados del siglo pasado. El DDT se acumuló en el tejido graso de los animales y llegó a concentraciones tan altas que interfirieron con el depósito de calcio en los cascarones de las aves que ocupaban los niveles más altos de las redes alimenticias.

Estas aves ponían huevos con cascarones tan finos que se rompían al empollarlos. La prohibición del uso de DDT ha permitido que las poblaciones de estas aves se recuperen.

Bioacumulación del DDT

Tres aves afectadas por la bioacumulación del DDT

pelícano blanco

falcón peregrino

aguila calva

Ciguatera

El dinoflagelado Gambierdiscus toxicus

La ciguatera es causada por la bioacumulación de una toxina producida por un dinoflagelado del fitoplacton marino.

En ciertas ocasiones del año es peligroso consumir peces que ocupan los niveles más altos de la cadena alimenticia.

Nunca debe comerse carne de barracuda (picúa).

La amenaza del mercurio El mercurio generado por

procesos industriales puede bioacumularse en ecosistemas acuáticos hasta llegar a personas que se alimentan de peces.

El mercurio es dañino para el sistema nervioso y es especialmente peligroso para niños, mujeres embarazadas y madres que lactan a sus bebés.

El caso más dramático sucedió en Japón a mediados del siglo pasado y se conoció como la Enfermedad de Minamata.

47.5 Ciclos biogeoquímicos Los ciclos biogeoquímicos describen cómo los

compuestos químicos llegan desde sus reservorios a los ecosistemas, se mueven a través de los componentes de los ecosistemas y regresan a los reservorios.

47.6 El ciclo del agua El ciclo del agua es global. El agua pasa lentamente

del océano (reservorio principal) a la atmósfera, a la tierra y de regreso al mar. Números en km3/año.

Magnitud de las reservas de agua

Deforestación, nutrientes y escorentía

La deforestación expone el suelo a las corrientes de agua. El agua se lleva los nutrientes y los deposita en ríos y lagos, causando sedimentación.

En esta gráfica, azul claro representa la cantidad de calcio en el agua que sale del bosque, mientras que azul oscuro representa la cantidad de calcio en el agua que sale del predio deforestado.

La crisis mundial del agua Hay muchísima agua salada pero proporcinalmente

poca agua dulce. Dos terceras partes del agua dulce se usa en la agricultura.

La producción de agua dulce mediante la desalinización de agua de mar es un proceso muy caro porque consume una gran cantidad de energía.

En muchos lugares, las reservas subterráneas de agua (acuíferos) se usan más rápido de lo que pueden recuperarse. Además, se han contaminado con desechos industriales.

Algunos de nuestros acuíferos se han contaminado con agua de mar debido a la extracción excesiva de agua dulce en áreas cercanas a la costa.

Uso del agua en la agricultura

La producción agrícola en lugares de los EUA que reciben poca lluvia depende de la extracción masiva de agua de los acuíferos. Los círculos verdes son las áreas irrigadas

Extracción de agua y contaminación en acuíferos en los EUA

Efecto de actividades humanas sobre los acuíferos

47.7 El ciclo de carbono

El carbono se mueve a través de todas las redes alimenticias, entrando y saliendo de los reservorios.• Corteza terrestre: 66 a 100 millones de gigatoneladas• Océanos: 38,000 to 40,000 gigatoneladas• Combustibles fósiles: 4,000 gigatoneladas• Detrito en el suelo: 1,600 gigatoneladas• Atmósfera: 766 gigatoneladas (mayormente CO2)• Biomasa: 540 to 610 gigatoneladas

El ciclo de carbono

Impacto humano sobre el ciclo de carbono

Todos los años el ser humano extrae de las reservas ambientales entre 4 y 5 gigatoneladas de combustibles fósiles.

Anualmente añadimos a las atmósfera 6 gigatoneladas de carbono más de las que la atmósfera puede reciclar con las reservas marinas.

Muchos científicos opinan que el exceso de CO2 que entra a la atmósfera está contribuyendo a cambiar el clima del planeta.

47.8 Gases de invernadero y calentamiento global

La energía solar es absorbida por la superficie de la tierra y una porción se radía como calor. Los gases atmosféricos rebotan parte del calor de regreso a la tierra y la temperatura aumenta.

Los gases de invernadero más importantes son: dióxido de carbono, vapor de agua, óxido nitroso y metano.

El efecto de invernadero El efecto de invernadero es importante para la vida

porque sin el mismo temperatura bajaría por la noche a niveles letales. El efecto excesivo, sin embargo, aumenta la temperatura del planeta.

Gases de invernadero y la temperatura del planeta

Observa la relación entre el aumento de los dos gases de invernadero y el aumento en temperatura.

Calentamiento global La temperatura cerca de la

superficie de la tierra está aumentando a razón de 1.8°C (3.2°F) por siglo.

Se espera que este aumento de temperatura derrita parte del hielo en las capas polares y aumente el nivel del mar.

También se espera que cambien los patrones de lluvias y sequía, y que aumente la intensidad de los huracanes.

47.10 El ciclo del fósforo

El ciclo del fósforo es un ciclo sedimentario que mueve fósforo desde su reservorio primario (la corteza terrestre), a través de los suelos, el sedimento, los cuerpos de agua y los organismos.

El fósforo está presente en las rocas, principalmente como fosfato (PO4). Se mueve a través de los ecosistemas disuelto en agua.

Fósforo es un factor limitante en el crecimiento de las plantas. Hasta las primeras décadas del siglo pasado, una de las principales fuentes de fósforo para uso como fertilizante fue el guano (excremento de aves marinas y de murciélagos). Durante varias décadas se extrajo guano de las cuevas de Isla de Mona.

El ciclo del fósforo

Eutroficación: demasiados nutrientes

El enriquecimiento de un ecosistema acuático que contiene pocos nutrientes puede causar un crecimiento exagerado de algas y otros productores. Los nutrientes pueden llegar en escorrentía de campos agrícolas o mediante la descarga de aguas negras.

Las algas que se reprodujeron exageradamente mueren cuando se acaba el nutriente. Las bacterias aeróbicas sufren entonces una explosión poblacional que reduce la concentración de oxígeno hasta el punto de causar una mortandad de peces.

Eutroficación

Crecimiento excesivo de algas

Peces asfixiados

Biodiversidad- Todus mexicanus

El San Pedrito es endémico de Puerto Rico. Vive en bosques a través de la isla y anida en túneles que excava en la tierra. Su canto se parece al de un grillo.