Biodiversidad en los ecosistemas acuáticos y terrestres

En el 2008, Michael Grundler caminaba al lado de un río en Papúa Nueva Guinea cuando escuchó una serie de clicks. Al

mirar abajo encontró una rana muy pequeña, esta resultó ser una de las dos especies nuevas para la zona: Paedophryne

swiftorum y Paedophryne amauensis. Este género incluye ranas de tan sólo 8 mm

de largo (¡los vertebrados más pequeños de la Tierra!), y únicamente se

encuentra distribuido en la península de Papúa. ¿Qué factores ambientales

limitan la distribución de esta rana a esta zona específica? ¿Será acaso alguna

fuente de comida, ausencia de depredadores y patógenos, el clima?

Este tipo de preguntas son justamente el objeto de estudio de la Ecología. En este

tema veremos qué es la Ecología, sus niveles de estudio y cuáles son sus

características. ¡Empecemos!

Paedophryne swiftorum

Ecología (oikos = casa, logos= estudio)

La Ecología es el estudio científico de las interacciones entre organismos y su ambiente, lo que determina la distribución

y abundancia de los organismos. Trata de responder a las preguntas:

• ¿Dónde viven los organismos?

• ¿Por qué viven ahí?

• ¿Cuántos hay?

• ¿Cómo afecta eso otros fenómenos?

*Ojo: no hay que confundir la palabra Ecología con ecologismo (movimiento político y social que defiende la protección

del medio ambiente).

Las interacciones estudiadas por la Ecología se pueden organizar en rangos o niveles jerárquicos: desde un individuo,

población, comunidad, ecosistema, paisaje y finalmente, el planeta. Revisa la imagen de la siguiente página (de abajo

hacia arriba) para recordar estos niveles.

Niveles de estudio en Ecología.

Comunidades

Una comunidad ecológica está conformada de todas las poblaciones de distintas especies en interacción dentro de un

ecosistema, es decir, abarca la porción biótica del ecosistema. Los miembros de la comunidad presentan interacciones

que pueden limitar el tamaño de sus poblaciones e inclusive su distribución. Ahora veremos algunas de estas

interacciones.

Intraespecífica: los individuos de una misma especie se encuentran en constante competencia. O bien, pueden

presentar asociaciones que resulten benéficas para la población en general.

• Competencia: por recursos, espacio, pareja, dominancia social, etc.

• Asociación: los individuos se unen para obtener un beneficio (mayor facilidad de caza, defensa ante

depredadores, facilidad para reproducción, migración, etc.).

Algunos tipos de asociaciones intraespecíficas

Relaciones interespecíficas: entre individuos de distintas especies.

Ningún par de especies puede ocupar el mismo nicho ecológico simultánea y continuamente. A esto se le llama el

principio de exclusión competitiva. Entre más similar se el nicho, mayor será la competencia.

Algunos ejemplos de relaciones interespecíficas son:

Colonial

Está compuesta por muchos individuos

unidos físicamente entre sí. Ej.

Coral.

Familiar

Por grado de parentesco. Ej.

Gorilas.

Gregaria

Se agrupan con un fin

determinado: migración,

búsqueda de alimento, etc.

Ej. Gacelas

Estatal

Existen jerarquías con

división del trabajo.

Construyen nidos. Ej. Abejas.

*Algunos autores consideran la herbivoría como un tipo de depredación.

Un tipo especial de relación es la simbiosis. Los tipos de simbiosis son:

*A veces es difícil establecer el tipo de asociación que estamos viendo. Por ejemplo, en el comensalismo es difícil decir hasta que

punto una de las especies no sufre ningún efecto.

Herbivoría (+/-)

Animales que consumen

organismos autótrofos.

Ej. Manatí *

Competencia (-/-)

Individuos de distintas especies compiten por el mismo recurso.

Ej. Aves y delfines compiten por

peces

Facilitación (+/+ ó+/0)

Una especie facilita el establecimiento

de otras.

Depredación

(+/-)

Un individuo caza a otro para subsistir.

Ej. Una araña se alimenta de

insectos

Parasitismo (+/-)

Garrapata se alimenta de fluidos de un

mamífero.

Comensalismo (+/0)

Nodricismo: una planta grande proporciona un microhábitat para que los cactus pequeños

puedan establecerse*

Mutualismo (+/+)

Las hormigas se resguardan entre las

espinas de la acacia, y a la vez la protegen de

los herbívoros.

Otro ejemplo son los líquenes y las microrrizas.

En ocasiones, estas relaciones (principalmente la depredación) llevan a adaptaciones de defensa increíbles, como las

coloraciones aposemáticas (colores intensos) para indicar la presencia de veneno, coloraciones crípticas (camuflaje), y

el mimetismo (una especie no venenosa imita a una venenosa).

Ejemplos de adaptaciones de defensa

Ecosistemas

Un ecosistema es una comunidad de organismos en un área, incluyendo los factores físicos o abióticos con los que

interaccionan. Un ecosistema puede ser una isla, un lago, un bosque o un espacio mucho más pequeño, como un tronco

caído o un oasis en el desierto. A este nivel, surgen propiedades que no podemos estudiar en poblaciones o

comunidades.

Factores bióticos y abióticos

Los componentes del ambiente se pueden dividir en dos partes:

• Bióticos (vivientes): todos los organismos (biota).

• Abiótico (no viviente): factores químicos y físicos del ecosistema. Entre los más importantes están el agua (humedad), temperatura, luz, pH, suelo (nutrientes, porosidad) y oxígeno.

Estos factores van a ser importantes limitantes para los organismos, y su importancia va a variar dependiendo el

ecosistema. En el ambiente terrestre, tendrá mayor impacto la disponibilidad de agua, la temperatura y el suelo.

Mientras que en el medio marino será más importante la disponibilidad de luz, temperatura y características del agua

como pH, salinidad, oxígeno, y nutrientes disueltos.

Niveles tróficos

Las especies se agrupan en niveles tróficos según su fuente principal de nutrientes y energía.

• Productores primarios:

Este es el nivel que soporta los demás niveles. Se trata de organismos autótrofos.

Fotoautótrofos: en los ecosistemas terrestres, los productores más comunes son las plantas, mientras que en los

marinos son las cianobacterias y protistas como algas y algunos protozoarios, aunque también hay plantas acuáticas.

Quimioautótrofos: Los procariontes quimiosintéticos son los productores en algunos ecosistemas marinos como las

chimeneas hidrotermales. Las chimeneas hidrotermales son regiones marinas donde se separan las placas tectónicas, al

agua alcanza temperaturas muy altas (hasta 106°C), expulsa compuestos inorgánicos, y por supuesto, no llega la luz de

sol. Aquí, las bacterias y arqueas quimioautótrofas obtienen energía del ácido sulfhídrico. Muchos animales de las

chimeneas consumen estos microorganismos, y otros establecen simbiosis con ellos.

• Consumidores: heterótrofos, dependen de los productores como fuente de energía.

• Primarios: se alimentan de los productores (herbívoros).

• Secundarios: se alimentan de consumidores primarios (carnívoros).

• Terciarios: se alimentan de otros carnívoros.

• Descomponedores (o detritívoros): convierten la materia orgánica no-viva en compuestos inorgánicos.

Los grupos más importantes de descomponedores son los hongos y las bacterias, así como lombrices, ácaros,

protozoarios, nemátodos, algunos insectos y caracoles. Éstos secretan enzimas que digieren la materia, después

absorben los productos de esta digestión (son heterótrofos por absorción). Así, reducen los cadáveres y

desechos de los organismos más grandes a moléculas simples (CO2, minerales) que regresan al medio y que

aprovechan los productores. Además de ser comidos por consumidores.

Bacterias y hongos descomponedores

Cadena trófica

Para describir las relaciones de alimentación lineal entre organismos, las representamos en forma de cadenas tróficas.

En éstas se identifica a un organismo representativo de cada nivel trófico que es comido por un representante del

siguiente nivel.

Cadena trófica terrestre

Cadena trófica marina

Una representación más cercana a la realidad son las redes tróficas: muestra muchas cadenas tróficas

interconectadas. Es importante recordar que un mismo organismo puede actuar en niveles tróficos distintos. Por

ejemplo: ¿En qué niveles tróficos actuaría una planta carnívora?

Red trófica de un pastizal

Flujo de energía y ciclos químicos

Como ya vimos, la energía entra al ecosistema (mayormente) a través de la luz solar. Esta es convertida en energía

química por organismos fotoautótrofos. Se pasa a los heterótrofos como compuestos orgánicos en la comida y,

finalmente, se disipa como calor. Los elementos químicos (como C y N) se reciclan en el ecosistema a través de sus

componentes bióticos y abióticos.

Ambos, energía y materia, son transformados en los ecosistemas, pero, a diferencia de la materia, la energía no puede

ser reciclada. El ecosistema debe tener una entrada constante de ésta y al final se pierde como calor. Es por esto que se

dice que La energía fluye a través de los ecosistemas, mientras que la materia se recicla en ellos.

Algunos conceptos relacionados al flujo de energía son:

Producción/productividad primaria neta: es cantidad de energía luminosa convertida a energía química (en forma de

compuestos orgánicos) por los autótrofos durante un periodo de tiempo. Esto también se puede ver como la cantidad

de biomasa producida en cierto periodo de tiempo, es decir, cuanto crecen las plantitas. En la siguiente figura puedes

comparar la PPN de distintos ecosistemas. Las selvas húmedas están entre los ecosistemas terrestres más productivos

a nivel global. Los estuarios y arrecifes también son muy productivos, pero su contribución a nivel global es menor ya

que cubren menos área. Por supuesto, esta producción marca el límite de la energía que podrá circular en cada

ecosistema.

En los ecosistemas acuáticos, la luz solar y los nutrientes - fósforo y nitrógeno- son los principales factores limitantes de

la PPN. Mientras que en los terrestres es la humedad y la temperatura (compara, por ejemplo, la productividad de la

selva lluviosa o pluviselva con la del desierto).

Producción primaria neta de distintos ecosistemas terrestres y acuáticos, medida en gramos de material biológico producido por

m2 al año.

Producción secundaria: cantidad de energía química que un consumidor (herbívoro) convierte a su propia biomasa

durante un periodo de tiempo. La energía en esta biomasa es la que pasará al siguiente nivel trófico (33 de 200 J o un

sexto en el caso de la oruga), la demás se pierde principalmente como calor.

Eficiencia trófica (transferencia de energía)

¿Por qué solamente existen consumidores terciarios o cuaternarios a lo mucho? ¿Por qué no existen más niveles

tróficos? La respuesta esta pregunta tiene que ver con la imagen anterior, si observas con cuidado, verás que una gran

parte de la energía se pierde en cada nivel, y sólo una pequeña parte pasa al siguiente.

La eficiencia trófica es justamente el porcentaje de producción transferido de un nivel trófico al siguiente. Esta

transferencia es ineficiente: sólo un 10% (5-20%) de la energía pasa al siguiente nivel.

La siguiente imagen representa una pirámide de energía, es decir, una representación gráfica de los niveles tróficos y la

transferencia de energía entre ellos. El ancho de cada barra es proporcional a la energía almacenada en cada nivel.

Pirámide de energía para un ecosistema terrestre (pastizal).

Como puedes imaginar al ver la figura anterior, el

saltamontes debe consumir una gran cantidad de pasto

para obtener energía suficiente para sobrevivir, lo mismo

con el pájaro y con el águila, ya que la energía que

obtienen del nivel anterior es muy poca. Por esta razón,

ocurre un fenómeno muy peligroso llamado

amplificación biológica. Este consiste en que ciertas

sustancias tóxicas persistentes (como mercurio) se

concentran cada vez más en los cuerpos de los animales

de niveles tróficos altos, ocasionando graves problemas

de salud en estos animales (imagina que cada grillo

almacena una pequeña cantidad de mercurio en su

cuerpo, después cada pájaro come 1000 grillos, y luego

cada águila come 100 pájaros… ¡al final el mercurio en

cuerpo del águila será muchísimo!).

Actualmente existe una gran preocupación relacionada a

este fenómeno: en muchos peces grandes se han

registrado niveles altos de metales pesados, lo cual

puede afectar la salud de las personas que los consuman.

Estos ejemplos nos dejan ver la importancia de entender las relaciones entre organismos y de éstos con su ambiente.

TAREA DE INVESTIGACIÓN

Desde la década de los 40´s se puso de moda el uso de un producto llamado DDT como insecticida. Curiosamente,

algunas poblaciones de aves y otros animales comenzaron a declinar rápidamente en estas zonas. Investiga a que se

debió este fenómeno (esta información deberás incluirla en el cuestionario correspondiente a este tema).

“La osadía de creernos capaces de manipular impunemente la vida y la naturaleza nos ha

llevado a activar una guerra silenciosa, cuyas consecuencias no somos capaces de imaginar

y mucho menos de prever”

Rachel Carson