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CONCEPTOS BÁSICOS DE
ECOLOGÍA
Manuel Fermín Sánchez Sánchez
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El presente documento pretende ser un libreto que destaque
algunos de los conceptos más importantes en ecología.
Especialmente destinado a todos aquellos estudiantes que quieran
tener una rápida, pero global impresión, de lo que se van a
encontrar si deciden dedicarle un estudio más en profundidad a esta
fascinante rama de la biología.
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ÍNDICE
1. ECOSISTEMA. Pág. 3
1.1. Factores de los ecosistemas.
1.2. Biomas.
1.3. Flujos en el ecosistema.
2. PARÁMETROS TRÓFICOS. Pág. 7
2.1. Biomasa.
2.2. Producción.
2.3. Productividad.
2.4. Eficiencia ecológica o de una cadena trófica.
3. ECOLOGÍA DE POBLACIONES. Pág. 10
3.1. Población.
3.2. Crecimiento poblacional.
3.3. Capacidad de carga del medio (k)
3.4. Estrategias de crecimiento.
3.5. Factores abióticos.
3.6. Factores bióticos.
4. BIODIVERSIDAD Y EVOLUCIÓN DE LOS ECOSISTEMAS. Pág. 18
4.1. Pérdida de biodiversidad.
4.2. Sucesión ecológica.
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1. ECOSISTEMA.
Sistema natural constituido por un medio inerte (biotopo), la parte viva que
lo habita (biocenosis) y caracterizado por las relaciones establecidas entre
todos sus componentes.
En todo ecosistema hay un flujo de materia cíclico, a destacar los ciclos
biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, fósforo y azufre.
En todo ecosistema hay un flujo de energía lineal y abierto, es decir, sale
del sistema y se desvanece sin retornar al mismo.
1.1. Factores de los ecosistemas
Tanto el biotopo como la biocenosis están caracterizados por una serie de
factores que van a dotar de identidad propia a los ecosistemas.
- Factores característicos del biotopo: Temperatura, pH,
humedad, salinidad, densidad, presión, luminosidad, corrientes, altitud,
latitud, etc.
Algunos factores
del biotopo, abióticos
o ambientales.
Esquema que representa la
naturaleza cíclica de flujo de la materia
y la lineal de la energía.
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- Factores característicos de la biocenosis:
o Relaciones intraespecíficas Competencia, asociaciones
gregarias, familiares, coloniales, sociales.
o Relaciones interespecíficas Competencia, mutualismo,
simbiosis, parasitismo, comensalismo, inquilinismo, depredación,
herbivoría.
- Biodiversidad de especies existentes en el ecosistema.
Los factores del biotopo o ambientales que determinan la distribución de la
biocenosis se conocen como factores limitantes (zona de tolerancia y zona
óptima).
1.2 Biomas.
Podemos definir varios ecosistemas de gran extensión y con unas
características concretas que se encuentran distribuidos en determinadas zonas
de la Tierra. Son los biomas.
- Biomas más importantes: Desierto frío, tundra (musgos y
líquenes), taiga (bosque de coníferas), estepa (praderas), bosque
caducifolio (árboles caducos), bosque esclerófilo (mediterráneo), bosque
ecuatorial (selva), bosque tropical (jungla), sabana (praderas) y desierto
cálido.
Biodiversidad de la sabana africana.
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1.3 Flujos en el ecosistema.
Los flujos de materia y energía en la biocenosis pueden estudiarse mediante
los ciclos biogeoquímicos, los niveles tróficos y las relaciones tróficas.
- Ciclos biogeoquímicos.
- Niveles tróficos. Organismos de un ecosistema que tienen un
determinado tipo de nutrición y alimentación.
o Productores. Organismos autótrofos que transforman la
materia inorgánica en orgánica y son, por tanto, base de todos los
niveles tróficos.
Representación de los
ciclos biogeoquímicos.
DISTRIBUCIÓN DE LOS BIOMAS TERRESTRES
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o Consumidores. Organismos heterótrofos que se alimentan
de otros seres vivos. Pueden ser primarios (herbívoros),
secundarios (depredadores) o terciarios (súperdepredadores).
o Descomponedores. Organismos heterótrofos que
transforman la materia orgánica en inorgánica y son, por tanto,
los que cierran el ciclo de la materia.
- Relaciones tróficas. Básicamente quién se alimenta de quién.
o Cadenas y redes tróficas. Las cadenas muestran relaciones
lineales, mientras que las redes muestran la relación entre
cadenas tróficas.
o Pirámides tróficas. Indican diferentes relaciones entre los
niveles tróficos. Pueden ser de números (número de individuos de
cada nivel trófico), de biomasa (peso en seco de la materia
orgánica de cada nivel trófico) y de producción o energía (biomasa
de cada nivel trófico por unidad de tiempo).
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2. PARÁMETROS TRÓFICOS
Los parámetros tróficos son aquellos que nos permiten evaluar las relaciones
tróficas en cuanto a transferencia de materia y energía para tener un
conocimiento más exacto del funcionamiento del ecosistema.
2.1 Biomasa.
Es la cantidad de materia orgánica seca de un individuo, nivel trófico,
población o ecosistema. La medida se hace con materia seca puesto que es
mucho más estable y válida al no haber variación, por ejemplo, entre medios
acuáticos y medios terrestres.
2.2 Producción.
Se corresponde con la cantidad de biomasa producida por unidad de tiempo.
Se distingue entre:
- Producción neta (PB): Cantidad de biomasa total generada.
- Producción neta (PN): Cantidad de biomasa que queda disponible
para el siguiente nivel trófico. Se calcula restándole a la producción
bruta el gasto por respiración celular.
𝑃 =∆𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎
t
𝑃𝑁 = PB − R
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2.3. Productividad.
Viene dada por el cociente entre la producción neta y la biomasa inicial. Bi
Este cociente resulta especialmente interesante, pues define la eficacia en
la generación de nueva materia (por unidad de tiempo). Por ejemplo, si en un
mes 10g de hormigas se transforman en 11g y en dicho periodo 1000g de
lombrices se transforman en 1001g, ambas tienen la misma producción neta
(1g), pero es evidente que las hormigas han sido más eficientes en la creación
de materia nueva, es decir, su productividad es mayor.
La productividad indica, además la tasa de renovación del ecosistema, ya
que una productividad alta supone mayor creación de materia nueva respecto
de la biomasa inicial. Así, como los valores de productividad pueden estar entre
0 y 1:
- p=0 Indica un sistema muy estable y maduro, donde toda la
energía se utiliza en renovar la materia existente. Esto se deduce
fácilmente, pues para que p=0, la producción neta tiene que ser cero, es
decir, la biomasa final es la misma que la inicial). Un ejemplo de
ecosistema con esta tasa de renovación es un bosque maduro o clímax.
- p=1 Es un sistema muy inestable, pues por cada unidad de
tiempo se duplica toda la biomasa, es decir, en ella la PN=Bi. Un
ejemplo de ecosistema con esta tasa de renovación es un campo de
cultivo.
2.4. Eficiencia ecológica o de una cadena trófica.
Indica cómo de eficaz es la transferencia energética en una cadena trófica.
Se calcula con el cociente entre la producción neta del consumidor y la
producción neta del consumido.
𝑝 =𝑃𝑁
Bi
𝑝(𝑙𝑜𝑚𝑏𝑟𝑖𝑐𝑒𝑠) =1𝑔
1000𝑔= 0,001𝑔/𝑚𝑒𝑠
𝑝(ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔𝑎𝑠) =1𝑔
10𝑔= 0,1𝑔/𝑚𝑒𝑠
¡¡Las hormigas son 100 veces más productivas!!
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A mayor eficiencia, la cadena trófica que puede sostener el ecosistema podrá
ser más larga, siendo lo normal valores entre 0,1 y 0,15.
𝐸𝑓 =𝑃𝑁 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑟
PN consumido
Un bosque como este hayedo tiene una gran inestabilidad, una baja productividad y tasa de
renovación y una buena eficiencia ecológica. Con un campo de cultivo ocurre justo lo contrario.
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3. ECOLOGÍA DE POBLACIONES
Esta parte de la ecología se encarga de estudiar cómo se comportan las
poblaciones en un determinado ecosistema, tanto sus parámetros particulares,
como tasa de crecimiento como sus relaciones con el medio abiótico y con otras
poblaciones, ya sea de la misma especie o de especies diferentes.
Es una rama de la ecología apasionante, ya que un buen conocimiento en
este sentido permite entender mejor y con mayor profundidad cambios y
dinámicas poblacionales; así como establecer modelos de comportamiento para
predecir la evolución de las poblaciones.
Veamos algunos de los conceptos básicos y más útiles manejados en los
estudios de dinámica poblacional.
3.1. Población.
Grupo de organismos de una especie en un área determinada. Las
poblaciones pueden ser de tamaños muy variados, desde unas decenas a cientos
de miles, teniendo en cuenta el tamaño del ecosistema o la especie estudiada.
Así, una población de águila real, cuyos individuos precisan de un enorme
hábitat para su desarrollo, va a estar constituida por muchos menos individuos
que la población de hormigas de un determinado ecosistema.
Cada población tiene unas
características propias que
pueden ser descritas por
una serie de parámetros
estudiados por la dinámica
de poblaciones.
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3.2. Crecimiento poblacional.
Tasa que mide el crecimiento de la población por unidad de tiempo.
Viene determinado por dos conceptos opuestos:
- El potencial biótico (r) de la población, determinado por su
capacidad reproductora y característico de cada población.
- La resistencia ambiental, que son todos aquellos factores que
limitan el potencial biótico, como por ejemplo la densidad de población
o los recursos naturales.
3.3. Capacidad de carga del medio (k).
Se corresponde con el número máximo de individuos de una población que
puede soportar un medio según sus características (recursos y factores
limitantes).
Los factores r y k vistos actúan de modo contrario en el crecimiento de una
población.
Así la curva de crecimiento poblacional puede tener diferentes formas,
siendo dos muy comunes la exponencial y la logística o sigmoidea.
- En la exponencial (J) los individuos crecen de modo explosivo
como si estuvieran en condiciones ideales hasta llegar al límite de carga,
el cual sobrepasan y mueren muchos, volviendo a crecer
exponencialmente hasta que lo vuelven a sobrepasar. Es típico de
bacterias, levaduras y mohos.
𝑇𝑐 =𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Población inicial
El potencial biótico de estas gramíneas muy superior al de las encinas.
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La ecuación de esta curva es la siguiente:
Como podemos observar, este crecimiento no atiende a los factores
limitantes que determinan la capacidad de carga (k).
- La curva sigmoidea (S) viene dada por la siguiente ecuación
diferencial:
Esta ecuación si contempla los factores limitantes (k), de modo que a medida
que aumenta N, el crecimiento tiende a cero, ya que:
𝑑𝑁
𝑑𝑡= r𝑁
(𝑘 − 𝑁)
𝑘
k = Capacidad de carga
r = Potencial biótico
N = Número real de individuos
t = Tiempo
Curva de crecimiento exponencial.
𝑑𝑁
𝑑𝑡= r𝑁
𝑘 = 𝑁 𝑦 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 (𝑘 − 𝑁)
𝑘= 0
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3.4. Estrategias de crecimiento.
Los factores r y k permiten definir dos tipos de estrategias claras.
- Estrategia de la r. Son especies que apuestan por un crecimiento
rápido y explosivo, con ciclos de vida muy cortos y gran potencial biótico.
Su curva de crecimiento en J. Son especies frecuentes en sistema
inestables e inmaduros (poco organizados) y, por tanto, típico de
especies pioneras en la colonización de nuevos hábitats.
- Estrategia de la k. Son especies con un crecimiento lento,
bastante dedicación al cuidado de la prole y gran especialización. Curva
en S. Es típica de especies de sistemas estables y maduros (bien
organizdos).
Los modelos de crecimiento comentados se corresponden con poblaciones
ideales. A continuación, veremos como las mismas están en realidad
influenciadas por diversos factores, tanto abióticos como bióticos, que
Curva de crecimiento exponencial. Esta curva corresponde con un crecimiento equilibrado,
que es el más general.
Las curvas de superviven-
cia generacionales definen
a los dos tipos de estrate-
gias.
Curva I: estrategia de la k.
Curva III: estrategia de la r.
Curva II: corresponde con
especies que siguen estra-
tegias intermedias.
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generarán variaciones en sus curvas de crecimiento o fluctuaciones
poblacionales de diferente ciclo a lo largo del tiempo… ¿Quién dijo que la
naturaleza era simple?
3.5. Factores abióticos.
Las diferentes características del medio limitan el crecimiento, marcando
unos límites que, de ser superados, suponen la muerte de los individuos. Si
dichos factores se corresponden con unos valores óptimos permitirán un
crecimiento también óptimo de la población. Los distintos factores y su
influencia en el crecimiento de la población determinarán lo que se conoce
como su curva de supervivencia.
Hay dos curvas de supervivencia principales entre las cuales se encuentra
todo el abanico de curvas posibles:
- Curva de especies eurioicas o generalistas (r). Se trata de una
curva tipo campana de Gauss ancha y baja. Está mostrando unos amplios
rangos de tolerancia, aunque en ningún momento los individuos alcanzan
un gran éxito, son capaces de sobrevivir en ambientes diversos.
- Curva de especies estenoicas o especialistas (k). Es también una
curva tipo campana de Gauss, pero bastante más estrecha y alta que la
anterior, con unos límites de tolerancia más estrechos que les obligan a
vivir en unos ambientes con unas condiciones muy concretas, pero por
otro lado tienen un gran éxito reproductivo cuando se encuentran dentro
de sus límites de tolerancia. Son especies que no se adaptan bien a los
cambios.
La curva de crecimiento poblacional puede verse fuertemente modificada
por cambios estacionales o el aumento de población, provocando migraciones
estacionales o puntuales (emigración).
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3.6. Factores bióticos.
Las relaciones establecidas entre poblaciones, tanto de la misma especie
como de especies diferentes, también influyen en la dinámica poblacional.
Además. Como cada población establece relaciones con otras muchas, las
curvas de población generadas pueden ser muy complejas.
A. Competencia. Se establece cuando un recurso es común a dos o
más poblaciones. El caso extremo es la exclusión competitiva cuando
una población desplaza a la competidora, lo cual ocurre cuando los
recursos de ambas poblaciones son prácticamente los mismos.
B. Depredación y parasitismo. A pesar de que en teoría los
depredadores o parásitos tenderían a eliminar la especie depredada o
parasitada, este hecho es muy improbable, pues la propia población
sustento (presa o parasitado) ejercen de factor limitante en la del
Exclusión competitiva de Paramecium caudatum en presencia de Paramecium
aurelia (ambas se alimentan de los mismos tipos de bacterias).
Las hembras son uno de los recursos que más competencia produce entre los
individuos de una misma especie.
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depredador o parásito. Esto genera unas gráficas de población
oscilatorias con un ligero desfase entre la curva poblacional de las
especies depredadoras o parásitas respecto de las especies sustento.
Sin embargo, estas gráficas solo muestran una relación tan clara en casos de
asociaciones muy especializadas (como sucede más a menudo con los parásitos),
donde una especie se alimenta solo o en mucha mayor medida de otra.
Generalmente un depredador depreda sobre una variada cantidad de tipos de
presas.
C. Simbiosis (mutualismo en general). Cuando dos organismos de
especies diferentes se asocian para vivir en comunidad, obteniendo un
beneficio mutuo. Así, la curva poblacional de dichas especies varía,
El lobo tiene una dieta mucho más variada de lo que se cree.
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aumentando generalmente la capacidad de carga cuando están juntas
respecto a cuándo están viviendo independientemente. Este mayor éxito
en la relación se debe a que pueden realizar un aprovechamiento más
eficaz de los recursos cuando están en simbiosis.
D. Agregaciones. Cabe decir que en muchas especies existe un
comportamiento que tiende a la agregación en grupos, bien durante toda
su vida (modo de vida) o bien en algunas fases más o menos prolongadas.
El comportamiento gregario supone varias ventajas, como puede ser
el simple hecho de que es más difícil que te coman si hay otros como tú
rondando por el lugar (si estás tú solo la elección es fácil, ¿verdad?).
En ecología se conoce como efecto de grupo al hecho de que las
poblaciones con gregarismo tienen un mayor porcentaje de supervivencia
de juveniles que las solitarias.
Los tipos de agregaciones son: familiares, gregarias, colonales y
sociales o por castas.
Las simbiosis establecidas entre los seres vivos son extremadamente variadas, pero siempre
suponen un beneficio para ambas especies.
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4. BIODIVERSIDAD Y EVOLUCIÓN DE LOS ECOSISTEMAS
Se entiende por biodiversidad como la riqueza o variedad de especies
diferentes de un ecosistema y la abundancia relativa de individuos de cada
especie.
Así, un ecosistema será más diverso cuando tenga un gran número de
especies distintas con un buen número de individuos representándolas.
Especies comunes. Las que están representadas por un gran número
de individuos.
Especies raras o divagantes. Las que presentan pocos individuos (son
poco abundantes o están de paso).
Como podemos apreciar en el mapa de arriba, las plantas vasculares
presentan picos de biodiversidad en la costa oeste de Centro y Sudamérica, así
como en las islas de Indonesia y Papúa-Nueva Guinea.
La biodiversidad es un buen índice de madurez y estabilidad de un
ecosistema (siempre tenido en cuenta dentro de su bioma, pues la biodiversidad
disminuye en general desde el ecuador hacia los polos). De este modo, los
ecosistemas de un mismo bioma serán más maduros a mayor biodiversidad
tengan.
Mapa de distribución de las zonas del mundo atendiendo a su biodiversidad en plantas
vasculares.
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4.1. Pérdida de biodiversidad.
Una pérdida de biodiversidad siempre va a estar relacionada con un impacto
en el ecosistema, entendido este como una alteración de las condiciones
abióticas o bióticas del mismo. Puede tener origen antrópico o ser producido
por catástrofes naturales.
- Sobreexplotación del ecosistema por uso abusivo de sus recursos
con acciones como extracción de madera, sobrepastoreo, minería,
agricultura intensiva, etc.
- Alteración y destrucción de hábitats, generalmente debido a
acciones humanas que no han tenido en cuenta el equilibrio del
ecosistema, como la construcción de ciudades, creación de
infraestructuras, contaminación de diversos tipos (atmosférica, del
medio acuático o del suelo) o puede ser debido a catástrofes naturales
como volcanes, incendios (aunque recordemos que la gran mayoría de
los actuales son provocados por el ser humano por motivos económicos),
movimientos de terreno, avalanchas, etc.
- Introducción y sustitución de especies foráneas, lo cual puede
llegar a modificar enormemente las relaciones bióticas establecidas en
el ecosistema y desencadenar una auténtica debacle del mismo.
La pérdida de biodiversidad siempre supone un paso atrás en la evolución del
ecosistema afectado, es decir en su sucesión ecológica.
Uno de los casos más conocidos de especies invasoras es la de los conejos en Australia.
En 1859, Thomas Austin, un cazador británico introdujo en Australia doce pares de conejos. Pronto,
los conejos sobrepasaron las vallas y, hacia 1887, solamente en la provincia de Nueva Gales del Sur
se habían abatido unos 20 millones de conejos. Cincuenta años más tarde, 600 millones de estos
animales colonizaron el 60% del territorio a una velocidad media de 110 kilómetros por año. A
principios del siglo XX la plaga de conejos en Australia era de tal magnitud que en amplias zonas del
país la vegetación herbácea había sido arrasada y numerosas especies nativas estaban en grave
peligro de extinción por falta de alimento.
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4.2. Sucesión ecológica.
Se entiende por sucesión ecológica al conjunto de cambios sucesivos que
sufre un ecosistema, tendiendo a una mayor complejidad y estabilidad en la
organización (se tiende a la comunidad clímax).
En toda sucesión ecológica se cumplen una serie de principios:
- Con el paso del tiempo aumenta la biodiversidad, pues cada vez
hay menos especies generalistas y más especialistas en algún recurso.
- De este modo también aumenta el número de nichos ecológicos.
Se denomina así a la estrategia de supervivencia utilizada por una
especie, que incluye la forma de alimentarse, de competir con otras, de
cazar, de evitar ser comida. En otras palabras, es la función, “profesión”
u “oficio” que cumple una especie animal o vegetal dentro del
ecosistema.
Encinar, comunidad clímax típica del clima mediterráneo.
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- Aumenta la estabilidad, debido a una mayor eficiencia en el uso
de los resursos y a las múltiples relaciones establecidas, de modo que si
una se rompe otra la sustituye.
- Se incrementa la biomasa y disminuye la productividad (tasa de
renovación).
Cuando se produce la alteración de un ecosistema, este puede volverse
inestable dando, por tanto, uno o varios pasos atrás en la sucesión, lo que se
conoce como regresión ecológica.
Evidentemente, la intensidad de la alteración condicionará la amplitud de la
regresión. Un incendio, por ejemplo, es una alteración tan importante que
siempre retrocede al ecosistema hasta los primeros pasos de la sucesión.
Evolución típica de una sucesión ecológica.
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Se distinguen 2 tipos de sucesiones, dependiendo del punto de partida de
la misma:
- Sucesión primaria. Comienza en un lugar virgen, que no ha sido
previamente colonizado por seres vivos. Las etapas iniciales son
sumamente lentas, pues debe formarse la capa de soporte vital, el suelo.
Se produce, por ejemplo, tras la erupción de un volcán.
- Sucesión secundaria. Se produce tras una regresión ecológica. Es
más rápida que la primera, pues el suelo ya existe.
Una colada de lava, como esta en la isla del Hierro, crea un ambiente totalmente virgen que,
progresivamente podrá ir siendo colonizado en lo que constituye una sucesión primaria.
Un árbol caído en un bosque crea un claro que favorecerá una sucesión secundaria, aunque
esta ocurrirá mucho más rápidamente que la primaria.
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Las primeras especies que aparecen en una sucesión (durante las primeras
etapas de la sucesión) son especies generalistas y casi siempre estrategas de la
r conocidas como especies pioneras o colonizadoras.
Estas especies pioneras serán progresivamente sustituidas por especies cada
vez más especialistas y estrategas de la k, que culminarán con las especies
clímax, las cuales permanecerán de modo estable hasta que ocurra algún
cambio o impacto en el ecosistema.
Los líquenes y los musgos son ejemplos de especies colonizadoras, al ser las primeras en establecerse
en un suelo virgen.
Las gramíneas y el matorral bajo son especies generalistas típicas de las primeras fases de una
sucesión.