ecología de comunidades y ecosistemas

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© B. Runk/S. Schoenberger/Grant Heilman Photography

Ecología de comunidades y de ecosistemas:

Traducido y modificado de Mader, S.

Gustavo Toledo C.

Profesor de Biología,San Fernando College

2013

Puede ser adaptado para 1º y 4º medio y enseñanza universitaria-

pregrado

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Resumen

El concepto de comunidad La estructura de comunidades

Composición y diversidad Hábitat y Nicho ecológico Competencia entre poblaciones Interacciones Predador-presa Relaciones simbióticas Biogeografía Insular

Desarrollo de la comunidad Sucesión ecológica

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Resumen

La naturaleza de los ecosistemas Componentes abióticos Autótrofos Heterótrofos

Flujo Energético Pirámides ecológicas

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo hidrológico Ciclo del Carbono Ciclo del Nitrógeno Ciclo del Fósforo

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Comunidad: Concepto

Una comunidad es un grupo de poblaciones que interactúan entre ellas dentro del mismo ambiente.La Composición de especies (también llamada

riqueza específica) de una comunidad es una lista de varias especies en la comunidad.

La diversidad incluye tanto a la riqueza de especies y a la abundancia de las diferentes especies.

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Comunidad: estructura

Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

a. b.a(Forest): © Charlie Ott/Photo Researchers, Inc.; a(Squirrel): © Stephen Dalton/Photo Researchers, Inc.; a(Wolf): © Renee Lynn/Photo Researchers, Inc.; b(Rain forest): © Michael Graybill y Jan Hodder/Biological Photo Service; b(Kinkajou): © Alan & Sandy Carey/Photo Researchers, Inc.; b(Sloth): © Studio

Carlo Dani/Animals Animals Earth Scenes

ArdillaAlce

LiebreOso

Zorro rojoLobo

Kinkajou (mico)mono

Oso hormiguerojaguartapir

Murciélagoperezoso

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Hábitat y Nicho ecológico

Hábitat El área donde un organismo vive y se reproduce

Nicho ecológico El rol que una especie juega en su comunidad

incluye a su hábitat y a

sus interacciones con otros organismos

Nicho Fundamental – Todas las condiciones bajo las cuales el organismo puede sobrevivir

Nicho real o realizado- Set de condiciones bajo la cual existe en la naturaleza

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Nichos de alimentación para las aves zancudas


Flamengos se alimentan de moluscos yCrustáceos pequeños y materia vegetalPresente en el lodo que bombean conSu pico y su poderosa lengua.

Este pato se alimentaZambulléndose con laCola afuera hastaAlcanzar las plantasAcuáticas, semillas,Caracoles e insectos.

Avocetas se alimentan de insectos,pequeños invertebrados marinos“barriendo” de lado a lado con su pico en las aguas someras.

Los ostreros abren las conchasDe bivalvos con sus picos comoCuchillos y sondean la arena En busca de gusanos y cangrejos.

Los chorlitos se mueven en playasY pastizales cazando insectos yPequeños invertebrados.

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Comunidad: estructura

CompetenciaCuando dos especies compiten, la abundancia

de ambas especies es impactada negativamente

Predación (o parasitismo)Se prevé un aumento de la abundancia del

Predador (o parásito)y reducción de la abundancia de la presa (o

huésped)

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Competencia entre poblaciones

Competencia ocurre cuando Miembros de diferentes especies requieren el

mismo recurso, y El abastecimiento del recurso es limitado

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Competencia en laboratorio entredos poblaciones de Paramecium


Den

sid

ad p

ob

laci

on

alD

ensi

dad

po

bla

cio

nal

Den

sid

ad p

ob

laci

on

al

P. aurelia creciendoseparadamente

P. caudatum creciendoseparadamente

Ambas especiesCreciendo juntas

Tiempo

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Competencia entre poblaciones

Principio de exclusión competitiva Dos especies no pueden por tiempo indefinido ocupar el mismo

nicho al mismo tiempo El uso compartido de recursos (repartición de recursos)

disminuye por la Competencia entre las especies La repartición de recursos conduce a la especialización del Nicho

y a una menor superposición de nichos entre las especies

Desplazamiento de caracteres Las características tienden a ser más divergentes cuando las

poblaciones pertenecen a la misma comunidad que cuando están aisladas

Competencia y la repartición de recursos puede conducir al desplazamiento de caracteres

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Desplazamiento de caracteres en pinzones de las Islas Galápagos


30

10

50

G. fuliginosa G. fortis G. magnirostris

% d

e la

mu

estr

a

pequeña grande

30

10

50

% d

e la

mu

estr

a

pequeña grande

30

10

50

% d

e la

mu

estr

a

pequeña grande

especies coexisten en islas Abingdon,Bindloe, James y Jervis.

mediaProfundidad del pico

G. fortis existe sólo en Isla Daphne

G. fuliginosa existe sólo en isla Crossman



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Especialización del Nicho entre 5 especies de Currucas coexistentes


Cape Maycurruca

Black-throatedgreen curruca

Bay-breastedcurruca

Blackburniancurruca

Yellow-rumpedcurruca

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Competencia entredos especies de picorocos


Chthamalus

Balanus

Marea alta

Marea baja

área deCompetencia

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Interacciones Predador-presa

PredaciónUn organismo vivo, el Predador, se alimenta

de otro, la presaPredador es más grandePredador tiene más baja tasa reproductivapresa usualmente es consumida completamente

La presencia de predadores puede disminuir la densidad de presas y vice-versa

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Interacción Predador-presa entre linces y liebres

1845

b.

a.

20

40

60

80

100

120

140

18651855 1875 1885 1895 1905 1915 1925 1935

Liebrelince

© Alan Carey/Photo Researchers, Inc.

Nú

mer

o (

mil

es)


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Defensas de la Presa

Defensas de la PresaMecanismos que frustran la posibilidad de ser

comido por un PredadorSentidos más agudosVelocidadArmaduras protectorasEspinas protectoras o cuernosColas y apéndices que se desprendenQuímicos venenososCamuflajeColoración de advertenciaComportamiento gregario

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Defensas Anti - predador


ojo

Cabeza falsa

a. Camuflaje c. Causar temorb. Coloración de advertencia

a: © Gustav Verderber/Visuals Unlimited; b: © Zig Leszczynski/Animals Animals/Earth Scenes; c: © National Audubon Society/A. Cosmos Blank/Photo Researchers, Inc.

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Mimetismo

MimetismoUna especie se parece a otra especie que

posee una evidente defensa antipredador Mimetismo Batesiano – El que imita carece

de las defensas del organismo al que se asemeja

Mimetismo Mülleriano – El que imita comparte una defensa protectora con otras especies

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Mimetismo Batesiano entre insectos


a. Mosca b. Escarabajo de cuernos largos

c. Abejorro d. Chaqueta amarillaa: © Edward S. Ross; b: © Edward S. Ross; c: © James H. Robinson/Photo Researchers, Inc.; d: © Edward S. Ross

Mimetismo Mulleriano en Mariposas

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Relaciones simbióticas

SimbiosisUna asociación entre especies en la cual al

menos una de las especies es dependiente de la otra

23


24


ParasitismoEl Parásito obtiene nutrientes de un huésped y

puede usarlo como hábitat y modo de transmisión

EndoparásitosEctoparásitos

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Gusano del corazónCopyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Courtesy the University of Tennessee Parasitology Laboratory

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ComensalismoUna Relación simbiótica en la cual una

especie se beneficia y la otra ni es beneficiada ni dañada

El tiburón y la Rémora

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Pez payaso entre los tentáculos de una anémona


© Dave B. Fleetham/Visuals Unlimited

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Mutualismo

Una Relación simbiótica en la cual ambos miembros de la asociación se benefician

Ambas especies No necesitan ser igualmente beneficiadas

Simbiosis de limpieza

A menudo se ayudan una especie a otra para obtener alimento o evitar la Predación

Bacteria en el tracto intestinal de Humanos

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Simbiosis de limpiezaCopyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

© Bill Wood/Bruce Coleman, Inc.

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Biogeografía Insular

MacArthur y WilsonDesarrollaron un modelo general de

Biogeografía InsularExplica y predice cómo la diversidad de la

comunidad de una isla es afectada porDistancia desde el continente, yTamaño de la isla

El modelo de biogeografía Insular sugiere cuanto mayor sea el área de conservación mayor será la probabilidad de preservar más especies.

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Desarrollo de la comunidad

Sucesión ecológicaUn cambio que involucra a una serie de

reemplazo de especies luego de producido un disturbio

Sucesión primaria ocurre en áreas donde no hay formación de suelo

Sucesión secundaria comienza en áreas donde el suelo está presente

Las primeras especies que comienzan una sucesión secundaria son llamadas especies pioneras

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Sucesión secundaria

http://recursosbiologicos.eia.edu.co/ecologia/documentos/sucesionecologica.htm En esta dirección hay un documento básico sobre sucesión (copien el URL en explorer o Chrome)

a. Primer año b. Segundo año© Breck P. Kent/Animals Animals/Earth Scene

c. Quinto año e. Vigésimo añod. Décimo año

http://recursosbiologicos.eia.edu.co/ecologia/documentos/sucesionecologica.htm

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Sucesión secundaria en un bosque


pastoArbustos pequeños

Arbustos altosÁrboles arbustivos Árboles pequeños Árboles grandes

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Modelos de Sucesión

Modelo de FacilitaciónCada estado facilita la invasión y reemplazo

por organismos del próximo estadoSucesión en un área particular siempre

conducirá al mismo tipo de comunidad, una comunidad clímax

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Modelos de Sucesión

Modelo de inhibiciónLas especies Colonos (o tempranas)

permanecen e inhiben el crecimiento de otras plantas hasta que las especies colonos son dañadas o mueren

Modelo de toleranciaDiferentes tipos de plantas pueden colonizar

un área al mismo tiempoLa casualidad determina cual semilla arriba

primero

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Dinámica de un Ecosistema

En un ecosistema, Las poblaciones interactúan entre ellasLas poblaciones interactúan con el ambiente

físicoLos componentes abióticos de un ecosistema

son los componentes no vivos:Atmósfera, Agua, Suelo

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Dinámica de un Ecosistema

Los componentes bióticos de un ecosistema son los seres vivos que pueden estar categorizados de acuerdo a su fuente alimenticia:AutótrofosHeterótrofos

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Componentes Bióticos : Autótrofos

Productores son AutótrofosRequieren solo nutrientes inorgánicos y una

fuente de energía externa para producir nutrientes orgánicos

Foto - autótrofosQuimio - autótrofos

Componentes Bióticos : Productores

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a. Productores


a(Left): © Ed Reschke/Peter Arnold, Inc.; a(Right): © Herman Eisenbeiss/Photo Researchers, Inc.

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Componentes Bióticos : Heterótrofos

Consumidores son Heterótrofos

Requieren una fuente de nutrientes orgánicos preformados Herbívoros - se alimentan de plantas

Carnívoros - se alimentan de otros animales

Omnívoros - se alimentan de plantas y animales

Descomponedores, también son Heterótrofos Bacteria y fungi

Digieren materia orgánica de organismos muertos

Componentes Bióticos : Herbívoros

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b. Herbívorosb(Left): © Royalty-free/Corbis; b(Right): © Gerald C. Kelley/Photo Researchers, Inc.


Bióticos Componentes: Carnívoros

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c. Carnívorosc(Left): © Bill Beatty/Visuals Unlimited; c(Right): © Joe McDonald/Visuals Unlimited


Bióticos Componentes: Descomponedores

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d. Descomponedoresd(Left): © SciMAT/Photo Researchers, Inc.; d(Right): © Michael Beug


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Flujo Energético y ciclos químicos

Cada ecosistema está caracterizado por dos fenómenos fundamentales : Flujo Energético

Empieza cuando los productores absorben la energía solar Sintetizan nutrientes orgánicos vía fotosíntesis Los nutrientes Orgánicos son usados por ellos mismos Nutrientes Orgánicos son usados por otros Energía eventualmente se disipa como calor en el ambiente

Ciclo químico Empieza cuando los productores toman nutrientes

inorgánicos desde el ambiente físico

Naturaleza de un ecosistema

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Pool deNutrientes

inorgánicos

Energíasolar

productores

calor

consumidores

calor

Descomponedorescalorenergía

nutrientes


Balance Energético

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© George D. Lepp/Photo Researchers, Inc.

Crecimiento y reproducción

Calor alambiente

Energía alos carnívoros

Energía alos detritívoros

Respiración celular

Muerte

Flujo Energético

Una red tróficaRepresenta vías interconectadas del Flujo

EnergéticoDescribe relaciones tróficas

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Red trófica: Pastoreo y detritívora

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Bellotas

Autótrofos Herbívoros/Omnívoros Carnívoros

Ciervo

conejo

rata

Ardillas

Aves

Zorros

Zorrillos

Lechuza

Serpientes

Águila

detritus

Hongos y bacterias en el detritus invertebrados

muertea.

b.

muertemuerte

Invertebrados carnívoros salamandras Musarañas

Hojas

rata

InsectosComedores

De hojas

Flujo Energético

Una red trófica de Pastoreo comienza con un productor, en este caso un Roble.

Insectos, conejos y ciervos se alimentan de hojas.

Aves, ardillas y ratas se alimentan de frutas y bellotas.Ellos son omnívoros debido a que también se

alimentan de cuncunas.

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Flujo Energético

Una red trófica detritívora empieza con detritus Detritus es alimento para los organismos del suelo

tales como lombriz de tierra. La lombriz de tierra a su vez se alimentan de

invertebrados carnívoros. Los invertebrados pueden ser comidos por musaranas

o salamandras.

Los miembros de una red trófica detritívora pueden llegar a ser alimento para carnívoros que moran sobre el suelo, de modo que la red trófica de pastoreo y de detritus están unidas.

50

51

Niveles tróficos

Una cadena de alimentos es un diagrama que muestra una vía simple del Flujo Energético en un ecosistema.

Nivel tróficoUn nivel de alimentación dentro de una red o

de una cadena tróficaEstá formado por todos los organismos que se

alimentan en el mismo nivel en una cadena de alimentos

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Pirámides ecológicas

Sólo cerca del 10% de la energía de un nivel trófico está disponible para el próximo nivel tróficoExplica por qué los carnívoros superiores

pueden ser soportados en una red tróficaPirámides ecológicas

Representa el flujo de energía con grandes pérdidas entre niveles tróficos sucesivos

Pueden estar basadas en el Nº de organismos o en la cantidad de biomasa de cada nivel trófico

Pirámide Ecológica

53


Carnívoros superior1.5 g/m2

carnívoros11 g/m2

herbívoros37 g/m2

Autótrofos809 g/m2

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Ciclos químicos

Las vías por las cuales circulan los químicos a través de los ecosistemas Involucran tanto a los componentes vivos

(biótico) y no vivos (geológico)Conocidos como Ciclos Biogeoquímicos

Ciclo del agua, Ciclo del Carbono, Ciclo del Fósforo,Ciclo del Nitrógeno

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Ciclos Biogeoquímicos

Ciclos químicos pueden involucrar a: Reservorio – Fuente normalmente no disponible para los

productores Combustibles Fósiles Minerales Sedimentos

Pool de intercambio – fuentes de las cuales los organismos generalmente toman químicos

Atmósfera Suelo Agua

Comunidad Biótica – los químicos permanecen en las cadenas de alimento, quizás nunca entren al pool

Las actividades Humanas producen contaminación y alteran el balance normal de los nutrientes

Modelo para ciclos químicos

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Reservorio• combustibles fósiles

• atmosfera• suelo• agua

comunidad

• mineral en rocas• sedimento en océanos Pool de

intercambio

productores

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Ciclo hidrológico

El agua se evapora desde los cuerpos de agua

Precipitación sobre la tierra entra a la tierra (subsuelo), a cuerpos de agua superficiales o acuíferos

Eventualmente el agua retorna a los océanos

Ciclo hidrológico

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transporte neto de vapor de agua por el viento

Océano

Hielo

Aguassubterráneas

lago

acuífero

Escorrentía de agua dulce

H2O en Atmósfera

evaporaciónDesde el océano

precipitaciónal océano

transpiración de las plantasy evaporación desde el suelo precipitación

Sobre la tierra


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Ciclo del Carbono

La Atmósfera es un pool de intercambio para el dióxido de carbono.

En el agua, el dióxido de carbono se combina con agua para producir iones bicarbonato.

Bicarbonato en el agua está en equilibrio con el dióxido de carbono en el aire.

La cantidad total de dióxido de carbono en la atmósfera ha sido aumentada cada año debido a las actividades humanas tales como la combustión de combustibles fósiles

Ciclo del Carbono

60

plantas terrestres

Suelos

Océano

combustión

fotosíntesis

respiración

escorrentía

difusión

sedimentación

carbón

petróleo

destrucciónde vegetación

CO2 en Atmosfera

Organismos muertosy desechos animales

gasnatural

bicarbonato (HCO3–)


15

4

2

6

6

6

3

61

Efecto invernadero

Gases invernadero dióxido de carbono, óxido nitroso, metano Permiten que la luz solar pase a través de la

atmósfera Reflejan a los rayos infrarrojos que alcanzan la tierra El calor queda atrapado en la atmósfera

Si la temperatura de la tierra se eleva Más agua se evaporará Más nubes se formarán, y Se establecerá un ciclo de retroalimentación positivo

potencial

62

Ciclo del Fósforo

El fósforo no entra a la atmósfera

Ciclo sedimentarioLos fosfatos tomados por los productores es

incorporado a una variedad de moléculas orgánicas

Los niveles de fósforo excesivo pueden conducir a una EUTROFICACIÓN del agua

Ciclo del Fósforo

63

3

organismos

Roca explotable

Fosfato de minas

detritus

Océano

sedimentación

escorrentía

fertilizantes

plantas

animales

Descomponedores

Levantamientogeológico

desgaste8 2

Planta deTratamiento de

Aguas residuales

7

8


Fosfato enEl suelo

ComunidadBiótica

Desechos de plantas animales

6

4

5

1

FosfatoEn solución

64

Ciclo del Nitrógeno

El nitrógeno atmosférico es fijado por bacterias Lo hacen disponible para las plantas Nódulos en las raíces de legumbres

Nitrificación - Producción de nitratos que puede ser usado por plantas como fuente de nitrógeno

Asimilación--plantas toman amoníaco y nitratos desde el suelo y lo usan para producir proteínas y ácidos nucleicos

Desnitrificación - Conversión de nitrato a óxido nitroso y gas nitrógeno

Ciclo del Nitrógeno

65

plantas

fitoplancton

descomponedor

NO3

NO3

NO3

NH4+NH4

+

sedimentación

cianobacteria

escorrentía

descomponedor

desnitrificación

Bacteriadesnitrificante

nitrificación

desnitrificación

Fijación de N2

nitrógeno-fijado porBacterias en nódulos

y suelo

Desechos dePlanta-animal

Comunidadbiótica

Bacteria nitrificante

Bacteriadesnitrificante

Comunidadbiótica

ActividadHumana

fijación de N2

N2 en atmósfera

1

3

2 4

5

4

3

2

21


66

Nitrógeno y Contaminación aérea

Depósitos ácidosÓxidos de Nitrógeno y dióxido sulfuroso son

convertidos a ácidos cuando se combinan con vapor de agua

Afectan a lagos y bosquesReduce campos agrícolas

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Revisión

El concepto de comunidadLa estructura de comunidades

Composición y diversidad Hábitat y Nicho ecológico Competencia entre poblaciones Predador-presa interacciones Relaciones simbióticas Biogeografía Insular

Desarrollo de la comunidadSucesión ecológica

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Revisión

La naturaleza de los ecosistemas Componentes abióticos Autótrofos Heterótrofos

Flujo Energético Pirámides ecológicas

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo hidrológico Ciclo del Carbono Ciclo del Nitrógeno Ciclo del Fósforo

ecología de comunidades y ecosistemas

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