UNIDAD II.

El ecosistema

Tema . Generalidades del sistema

Generalidades del ecosistema

Un principio central de la ecología es que

cada organismo vivo tiene una relación

permanente y continua con todos los demás

elementos que componen su entorno. La suma

total de la interacción de los organismos vivos (la

biocenosis) y su medio no viviente (biotopo) en

una zona que se denomina un ecosistema.

Los estudios de los ecosistemas por lo general

se centran en la circulación de la energía y la

materia a través del sistema.

Casi todos los ecosistemas funcionan con

energía del sol capturada por los productores

primarios a través de la fotosíntesis. Esta

energía fluye a través de la cadena alimentaria a los consumidores primarios (herbívoros

que comen y digieren las plantas), y los consumidores secundarios y terciaria (ya sea

omnívoros o carnívoros). La energía se pierde a los organismos vivos cuando se utiliza por

los organismos para hacer el trabajo, o se pierde como calor residual.

La materia es incorporada a los organismos vivos por los productores primarios. Las plantas

foto sintetizadoras fijan el carbono a partir del dióxido de carbono y del nitrógeno de la

atmósfera o nitratos presentes en el suelo para producir aminoácidos. Gran parte de los

contenidos de carbono y nitrógeno en los ecosistemas es creado por las instalaciones de

ese tipo, y luego se consume por los consumidores secundarios y terciarios y se

incorporan en sí mismos. Los nutrientes son generalmente devueltos a los ecosistemas a

través de la descomposición. Todo el movimiento de

los productos químicos en un ecosistema que se

denomina un ciclo biogeoquímico, e incluye el ciclo

del carbono y del nitrógeno.

Los ecosistemas de cualquier tamaño se pueden

estudiar, por ejemplo, una roca y la vida de las plantas

que crecen en ella puede ser considerada un

ecosistema. Esta roca puede estar dentro de un

llano, con muchas de estas rocas, hierbas

pequeñas, y animales que pastorean ­ también un ecosistema­. Este puede ser

simple en la tundra, que también es un ecosistema (aunque una vez que son de este

tamaño, por lo general se denomina ecozonas o biomas). De hecho, toda la superficie

terrestre de la Tierra, toda la materia que lo compone, el aire que está directamente encima

de éste, y todos los organismos vivos que viven dentro de ella pueden ser considerados

como uno solo, un gran ecosistema.

Los ecosistemas se pueden dividir en los ecosistemas terrestres (incluidos los ecosistemas

de bosques, estepas, sabanas, etc.) los ecosistemas de aguadulce (lagos, estanques y

ríos), y los ecosistemas marinos, en función del biotopo dominante.

El Daintree Rainforest de Queensland, Australia es un ejemplo de una ecosistemas

forestales.

Así como las poblaciones exhiben

características que no están presentes en los

organismos individuales, los ecosistemas

tienen atributos que no muestran las

poblaciones individuales que los

componen. Todos los ecosistemas son

sistemas abiertos; dependen de la entrada de

energía y ellos mismos producen salidas de

calor (energía). Los ecosistemas dependen

también de los ciclos biogeoquímicos, del

agua y otros, para obtener sus nutrientes,

agua, etc., produciendo salida de nutrientes y de agua. Además, en la mayoría de los

ecosistemas están entrando y saliendo: vegetales, animales y microorganismos.

A pesar de ser sistemas abiertos y dinámicos, los ecosistemas poseen ciertas estructuras y

funciones características, como son las estratificaciones, las comunidades bióticas, los

biomas y las sucesiones ecológicas. Definamos brevemente estos términos:

Comunidades bióticas: Todas las poblaciones que interactúan en un área

determinada, constituyen una comunidad biótica.

Estratificación: Es una distribución en capas, o bien, una serie de separaciones, que

distribuye diferencialmente a los organismos que aparecen dentro de un ecosistema.

Las estratificaciones pueden describirse en términos de separación espacial entre los

organismos (estratificaciones vertical y horizontal), o bien, en términos de

separaciones en el tiempo (periodicidad).

Sucesión ecológica: El proceso dinámico mediante el cual los ecosistemas

modifican su orden para desarrollar una mayor estabilidad, en el curso del tiempo.

COMPONENTES DEL ECOSISTEMA

Los Ecosistemas Naturales poseen 2

componentes, los componentes estructurales y

los Funcionales. Los Componentes

Estructurales se reúnen con el término de Biotopo

(conjunto de todos los Elementos Abióticos

como el aire, agua, suelo, luz, temperatura,

humedad), mientras que los componentes

Funcionales se reúnen con el nombre de

Biocenosis (conjunto de todos los seres Bióticos

organizados en Poblaciones vegetales, animales,

Comunidades vegetales, animales

interrelacionados entre sí y con los elementos

Físico o factores abióticos). Entonces, los

Elementos que forman un Ecosistema son todos

los Factores Abióticos, mientras que las Estructuras son todos los seres vivos o

Bióticos característicos de un determinado tipo de ecosistema.

COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL ECOSISTEMA

Factores A bióticos

Todos los factores químico ­ físicos del ambiente son llamados factores abióticos (de a,

"sin", y bio, "vida). Los factores abióticos más conspicuos son la precipitación y

temperatura; todos sabemos que estos factores varían

grandemente de un lugar a otro, pero las variaciones pueden ser

aún mucho más importantes de lo que normalmente reconocemos.

No es solamente un asunto de la precipitación total o la

temperatura promedio. Por ejemplo, en algunas regiones la

precipitación total promedio es de más o menos 100 cm por año

que se distribuyen uniformemente por el año. Esto crea un efecto

ambiental muy diferente al que se encuentra en otra región donde

cae la misma cantidad de precipitación pero solamente durante 6 meses por año, la

estación de lluvias, dejando a la otra mitad del año como la estación seca.

Igualmente, un lugar donde la temperatura promedio es de 20º C y nunca alcanza el punto

de congelamiento es muy diferente de otro lugar con la misma temperatura promedio pero

que tiene veranos ardientes e inviernos muy fríos.

De hecho, la temperatura fría extrema –no temperatura de congelamiento, congelamiento

ligero o varias semanas de fuerte congelamiento– es más significativa biológicamente que la

temperatura promedio. Aún más, cantidades y distribuciones diferentes de precipitación

pueden combinarse con diferentes patrones de temperatura, lo que determina numerosas

combinaciones para apenas estos dos factores.

Pero también otros factores abióticos pueden estar involucrados, incluyendo tipo y

profundidad de suelo, disponibilidad de nutrientes

esenciales, viento, fuego, salinidad, luz, longitud del día,

terreno y pH (la medida de acidez o alcalinidad de suelos

y aguas).

Resumiendo, podemos ver que los factores abióticos, que

se encuentran siempre presentes en diferentes

intensidades, interactúan unos con otros para crear una

matriz de un número infinito de condiciones ambientales

diferentes.

LUZ (ENERGÍA RADIANTE)

Del total de la energía solar que llega

en la Tierra (1.94 calorías por

centímetro cuadrado por minuto), casi

0.582 calorías son reflejadas hacia el

espacio por el polvo y las nubes de

la atmósfera terrestre, 0.388 calorías

son absorbidas por las capas

atmosféricas, y 0.97 calorías llegan a la

superficie terrestre.

La luz es un factor abiótico esencial del

ecosistema, dado que constituye el

suministro principal de energía para todos

los organismos. La energía luminosa es convertida por las plantas en energía química

gracias al proceso llamado fotosíntesis. Ésta energía química es encerrada en las

substancias orgánicas producidas por las plantas. Es inútil decir que sin la luz, la vida no

existiría sobre la Tierra.

Además de esta valiosa función, la luz regula los ritmos biológicos de la mayor parte de la

especies.

La luz visible no es la única forma de energía que nos llega desde el sol. El sol nos envía

varios tipos de energía, desde ondas de radio hasta rayos gamma. La luz ultravioleta

(UV) y la radiación infrarroja (calor) se encuentran entre estas formas de radiación solar.

Ambas, la luz UV y la radiación Infrarroja son factores ecológicos muy valiosos.

Muchos insectos usan la luz ultravioleta (UV) para diferenciar una flor de otra. Los humanos

no podemos percibir la radiación UV. Actúa también limitando algunas reacciones

bioquímicas que podrían ser perniciosas para los seres vivos, aniquilan patógenos, y

pueden producir mutaciones favorables en todas las formas de vida.

ENERGÍA TÉRMICA

El calor es útil para los organismos

ectotérmicos, es decir, los organismos que

no están adaptados para regular su

temperatura corporal (por ejemplo, peces,

anfibios y reptiles). Las plantas usan una

pequeña cantidad de energía térmica para

realizar la fotosíntesis y se adaptan para

sobrevivir entre límites de temperatura mínimos

y máximos. Esto es válido para todos los

organismos, desde los Archaea hasta los

Mamíferos. Aunque existen algunos

microorganismos que toleran excepcionalmente

temperaturas extremas, aún ellos perecerían si

fueran retirados de esos rigurosos ambientes.

Cuando la radiación infrarroja proveniente del Sol penetra en la atmósfera, el vapor de agua

atmosférico absorbe y demora la salida de las ondas del calor al espacio exterior; así, la

energía permanece en la atmósfera y la calienta (efecto invernadero).

Los océanos juegan un papel importante en la estabilidad del clima terrestre. Sin los

océanos nuestro planeta estaría excesivamente caliente durante el día y congelado por la

noche.

La diferencia de temperaturas entre diferentes masas de agua oceánica, en combinación

con los vientos y la rotación de la Tierra, crea las corrientes marítimas. El desplazamiento

de la energía en forma de calor, o energía en transferencia, que es liberada desde los

océanos, o que es absorbida por las aguas oceánicas permite que ciertas zonas

atmosféricas frías se calienten, y que las regiones atmosféricas calientes se refresquen.

ATMÓSFERA

La presencia de vida sobre nuestro planeta no sería

posible sin nuestra atmósfera actual. Muchos

planetas en nuestro sistema solar tienen una

atmósfera, pero la estructura de la atmósfera

terrestre es la ideal para el origen y la

perpetuación de la vida como la conocemos. Su

constitución hace que la atmósfera terrestre sea

muy especial.

La atmósfera terrestre está formada por cuatro

capas concéntricas sobrepuestas que se extienden

hasta 80 kilómetros. La divergencia en sus

temperaturas permite diferenciar estas capas.

La capa que se extiende sobre la superficie terrestre hasta cerca de 10 km. es llamada

tropósfera. En esta capa la temperatura disminuye en proporción inversa a la altura, eso

quiere decir que a mayor altura la temperatura será menor. La temperatura mínima al

final de la tropósfera es de ­50C.

La Tropósfera contiene las tres cuartas partes de todas las moléculas de la atmósfera. Esta

capa está en movimiento continuo, y casi todos los fenómenos meteorológicos ocurren en

ella.

Cada límite entre dos capas atmosféricas se llama pausa, y

el prefijo perteneciente a la capa más baja se coloca antes

de la palabra "pausa". Por este método, el límite entre la

tropósfera y la capa más alta inmediata (estratósfera) se llama

tropopausa.

La siguiente capa es la Estratósfera, la cual se extiende desde los 10km. y termina hasta los

50 km de altitud. Aquí, la temperatura aumenta proporcionalmente a la altura; a mayor

altura, mayor temperatura. Enel límite superior de la estratósfera, la temperatura alcanza

casi 25 °C. La causa de este aumento en la temperatura es la capa de ozono (Ozonósfera).

El ozono absorbe la radiación Ultravioleta que rompe moléculas de Oxígeno (O2)

engendrando átomos libres de Oxígeno (O), los cuales se conectan otra vez para construir

Ozono (O3). En este tipo de reacciones químicas, la transformación de energía luminosa en

energía química engendra calor que provoca un mayor movimiento molecular. Ésta es la

razón del aumento en la temperatura de la estratósfera.

La ozonósfera tiene una influencia sin par para la vida, dado que detiene las emisiones

solares que son mortales para todos los organismos. Si nosotros nos imaginamos la capa

de ozono como una pelota de fútbol, veríamos el Agotamiento de la Capa de Ozono

semejante a una depresión profunda sobre la piel de la pelota, como si estuviese un poco

desinflada.

Por encima de la Estratósfera está la Mesósfera. La mesósfera se extiende desde el

límite de la estratósfera (Estratopausa) hasta los 80 km. hacia el espacio.

ELEMENTOS QUÍMICOS Y AGUA

Los organismos están constituidos por

materia. De los 92 elementos naturales

conocidos, solamente 25 elementos forman

parte de la materia viviente. De estos 25

elementos, el Carbono, el Oxígeno, el

Hidrógeno y el Nitrógeno están presentes en

el 96 % de las moléculas de la vida. Los

elementos restantes llegan a formar parte del

4 % de la materia viva, siendo los más

importantes el Fósforo, el Potasio, el Calcio y

el Azufre.

Las moléculas que contienen Carbono se

denominan Compuestos Orgánicos, por

ejemplo el bióxido de carbono, el cual está

formado por un átomo de Carbono y dos átomos de Oxígeno (CO2). Las que carecen de

Carbono en su estructura, se denominan Compuestos Inorgánicos, por ejemplo, una

molécula de agua, la cual está formada por un átomo de Oxígeno y dos de Hidrógeno

(H2O).

Agua

El agua (H2O) es un factor indispensable para la vida. La vida se originó en el agua, y todos

los seres vivos tienen necesidad del agua para subsistir. El agua forma parte de

diversos procesos químicos orgánicos, por ejemplo, las moléculas de agua se usan durante

la fotosíntesis, liberando a la atmósfera los átomos de oxígeno del agua.

El agua actúa como un termorregulador del clima y de los sistemas vivientes:

Gracias al agua, el clima de la Tierra se mantiene estable.

El agua funciona también como termorregulador en los

sistemas vivos, especialmente en animales endotermos (aves

y mamíferos). Esto es posible gracias al calor específico del

agua, que es de una caloría para el agua (calor específico es

el calor ­medido en calorías­ necesario para elevar la

temperatura de un gramo de una substancia en un grado

Celsius). En términos biológicos, esto significa que frente

a una elevación de la temperatura en el ambiente

circundante, la temperatura de una masa de agua subirá con una mayor lentitud que otros

materiales. Igualmente, si la temperatura circundante disminuye, la temperatura de esa

masa de agua disminuirá con más lentitud que la de otros materiales. Así, esta cualidad del

agua permite que los organismos acuáticos vivan relativamente con placidez en un

ambiente con temperatura fija.

La evaporación es el cambio de una substancia de un estado físico líquido a un

estado físico gaseoso. Necesitamos 540 calorías para evaporar un gramo de agua. En este

punto, el agua hierve (punto de ebullición). Esto significa que tenemos que elevar la

temperatura hasta

100°C para hacer que el agua hierva. Cuándo el agua se

evapora desde la superficie de la piel, o de la superficie de

las hojas de una planta, las moléculas de agua arrastran

consigo calor. Esto funciona como un sistema refrescante

en los organismos.

Otra ventaja del agua es su punto de congelación. Cuando se desea que una substancia

cambie de un estado físico líquido a un estado físico sólido, se debe extraer calor de esa

substancia. La temperatura a la cual se produce el cambio en una substancia desde un

estado físico líquido a un estado físico sólido se llama punto de fusión. Para cambiar el

agua del estado físico líquido al sólido, tenemos que disminuir la temperatura circundante

hasta 0°C. Para fundirla de nuevo, es decir para cambiar un gramo de hielo a agua

líquida, se requiere un suministro de calor de

79.7 calorías. Cuándo el agua se congela, la misma cantidad de calor es liberada al

ambiente circundante. Esto permite que en invierno la temperatura del entorno no disminuya

al grado de aniquilar toda la vida del planeta.