Download ecosistemas y ciclos biogeoquímicos

INSTRUMENTOS DE POLÍTICA
AMBIENTAL
MÓDULO I
MEDIO AMBIENTE: FUNDAMENTOS Y
PROBLEMÁTICA ACTUAL
ECOLOGÍA, ADAPTACIONES, ECOSISTEMAS Y
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
ZENÓN CANO-SANTANA
FACULTAD DE CIENCIAS, UNAM
ECOLOGÍA
• Del gr. oikos = casa, logon = tratado.
• Es un ciencia biológica que estudia el lugar en
el que se vive.
Objeto de estudio de la Ecología
Autor
Haeckel
(1869)
Odum
(1963)
Krebs
(1973)
Begon et al.
(1986)
Carabias et
al. (2009)
Objeto
Las relaciones de los animales con su
ambiente orgánico e inorgánico
La estructura y el funcionamiento de la
naturaleza
Las interacciones que regulan la distribución
y abundancia de los organismos
Las interacciones con el ambiente de los
individuos, las poblaciones y las comunidades
Las interacciones de los organismos con su
entorno y la forma en que éstas se reflejan en
las adaptaciones morfológicas y fisiológicas,
así como en la abundancia, la distribución y la
diversidad de los organismos
ECOLOGÍA
Ciencia que estudia las interacciones
organismo-medio ambiente que moldean los
rasgos de los individuos, las poblaciones,
las comunidades, los ecosistemas y de la
biosfera.
ORGANISMOS
MEDIO
AMBIENTE
INTERACCIÓN
Objeto de estudio de la
Ecología
ORGANISMOS
•INDIVIDUOS
•POBLACIONES
•COMUNIDADES
•ECOSISTEMAS
•BIOSFERA
Nivel de complejidad
MEDIO
AMBIENTE
INTERACCIÓN
•RECURSOS
•CONDICIONES
•INTERACCIONES
BIÓTICAS
•DISTURBIOS
•FACTORES
BIÓTICOS
•FACTORES
ABIÓTICOS
Niveles de organización en ecología
Nivel
Definición
Fuerza de cohesión
Individuo
Cada organismo unitario e
indivisible
Cohesión celular
Población
Conjunto de individuos de
la misma especie que
mantienen flujo génico
Flujo génico
Comunidad
Conjunto de poblaciones
que mantienen
interacciones bióticas
Interacciones bióticas
(competencia,
depredación,
mutualismo)
Ecosistema
Sistema abierto conformado Intercambio de materia y
por las comunidades vivas energía
y el entorno abiótico que
mantienen intercambio de
materia y energía
Biosfera
Conjunto total de
ecosistemas de la Tierra
Intercambio de materia y
energía
COMUNIDAD
INDIVIDUO
POBLACIÓN
ECOSISTEMA
BIOSFERA
Propiedades emergentes
Nivel
Algunas propiedades
Individuo
Morfología (Tamaño, color, forma)
Fisiología (tasa respiratoria)
Conducta (agresividad)
Población
Abundancia
Distribución
Estructura de edades
Tasa de natalidad
Comunidad
Diversidad de especies
Composición de especies
Tasa de colonización
Edad sucesional
Ecosistema y biosfera
Productividad (primaria y secundaria)
Ciclo del agua
Tasa de descomposición
Biomasa en pie
Fuerzas ecológicas
INTERACCIONES
CONDICIONES
RECURSOS
•INDIVIDUOS
•POBLACIONES
•COMUNIDADES
•ECOSISTEMAS
•BIOSFERA
DISTURBIOS
Fuerzas ecológicas
Fuerza
ecológica
Definición
Ejemplos
Condiciones
Variable fisicoquímica ambiental al cual
los organismos responden
diferencialmente. Las condiciones se
“viven”.
Temperatura,
humedad,
salinidad, acidez,
luz.
Recursos
Elementos del ambiente que son
consumidos o utilizados, cuyo uso por
parte de un organismo reduce su
disponibilidad a otro.
Los recursos se “usan”.
Alimento, presas,
agua, radiación
solar, nutrientes,
espacio.
Interacciones
bióticas
Relaciones activas que mantienen
organismos de distinta especie, las
cuales afectan su adecuación y tamaño
poblacional.
Depredación,
competencia y
mutualismo.
Disturbios
Eventos súbitos o crónicos que matan o
dañan organismos abriendo espacios de
colonización a otros.
Incendios,
contaminación,
pisoteo,
inundaciones.
Atributos de la ecología como ciencia
• Es una ciencia biológica
• Es una ciencia ambiental
• Su
objeto
de
estudio
es
la
interacción
organismo↔ambiente
• Estudia cinco niveles de organización de la materia viva:
individuos, poblaciones, comunidades, ecosistemas y
biosfera
• Es una ciencia incluyente: incluye al hombre como
elemento biótico y como factor que afecta al ambiente
• Es una ciencia integrativa: integra distintas ramas de la
biología: bioquímica, genética, evolución, zoología,
botánica
• Es una ciencia interdisciplinaria: integra a las ciencias
naturales: biología, química, física, geología
• Es una ciencia transdisciplinaria: integra a las ciencias
naturales con las ciencias sociales
Ramas de la ecología
Rama/subramas
Objeto de estudio
Nivel
Autoecología
Etología
Ecomorfología
Ecofisiología
Interacciones que afectan la
conducta, morfología y
fisiología de los individuos
Individuo
Ecología de
poblaciones
Demografía
Interacciones que afectan la
distribución y abundancia de
los organismos
Población
Sinecología
Interacciones que afectan la
estructura y dinámica de las
comunidades
Comunidad
Ecología de
ecosistemas
Interacciones que afectan el
funcionamiento de los
ecosistemas y la biosfera
Ecosistema
Ecología y evolución
“Nada tiene sentido en biología si no es a la luz
de la evolución” T. Dobzhanski
– Las fuerzas ecológicas constituyen fuerzas de
selección natural que afectan los atributos de
los organismos.
– Selección natural: éxito diferencial (en
términos de supervivencia y fecundidad) de
organismos con atributos distintos.
– Los organismos que dejen más hijos
transmiten sus rasgos a las generaciones
futuras, ya que esos rasgos (genes) son los
exitosos para un ambiente particular.
Ecología y evolución
Ejemplo: Melanismo industrial
Ecología y evolución
– Los rasgos que permanecen en una población y
permiten la supervivencia de un organismo frente
a un ambiente particular se denominan
adaptaciones.
– Los organismos son producto de la evolución, por
lo que son adaptados.
– Los organismos son potencialmente capaces de
enfrentar los cambios futuros en el ambiente, por
lo que son adaptativos.
Medidas de éxito ecológico
– Adaptación: rasgo morfológico, fisiológico o
conductual que permite a un organismo vivir
en un ambiente particular.
– Adecuación: capacidad de un organismo de
dejar descendencia que heredan sus
caracteres.
– Desempeño: medida de eficacia con la que
un organismo lleva a cabo una función
particular: respiración, movimiento,
fotosíntesis, crecimiento.
– Las funciones más importantes para un
organismo son: sobrevivencia, crecimiento y
reproducción.
LEY DEL MÍNIMO
(Liebig, 1940)
• “El nutrimento que se encuentre en menor
concentración en un cultivo será el que
determine la productividad de éste”.
Aplicación general:
• “El recurso que se encuentre en menor
disponibilidad será el que determine el
desempeño de un organismo”
Falta de
fósforo
Falta de vitamina C: escorbuto
LEY DE TOLERANCIA
(Shelford, 1913)
• “Las condiciones extremas son perjudiciales para un
organismo”
DESEMPEÑO
Intervalo de tolerancia
Óptimo
fisiológico
R
CCC
S S S SS
CONDICIÓN (p. ej.: temperatura)
R: reproducción
C: crecimiento
S. supervivencia
PEZ
0
40
PLANTA
Fijación de CO2
Velocidad (cm/s)
LEY DE TOLERANCIA
(Shelford, 1913)
0
50
Temperatura( C)
Fry y Hart (1948)
Adaptaciones a la sequía
Pubescencia, tricomas
Tejidos suculentos, evasión
del sol, pérdida de hojas
Hojas pequeñas
Espinas
Captura de agua: orina concentrada
Joroba , eritrocitos ovalados, heces secas
Hábitos nocturnos
Cierre de estomas
Adaptaciones al frío
Sustancias anticongelantes
Criptobiosis
Pelaje blanco: coloración críptica
Hibernación
Hojas duras y/o en forma de aguja
Forma de cono: coníferas
Adaptaciones a la vida en cuevas
Pérdida de color
Órganos tactiles
Pérdida de ojos
Gracilización
Uso de sonar
ECOSISTEMA
• Integración: vivo + no vivo.
Definición formal:
• Sistema termodinámico abierto constituido
por las comunidades vivas y su entorno
abiótico
dentro
del
cual
ocurren
movimientos de materia y energía.
ECOSISTEMA
IMPORTANCIA DEL CONCEPTO
(Burns, 1992)
El concepto de ecosistema es un paradigma y concepto
poderoso porque:
• Acepta la complejidad de los sistemas ecológicos.
• Incluye las actividades humanas.
• Su enfoque es holístico (estudia la naturaleza viva como un
todo, no en partes).
• Enfatiza interconexiones entre elementos y eventos
distantes.
• Es el escenario en el que evolucionan las especies.
• Es la unidad de conservación ecológica.
• Es el enfoque para estudiar el funcionamiento de la
biosfera.
Propiedades de los ecosistemas
1. Productividad primaria
Tasa de fijación de materia y energía por
parte de los productores primarios (i.e.,
organismos fotosintetizadores y
quimisintetizadores)
Propiedades de los ecosistemas
2. Productividad secundaria
Tasa de fijación de materia y energía por
parte de los consumidores (i.e.,
organismos heterótrofos)
Propiedades de los ecosistemas
3. Tasa de descomposición
Velocidad la cual la materia se conminuta y
reduce a compuestos más sencillos.
Propiedades de los ecosistemas
4. Eficiencias ecológicas
Eficacia con la que un ecosistema y sus
elementos usan la materia y energía para
consumo, asimilación y producción de
tejidos.
Propiedades de los ecosistemas
5. Biomasa en pie
Cantidad de materia viva que tiene un
ecosistema por unidad de área en un
momento dado.
Propiedades de los ecosistemas
6. Velocidad y patrón de ciclaje de
nutrientes (ciclos de materia).
Tasa de movimiento y ruta que siguen los
materiales que constituyen a los seres
vivos.
Propiedades de los ecosistemas
7. Velocidad y patrón de flujo de energía.
Tasa de movimiento y ruta que sigue la
energía dentro de un ecosistema.
Propiedades de los ecosistemas
8. Estructura trófica
Esquema de relaciones alimentarias entre
los elementos de un ecosistema.
Propiedades de los ecosistemas
9. Edad y patrón sucesional
Tiempo y tipo de desarrollo que tiene un
ecosistema.
Propiedades de los ecosistemas
10. Especies clave
Especies que al interior del ecosistema
tienen un impacto más alto del que se
espera por su abundancia.
Diferencias entre el movimiento de
materia y el de energía
SAPRÓFAGOS
A
T
M
Ó
S
F
E
R
A
R
E
CONSUMIDORES
SECUNDARIOS
CONSUMIDORES
PRIMARIOS
S
P
I
R
A
PRODUCTORES
PRIMARIOS
C
I
Ó
SUELO, BENTOS, PARTÍCULAS SUSPENDIDAS
SOL, rocas
N
Ciclos biogeoquímicos
Ciclos
sedimentarios o
locales:
P, K, Ca, Mg,
Cu, Zn, B, Cl,
Mo, Mn y Fe
Ciclos
atmosféricos o
globales:
C, H, O, N, S
Vías de entrada y salida de materia
Vía de entrada
Vía de salida
•Entrada de ríos
•Precipitación
•Inmigración
•Fijación de la atmósfera
•Liberación de
sedimentos de roca
madre
•Contaminación
•Salida de ríos
•Liberación a la
atmósfera
•Emigración
•Pérdida de sedimentos
•Cosecha por humanos
Mecanismos de movimiento de
materia
• Movimientos de masas de aire (viento y
movimiento vertical).
• Corrientes marinas y mareas
• Surgencias
• Ríos
• Migración animal
• Cadenas alimentarias
• Dispersión biótica (esporas, semillas, quistes,
polen, gametos nadadores, foresia, etc.)
Movimiento de masas de aire
Corrientes marinas
Corrientes de agua
Migración de animales
Redes alimentarias
SURGENCIAS
• Movimiento vertical de las masas de agua,
de niveles profundos hacia la superficie
FORESIA
• Tipo de comensalismo en el que un
organismo usa de transporte a otro.
Ciclo del agua
Ciclo del carbono
Ciclo del nitrógeno
Ciclo del fósforo
Ciclo del potasio