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1. Conceptos básicos de ecología:
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Ecosistemas Nicho ecológico Nivel trófico Ambiente Comunidades Hábitats y su clasificación
Biomas
Regiones biogeográficas
Ecosistema 1
• El ecosistema es el conjunto de especies de un área determinada que interactúan entre ellas y con su ambiente abiótico mediante procesos como la depredación, el parasitismo, la competencia y la simbiosis, y con su ambiente al desintegrarse y volver a ser parte del ciclo de energía y de nutrientes. • Las especies del ecosistema, incluyendo bacterias, hongos, plantas y animales dependen unas de otras. Las relaciones entre las especies y su medio, resultan en el flujo de materia y energía del ecosistema.
Ecosistema 2
• El significado del concepto de ecosistema ha evolucionado desde su origen. El término fue propuesto en los años 1930s, y se atribuye a los botánicos ingleses Roy Clapham (1904‐
1990) y Sir Arthur Tansley (1871‐1955). • En un principio se aplicó a unidades de diversas escalas espaciales, desde un pedazo de tronco degradado, un charco, una región o la biosfera entera del planeta, siempre y cuando en ellas pudieran existir organismos, ambiente físico e interacciones. Ecosistema 3
• Más recientemente se le ha dado un énfasis geográfico y se ha hecho equivalente a las formaciones o tipos de vegetación, por ejemplo, matorral, bosque de pinos, pastizal, etc. • Esta simplificación no considera que los límites de algunos tipos de vegetación son discretos (bien definidos), mientras que los límites de los ecosistemas no lo son. • A las zonas de transición entre ecosistemas se les conoce como “ecotonos”.
Ecosistemas de México
• Debido a su ubicación geográfica y a su diverso relieve, México tiene una gran diversidad de ecosistemas, que van desde lo más alto de las montañas hasta los mares profundos, pasando por desiertos y arrecifes de coral, bosques nublados y lagunas costeras.
Ejemplos de ecosistemas terrestres en México (Challenger y Soberón, 2008) • Bosques tropicales perennifolios
• Bosques tropicales caducifolios
• Bosques mesófilos de montaña
• Bosques templados de coníferas y latifoliadas
• Matorrales xerófilos
• Pastizales
• Humedales
Los ecosistemas costeros, insulares y epicontinentales (Lara et al., 2008)
Ecosistemas costeros
• Los manglares • Los humedales
• La franja intermareal y las dunas
• Las lagunas costeras
• Las macroalgas
• Los arrecifes de coral
Ecosistemas insulares
• Las islas del Pacífico mexicano
Ecosistemas acuáticos epicontinentales
• Los sistemas de corrientes Los ecosistemas marinos (Lara et al., 2008)
Ecosistemas pelágicos
• La plataforma continental
• El Golfo de California
• El Pacífico central mexicano
• El Golfo de Tehuantepec
• El Golfo de México
Ecosistemas bentónicos
• El ecosistema bentónico
– La plataforma continental
– El mar profundo
• Las ventilas hidrotermales Algunos ecosistemas importantes de México (CONABIO, 2015)
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Bosques nublados
Bosques templados
Matorrales
Pastizales
Selvas húmedas
Selvas secas
Dunas costeras
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Manglares
Playas de arena y rocosas
Islas
Arrecifes
Bosques de macroalgas
Praderas de pastos marinos
Criterios para la clasificación de ecosistemas
• Climático (zonas áridas, templadas o tropicales)
• Origen (natural, artificial, antrópico; ecosistemas urbanos, ecosistemas rurales)
• Ecológico (tipos de vegetación)
• Geográfico [o regional] • Ambiental (terrestre, acuático, marino)
• Uso, producto o beneficio obtenido (forestal, agrícola, ganadero o pecuario)
• Situación, estado o grado de conservación o alteración
(conservados, alterados o deteriorados)
Nicho ecológico 1
• Hutchinson (1957) definió el nicho ecológico fundamental como aquellas condiciones ambientales en las cuales una especie puede sobrevivir y crecer. • Éste podría completamente definir las propiedades ecológicas de una especie: un espacio conceptual cuyos ejes incluyen todas las variable ambientales que la afectan. • Por ello, se puede entender al espacio climático o cobertura bioclimática como los componentes climáticos que constituyen al nicho ecológico fundamental o bien, ‘el nicho climático’ (Pearson y Dawson, 2003).
Nicho ecológico 2
• En ecología, un nicho es un término que describe la posición relacional de una especie o población en un ecosistema. • En otras palabras, el nicho ecológico, se refiere a la «ocupación» o a la función que desempeña cierto individuo dentro de una comunidad. Es el hábitat compartido por varias especies. • Por ejemplo, el nicho ecológico de las ardillas es el de los animales que habitan en los árboles y se alimentan de frutos secos.
Nicho ecológico 3
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El concepto formal de nicho incluye todos los factores bióticos, abióticos y antrópicos con los que el organismo se relaciona. Es la posición relacional de una especie o población. •
Formalmente, el nicho ha sido descrito como un hipervolumen de n dimensiones, donde cada dimensión corresponde a los factores antes descritos. •
De esta forma, el nicho involucra a todos los recursos presentes del ambiente, las adaptaciones del organismo a estudiar y cómo se relacionan estos dos (nivel de adaptación, eficiencia de consumo, etc.).
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El nicho ecológico permite que en un área determinada convivan muchas especies, herbívoras, carnívoras u omnívoras, habiéndose especializado cada una de ellas en una determinada planta o presa, sin ser competencia una de otras.
Nicho ecológico (Martínez, 2013)
• Cuál es el lugar de una especie es un problema teórico muy importante. • El lugar de una especie puede referirse a su ubicación geográfica, sus factores físico‐químicos limitantes, su rol en una comunidad, su hábitat, sus interacciones etc. • El nicho es un concepto que busca explicar el lugar de una especie dentro de un ecosistema.
Nicho ecológico (Martínez, 2013)
• El nicho difiere de hábitat (dónde habita la especie), en que es una idea donde se resumen las tolerancias y requerimientos de los organismos así como su rol funcional, no es el punto geográfico‐espacial donde se ubica la especie sino que incluye las características que definen que ahí pueda subsistir.
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Hábitat: Es un lugar que ocupa la especie dentro del espacio físico de la comunidad. • Es necesario considerar al estudiar el concepto de hábitat que los organismos reaccionan ante una variedad de factores ambientales y sólo pueden ocupar un cierto hábitat, cuando los valores de esos factores caen dentro del rango de tolerancia de la especie. • Nicho Ecológico: Corresponde al papel u ocupación que desempeña la especie dentro de la comunidad; si es un productor, un herbívoro o bien un carnívoro. Una definición operativa de nicho es, en realidad, más compleja e incluye muchos más factores que el modo de vida de un organismo. Es de hecho, el ambiente total y también el modo de vida de todos los miembros de una especie determinada en la población. • Los organismos con un amplio rango de tolerancia ocupan nichos extensos, se les llama generalistas. Los organismos con un rango estrecho de tolerancia ocupan un nicho más reducido y se les llama especialistas, suelen ser empleados como indicadores ecológicos. Habitat vs. Nicho ecológico 1
• El hábitat de un organismo es el lugar donde vive, su área física, alguna parte específica de la superficie de la tierra, aire, suelo y agua. Puede ser vastísimo, como el océano, o las grandes zonas continentales, o muy pequeño, y limitado por ejemplo la parte inferior de un leño podrido, pero siempre es una región bien delimitada físicamente.
• El nicho ecológico no sólo se refiere al espacio físico, sino también a su papel funcional en la comunidad y su posición en los gradientes ambientales de temperatura, humedad y otras condiciones de existencia. • El nicho ecológico no es un espacio demarcado físicamente, sino una abstracción que comprende todos los factores físicos, químicos, fisiológicos y bióticos que necesita un organismo para vivir. Habitat vs. Nicho ecológico 2
• Para describir el nicho ecológico de un organismo es preciso saber qué come y qué lo come a él, cuáles son sus límites de movimiento y sus efectos sobre otros organismos y sobre partes no vivientes del ambiente.
• Los nichos ecológicos de las diferentes especies no tienen unas fronteras claras, por lo que se distingue entre nicho fundamental o potencial y nicho real. El primero se refiere a aquel nicho que presentaría una especie de no ser por la interacción con las otras. El segundo se refiere al nicho real que queda a una especie, restando el trozo de solapamiento con otras especies.
Clasificación de hábitats
• Terrestre
• Acuático
• Aéreo‐Terrestre
• A su vez, cada uno de ellos tiene subclasificaciones
Procesos ecológicos de los ecosistemas (CONABIO, 2015)
• Los cuatro procesos ecológicos fundamentales de los ecosistemas son el ciclo del agua, los ciclos biogeoquímicos (o de nutrientes), el flujo de energía y la dinámica de las comunidades, es decir cómo cambia la composición y estructura de un ecosistema después de una perturbación (sucesión).
Flujo de materia y energía en los ecosistemas. Energía y nutrientes 1
• Los ecosistemas funcionan con energía procedente del Sol, que fluye en una dirección, y con nutrientes, que se reciclan continuamente. Las plantas usan la energía lumínica transformándola, por medio de la fotosíntesis, en energía química bajo la forma de hidratos de carbono y otros compuestos. Esta energía es transferida a todo el ecosistema a través de una serie de pasos basados en el comer o ser comido, la llamada cadena trófica. • En la transferencia de la energía, cada paso se compone de varios niveles tróficos o de alimentación: plantas, herbívoros (que comen vegetales), dos o tres niveles de carnívoros (que comen carne), y organismos responsables de la descomposición. Flujo de materia y energía en los ecosistemas. Energía y nutrientes 2 • Sólo parte de la energía fijada por las plantas sigue este camino, llamado cadena o red alimentaria de producción. La materia vegetal y animal no utilizada en esta red, como hojas caídas, ramas, raíces, troncos de árbol y cuerpos muertos de animales, dan sustento a la cadena o red alimentaria de la descomposición. • Las bacterias, hongos y animales que se alimentan de materia muerta se convierten en fuente de energía para niveles tróficos superiores vinculados a la red alimentaria de producción. De este modo la naturaleza aprovecha al máximo la energía inicialmente fijada por las plantas. Flujo de materia y energía en los ecosistemas. Energía y nutrientes 3 • En ambas redes alimentarias el número de niveles tróficos es limitado debido a que en cada transferencia se pierde gran cantidad de energía (como calor de respiración) que deja de ser utilizable o transferible al siguiente nivel trófico. • Así pues, cada nivel trófico contiene menos energía que el que le sustenta. Debido a esto, por ejemplo, los ciervos o los alces (herbívoros) son más abundantes que los lobos (carnívoros). Procesos ecológicos de los ecosistemas 1
Flujo de energía (a)
• Los seres vivos requieren de energía para realizar sus actividades básicas de crecimiento, reproducción y sobrevivencia. • Las plantas son los productores primarios que transforman la energía del sol en energía química a través de la fotosíntesis. • Primero la molécula de clorofila absorbe la energía de la luz y divide las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. • Como segundo paso, el bióxido de carbono es transformado en carbohidratos (azúcares), es decir en moléculas mayores de carbono, hidrógeno y oxígeno. Procesos ecológicos de los ecosistemas 2
Flujo de energía (b)
• Los herbívoros, como consumidores secundarios, se alimentan de las plantas y obtienen de ellas nutrientes y energía, que a su vez son pasados a los carnívoros y de éstos a los descomponedores. • Al flujo de energía a través de los seres vivos se le conoce como cadena trófica (del griego trofos, alimenticio) o cadena alimentaria y a cada uno de los niveles por los que pasa, se le conoce como niveles tróficos.
Procesos ecológicos de los ecosistemas 3
• En cada transformación, parte de la energía se transforma en calor (segunda ley de la termodinámica), así que siempre habrá más productores primarios que herbívoros y siempre habrá más herbívoros que consumidores secundarios (carnívoros) formando una pirámide trófica.
• La gran mayoría de los seres vivos para utilizar la energía, tienen que obtenerla de las moléculas donde está guardada. Los carbohidratos al ser combinados con oxígeno, se rompen, proporcionando energía y regresando a ser bióxido de carbono y agua. A este proceso se le conoce como respiración.
NIVELES DE ORGANIZACIÓN ECOLOGICA.
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Individuo
Especie
Población
Comunidad
• Los estudios y procesos ecológicos se realizan a diferentes niveles de jerarquía, o niveles de organización ecológica, los cuales incluyen: individuo, especie, población, comunidad y ecosistema.
NIVELES DE ORGANIZACIÓN ECOLOGICA.
Individuo • Es todo ser vivo presente en la naturaleza por ejemplo, planta, árbol, bacteria, hombre, perro, una flor, etc. Especie
• Son los individuos que se reproducen entre sí, donde sus crías son fértiles, existen casos en que dos individuos de diferente especie pueden reproducirse, pero en este caso sus crías no son fértiles, por ejemplo el burro con una yegua el resultado es una mula pero esta no es fértil o sea no produce descendencia. Población • Es un grupo de organismos de la misma especie que se cruzan entre sí y habitan en un área geográfica particular en un tiempo determinado. Son ejemplos de poblaciones, los humanos, manzanos, búfalos, etc. Comunidad
COMUNIDAD • Como todos los seres vivos requieren de otros seres vivos iguales a ellos o de otras especies, surge la Comunidad o Biocenosis que corresponde al conjunto de poblaciones, animales y vegetales que se relacionan entre sí en un lugar determinado.
• En toda biocenosis existe una estructura y una dinámica
Estructura y dinámica de la comunidad
• Estructura de una comunidad biológica. • Está determinada por la clase, número y distribución de los individuos que forman las poblaciones. En la estructura de una comunidad biológica se distinguen tres aspectos fundamentales: composición, estratificación y límites.
• Dinámica de una comunidad biológica. • La estructura física y biológica no es una característica estática de la comunidad, ya que cambia temporal y espacialmente. Dinámica de la comunidad
• La estructura vertical de la comunidad cambia con el tiempo, conforme los organismos que la forman nacen, crecen y mueren. • Las tasas de natalidad y mortalidad de las especies varia en respuesta a los cambios ambientales, cambiando el patrón de diversidad y dominancia de las especies, lo que lleva a lo largo del tiempo y en el espacio a un cambio en la estructura de la comunidad, tanto física como biológica, este cambio en el patrón de la estructura de la comunidad es lo que se llama dinámica de comunidades. • Dentro de la dinámica podemos encontrar tres puntos fundamentales: las sucesiones ecológicas, las fluctuaciones y las interacciones que se desarrollan entre las poblaciones. Ambiente 1
• El ambiente (al que también llamamos medio ambiente) son todos aquellos factores que nos rodean (vivientes y no vivientes) que afectan directamente a los organismos (como nosotros). • El ambiente de un niño en la ciudad de Veracruz es distinto al de una niña en la ciudad de Oaxaca, aunque compartan algunos factores comunes, como el hecho de que ambos viven en un área urbana, pero tienen diferentes climas y vegetación, e incluso distintas condiciones culturales. Es decir, el ambiente no está constituido sólo por factores físico‐
naturales, sino por factores sociales, económicos, culturales, históricos, etc.
Ambiente 2
• El ambiente es un concepto muy amplio y globalizador que incluye prácticamente todo lo que nos rodea, incluidos nosotros mismos.
• Asimismo, una de las principales características del ambiente es su dinamismo, es decir, que se encuentra en permanente transformación.
Ambiente 3
• El ambiente estaría constituido por el medio físico, entendido como el conjunto de componentes que existen naturalmente en el mundo, tales como los minerales, los océanos, la atmósfera, las plantas y todos los animales –la especie humana incluida‐ y, por el medio humano, es decir el conjunto de componentes creados por la especie humana empleando sus culturas y tecnologías, tales como las ciudades, los campos de cultivo y las comunicaciones. • El medio también puede entenderse como aquel elemento en el que habita o se desenvuelve un ser vivo, por ejemplo, el medio en el que viven los peces es el acuoso, ya sea dulce o salada.
• El uso del concepto ‘medio ambiente’, no es adecuado porque resulta redundante.
Bioma 1
• Los biomas son los mayores agrupamientos regionales de plantas y animales distinguibles a una escala global. • Sus patrones de distribución están fuertemente correlacionados con los patrones climáticos regionales e identificados de acuerdo con el tipo de vegetación clímax. • Sin embargo, un bioma se compone no sólo de la vegetación clímax, sino también de las comunidades sucesionales asociadas, comunidades subclímax
persistentes, la fauna y los suelos.
Bioma 2
• El concepto de bioma comprende la idea de comunidad, de la interacción entre la vegetación, las poblaciones animales y el suelo. • Un bioma (también llamado área biótica) se puede definir como una región importante de grupos distintivos de animales y plantas bien adaptados al entorno físico de su área de distribución.
Ejemplos de biomas en el mundo
Biomas Terrestres
• Tundra
• Bosque boreal (Taiga)
• Bosque deciduo de hoja ancha templado
• Matorral mediterráneo
• Pastizales templados
• Matorral desértico
• Bosque lluvioso tropical
• Sabanas tropicales
Biomas marinos
• Bioma costero
• Plataforma continental
• Mar profundo
Regiones biogeográficas
• Las regiones biogeográficas, identificadas originalmente por el ornitólogo inglés Philip L. Sclater (1829‐1913) y el botánico alemán H.G. Adolf Engler (1844–1930), son grandes extensiones con flora y fauna particular debido a su aislamiento durante la deriva continental.
• Alfred Russell Wallace (1823‐1913), naturalista inglés, contribuyó grandemente a la biogeografía con su libro “La Distribución Geográfica de los Animales” en 1876. • En principio se identificaron seis regiones: Paleártica (Europa y Asia), Neártica (Norteamérica), Neotropical (México, Centro y Sudamérica), Etiópica (África), India (Sureste de Asia, Filipinas, Indonesia) y Australiana (Australia y Nueva Guinea). Actualmente se reconocen ocho: se añadió Oceanía (Polinesia, Fiji y Micronesia) y Antártica.
• México se encuentra en el límite entre dos regiones biogeográficas, la neártica y la neotropical, lo que contribuye a su gran riqueza natural.
Las ecorregiones terrestres de México 1 (Challenger y Soberón, 2008)
• Se trata de una regionalización ampliamente usada, basada en considerar que incluso en condiciones climatológicas, geológicas y edafológicas similares, las regiones que han estado separadas por su historia geológica suficiente tiempo tienen floras y faunas distintas.
• Los factores biogeográficos han desempeñado papeles de gran importancia en la historia evolutiva de la flora y la fauna de México.
• Por ello, un bosque de pino y encino de la Sierra Madre Occidental de Chihuahua, aunque parecido en términos fisonómicos a un bosque de pino y encino de la Sierra Madre del Sur de Guerrero, comparte poco en términos de las especies dominantes de la comunidad. Las ecorregiones terrestres de México 2 (Challenger y Soberón, 2008)
• Las diferencias regionales en la historia biogeográfica y la distribución de los conjuntos de especies, se pueden delimitar cartográficamente utilizando el concepto de “ecorregiones”, en donde las unidades se subdividen utilizando criterios ambientales, dados por tipos de vegetación con estructura y composición de especies de flora y fauna similares, por rasgos fisiográficos como sierras, mesetas, planicies y cuencas, así como por elementos del clima como humedad y temperatura. • En estas unidades se establecen comunidades bióticas ubicadas con rasgos topográficos comunes, bajo la influencia de un determinado clima.
Las ecorregiones terrestres de México 3 (Challenger y Soberón, 2008)
• De acuerdo con sus afinidades ecológicas y biogeográficas, se han definido las ecorregiones de América del Norte.
• Cada una de estas ecorregiones incluye uno o más ecosistemas, que a su vez incluyen distintas comunidades de flora y fauna.
• La delimitación de las ecorregiones se hace a diferentes niveles de resolución, del I al IV; en México, en el primer nivel (1:50 000 000) se han definido 7 ecorregiones, mientras que en el nivel IV (escala 1:1 000 000) se tienen 96 ecorregiones terrestres sin considerar los cuerpos de agua. Ecosistemas potenciales de México (CONABIO, 2015)
Ecosistemas actuales de México (CONABIO, 2015)