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01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 6 6 1 3 · Los ecosistemas Formula VAMOS A CONOCER… El ecosistema Los factores limitantes del medio • Área de distribución de las especies Las adaptaciones de los seres vivos al entorno • Adaptaciones relacionadas con la temperatura • Adaptaciones relacionadas con la luminosidad • Adaptaciones relacionadas con la humedad La circulación de materia y energía en el ecosistema • Reciclado de la materia: los ciclos biogeoquímicos • Los niveles tróficos del ecosistema • Cadenas alimentarias • Rendimiento energético en el ecosistema Biodiversidad en los ecosistemas ¿QUÉ SABES DE ESTO? 1. ¿Qué es un ecosistema? ¿QUÉ SABES DE ESTO? 2. ¿Por qué cada especie tiene un área de distribución concreta y no encontramos especies que se distribuyan por todo el planeta? 3. ¿Cómo fluyen la energía y la materia entre los organismos de un ecosistema? 4. ¿Qué beneficios aporta la biodiversidad o riqueza de especies de un ecosistema? 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 7 La vida en la Tierra se desarrolla en armonía con los espacios que ocupa en el planeta, ya que los seres vivos y el medio se influyen recíprocamente. La humanidad ha talado selvas, ha secado humedales y ha ganado tierras para la agricultura. Pero ahora hay un deseo creciente de recuperar parte de lo que se ha perdido y que se considera necesario. Para que las recuperaciones tengan éxito se requiere la ayuda de la ciencia ecológica, el conocimiento de la biología de las poblaciones, de la competencia entre especies, y de la variabilidad y estabilidad de los ecosistemas. Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 8 Biología y Geología 8 Y 1. El ecosistema En la fotografía aparece el bosque de ribera, un bosque alineado con el margen de los ríos. Este paisaje, que presenta unas condiciones ambientales singulares, adquiere una fisonomía semejante en todos los continentes y está formado por plantas y animales que, aunque no son idénticos, tienen una organización muy parecida, relacionada con los factores del medio. La ecología es la ciencia que busca regularidades en la aparente complejidad de la naturaleza. Esta ciencia describe la naturaleza en términos de materia, energía y organización. El nivel de estudio de la ecología es el ecosistema, una entidad que engloba la diversidad de organismos que habitan en el seno de un ambiente físico. Biocenosis y biotopo El conjunto de seres vivos que integran el ecosistema constituyen la biocenosis o comunidad biológica del ecosistema, y las condiciones fisicoquímicas del ambiente donde habitan, el biotopo. El ecosistema es una unidad funcional formada por la comunidad de seres vivos de igual o distinta especie que interactúan entre sí y con los factores fisico-químicos del medio en que habitan. Entre todos los componentes del ecosistema se establece una relación de interdependencia dinámica, que es cambiante y le hace capaz de responder a los cambios ambientales que pueden producirse sobre el ecosistema. El tamaño del ecosistema es variable, puede ser el océano, una charca, un bosque tropical o un simple árbol caído en el bosque. ACTIVIDADES 1. De los elementos que aparecen en la fotografía, cuáles son constituyentes de la biocenosis y cuáles lo son del biotopo. 2. Cita ejemplos de interdependencia entre elementos de la biocenosis y del biotipo de la fotografía. 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 9 1 · Los ecosistemas 9 2. Los factores limitantes del medio El arrecife coralino de las fotografías corresponde a una zona costera cálida, bien iluminada, con alto contenido en oxígeno. Estas condiciones son óptimas para que los corales y numerosas especies de peces crezcan y se reproduzcan eficazmente. A medida que nos alejamos de la costa, hacia aguas más frías y menos luminosas, estos organismos comienzan a escasear y finalmente desaparecen. a Arrecifes coralinos. Los corales y todas las especies del planeta se desarrollan y se reproducen dentro de unos valores físico-químicos del medio, denominados intervalo de tolerancia. Los márgenes del intervalo representan los límites de tolerancia, mas allá de los cuales la especie ya no puede sobrevivir. Entre esos límites hay unos valores óptimos para el crecimiento de la especie. A medida que la especie se aleja de esos valores, su supervivencia se hace más difícil, hasta llegar a ser imposible. El factor ambiental que impide, por exceso o por carencia, la presencia de un organismo en un determinado lugar se denomina factor limitante. valores óptimos zona de intolerancia ausencia de la especie zona de estrés fisiológico abundancia de la especie presencia infrecuente de la especie límite de tolerancia por un valor demasiado bajo ÓPTIMO FACTORES AMBIENTALES zona de zona de estrés intolerancia fisiológico ausencia presencia de la especie infrecuente de la especie límite de tolerancia por un valor demasiado alto Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 10 Biología y Geología 10 Y 2.1. Área de distribución de las especies Los factores limitantes determinan el área de distribución de las especies. Los principales factores limitantes son la disponibilidad de agua, la luminosidad, los nutrientes y la temperatura. El periodo de reproducción suele ser un momento crítico en que los factores ambientales pueden actuar como limitantes. Diversidad Baja a Distribución Alta mundial de los arrecifes de coral. Para expresar el grado de tolerancia de las especies a un determinado factor se emplean los prefijos euri, que indica un amplio margen de tolerancia a un factor ambiental, y esteno, un estrecho margen de tolerancia. Los organismos euri cuentan con más posibilidades de tener áreas de distribución amplias, mientras que las especies esteno están muy localizadas y suelen ser una forma de especialización a un medio concreto. Tipo de peces Valores límite de Hábitat tolerancia a la temperatura A. Pez disco 25 ºC - 28 ºC Arrecife de coral B. Pez arco-iris 20 ºC - 30 ºC Norte de Australia C. 4 ºC - 28 ºC Gambusia Mediterráneo D. Perca Centroeuropa 4 ºC - 19 ºC A B C D ACTIVIDADES 3. Ordena los peces de la tabla de mayor a menor amplitud de tolerancia a la temperatura. ¿Cuál de estos peces será euritermo? ¿Y estenotermo? ¿Cuál tendrá una mayor área de distribución? 4. La trucha vive solo en las aguas frías de ríos bien oxigenados; el salmón vive en el mar y se introduce en los ríos fríos y bien oxigenados para desovar. Desde el punto de vista de la temperatura y del contenido en sales del agua, ¿cómo es cada uno de estos peces? 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 11 1 · Los ecosistemas 3. Las adaptaciones de los seres vivos al entorno Las adaptaciones son las respuestas morfológicas o de comportamiento de los organismos para aprovechar las condiciones más favorables del medio. 3.1. Adaptaciones relacionadas con la temperatura La vida puede existir solo dentro de unos márgenes de temperatura, entre 0 °C y 50 °C; ya que cuando esta es muy baja, no pueden darse las reacciones biológicas del organismo, y cuando es alta destruye las moléculas que son esenciales para la vida. Los animales buscan ambientes con temperaturas adecuadas o bien crean ambientes internos adecuados. El mantenimiento de una temperatura constante depende del equilibrio entre la ganancia y la pérdida de calor. Según la fuente generadora de calor, que puede ser externa o encontrarse dentro del organismo, los animales pueden ser: • Ectotermos: reciben el calor del exterior, por lo que su actividad vital depende de los cambios de temperatura del ambiente. La mayoría de los ectotermos acuáticos no pueden regular su temperatura y mantienen una temperatura corporal igual a la temperatura del medio acuoso externo; en ese caso, se los considera poiquilotermos?. Los ectotermos terrestres, como los reptiles, regulan su temperatura corporal controlando la cantidad de calor que captan del exterior o reduciendo su actividad en vida latente, hasta la estación cálida. • Endotermos: generan calor interno mediante la oxidación de moléculas, lo que les permite la regulación precisa de la temperatura corporal a pesar de las fluctuaciones de la temperatura del ambiente, por lo que las condiciones climáticas modifican poco su actividad. Esa es la razón por la que son buenos homeotermos?. a Los 11 Temperatura de los reptiles Los reptiles son capaces de mantener su temperatura corporal estable utilizando estrategias como: orientar su cuerpo exponiendo la máxima superficie a la radiación solar, de modo que adquieren calor rápidamente; cambiar frecuentemente de posición y levantar su cuerpo para que el aire circule por debajo y se enfríe; ocultarse para protegerse de los predadores cuando no están expuestos al Sol y su metabolismo desciende. QUÉ SIGNIFICA… ? Poiquilotermos: animales con temperatura corporal variable con el ambiente. Homeotermos: animales que mantienen la temperatura corporal constante e independiente de las fluctuaciones de la temperatura ambiental. vegetales también se adaptan a los cambios de temperatura. Evitan la pérdida de calor, en la época fría, perdiendo las hojas y reduciendo su actividad, y recuperan esta en la época cálida creciendo y floreciendo. Las imágenes muestran los cambios morfológicos en el haya para adecuarse a las estaciones climáticas. Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 12 Biología y Geología 12 Y 3.2. Adaptaciones relacionadas con la luminosidad ? La luz proporciona la energía que utilizan las plantas para la fotosíntesis. Los animales dependen del alimento producido por las plantas en este proceso, por lo que la luz no solo es un factor vital sino también un factor limitante. QUÉ SIGNIFICA… Fotoperiodo: número de horas de luz al día. Estrategia adaptativa: estructuras morfológicas o de comportamiento que presentan los organismos que les pemiten aprovechar las condiciones del medio más favorables. El fotoperiodo? o número de horas de luz al día, influye en la actividad vital y en el comportamiento de los organismos. Determina el inicio de la migración o la época de celo en los animales y la floración en los vegetales. Los animales diurnos, nocturnos o crepusculares presentan diferentes estrategias adaptativas?. Así, las aves y mamíferos de vida nocturna tienen ojos capaces de diferenciar nítidamente las formas de los objetos pero no los colores, mientras que en los de vida diurna ocurre lo contrario. En el mar, la luz disminuye con la profundidad, de modo que pueden diferenciarse las siguientes zonas en función de la iluminación: • Zona fótica. Es la zona iluminada que llega hasta los 200 m de profundidad, y en ella viven los organismos marinos. En toda esta zona hay luz, pero a partir de los 100 m de profundidad la luz es ya muy escasa y no es suficiente para que las algas y otros seres vivos realicen la fotosíntesis. • Zona oligofótica. Entre 100 y 500 m de profundidad, la luz es muy escasa. • Zona afótica. Se encuentra por debajo de los 500 m, hay oscuridad total y únicamente contiene organismos heterótrofos. Distribución de la vida en el mar abierto Algunos de los organismos que se localizan en la zona de luz o fótica son el fitoplancton, el zooplancton, el tiburón blanco, el delfín mular, el pez erizo, la tortuga boba y la estrella de mar; en la zona de penumbra o oligofótica se encuentra el cachalote, y en la zona de medianoche o afótica, el pez víbora, el pez pelícano y el rape de profundidad. Practicando el submarinismo se pueden observar y fotografiar los fondos marinos más vistosos y con mayor diversidad de especies animales (invertebrados y peces) y vegetales (algas y fanerógamas marinas que se encuentran sobre la plataforma continental marina, en los primeros 50 metros de profundidad. Sol Aguas neríticas a Supra Litoral Meso Litoral Infra Litoral Fótica 200 Afótica 2.000 Talud continental 4.000 6.000 9.000 a Zonas en función de la iluminación en el mar. 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 13 1 · Los ecosistemas 13 3.3. Adaptaciones relacionadas con la humedad El agua es una necesidad fisiológica para todos los seres vivos y, por tanto, un factor que limita la vida en el medio terrestre. En las regiones áridas, la estrategia adaptativa de los organismos consiste en asimilar toda el agua posible cuando llueve y no perderla por transpiración. Las plantas adquieren el agua mediante largas raíces que llegan hasta los acuíferos profundos o reteniendo las gotas del rocío entre los pelos rígidos de las hojas. Disminuyen la transpiración cubriendo sus tallos y hojas con una gruesa capa de cera o reduciendo sus hojas a espinas. Ecosistemas h En tu CD Selección de Encarta de Microsoft, en la carpeta medio ambiente, encontrarás información y elementos multimedia sobre los contenidos de esta unidad. Los animales evitan la deshidratación mediante tegumentos más o menos gruesos que impiden la pérdida de agua, se vuelven nocturnos y permanecen escondidos o enterrados durante el día. En las regiones húmedas, la estrategia consiste en desarrollar mecanismos que eliminen el exceso de agua. Las plantas eliminan el exceso de agua a través de los finos pelos y tegumentos de las hojas donde la transpiración es muy activa. a A través de los suaves pelos de las hojas del haya se produce una activa transpiración. a Entre los rígidos pelos de la viborera quedan atrapadas las gotas del rocío al amanecer. ACTIVIDADES 5. Establece las semejanzas y diferencias entre poiquilotermo y ectotermo, y entre endodermo y homeotermo. 6. ¿De qué manera influye el fotoperiodo en el comportamiento de plantas y animales? 7. ¿Qué estrategias adaptativas desarrollan las plantas en los medios húmedos y áridos? Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 14 Biología y Geología 14 ? QUÉ SIGNIFICA… Organismos autótrofos: organismos que usan como fuente de materia moléculas inorgánicas. Organismos heterótrofos: organismos que usan como fuente de materia moléculas orgánicas. Organismos fotosintéticos: organismos que usan como fuente de energía la luz solar. Organismos quimiosintéticos: organismos que usan como fuente de energía sustancias orgánicas o inorgánicas. Y 4. La circulación de materia y energía en el ecosistema La vida está organizada sobre un progreso de cambios de materia en los que la energía se transfiere, se degrada y no es recuperable. La energía que es usada directamente en las actividades vitales, llega al planeta en forma de radiaciones luminosas procedentes del Sol. Por medio de la fotosíntesis, entra en los organismos autótrofos? y se transforma en energía química que se transfiere y circula, a través de los organismos heterótrofos?, asociada a los compuestos químicos de los alimentos que ingieren. En cada transferencia de energía hay una degradación de esta a calor, que se disipa y agrega al ambiente y no se puede recuperar. La energía fluye por el ecosistema en un flujo abierto. La materia orgánica que elaboran los organismos autótrofos pasa a los herbívoros y de estos a los carnívoros y a los detrívoros (descomponedores y transformadores), que la devuelven al medio degradada y mineralizada en moléculas inorgánicas para ser reutilizada de nuevo por las plantas. La materia circula dentro del ecosistema siguiendo un ciclo cerrado. En el ecosistema, la circulación del flujo abierto de la energía impulsa el ciclo cerrado de la materia. Por tanto, la vida en la Tierra depende en gran medida de dos procesos: el flujo de energía y el reciclado de materia. Radiación solar CO2 C-C-C-.... Energía química (fotosíntesis) Calor Calor disipado disipado Calor Calor disipado disipado C-C-C-.... Energía química (alimentos) VEGETALES HERBÍVOROS CARNÍVOROS Productores Consumidores primarios Consumidores secundarios Energía química (materia orgánica descompuesta) BACTERIAS, HONGOS, ETC. Sales minerales Calor Calor disipado disipado a Esquema C-C-C-.... Energía química (alimentos) de la circulación de materia y energía en el ecosistema. Descomponedores 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 15 1 · Los ecosistemas 15 4.1. Reciclado de la materia: los ciclos biogeoquímicos Los ciclos biogeoquímicos expresan los caminos por los que circulan los nutrientes desde el ambiente no vivo (atmósfera, hidrosfera o corteza terrestre) hasta los organismos vivos, y de vuelta al ambiente no vivo. Un elemento químico, que en un momento concreto forma parte de un ser vivo, en otro momento es un constituyente del medio en el que vive el organismo. Estos ciclos, que están activados directa o indirectamente por la energía que proviene del Sol, son, entre otros, los del carbono y del nitrógeno. Ciclo del carbono Atmósfera (CO2) El carbono forma parte de las moléculas que constituyen los seres vivos. El nitrógeno regresa al suelo, en forma de amoníaco, con los productos de desecho de organismos vivos y de los cadáveres. En el suelo, de nuevo es transformado por las bacterias quimiosintéticas en nitratos, que son reutilizados por los seres autótrofos o incorporados a la atmósfera por las bacterias desnitrificantes que los transforman en N2. Combustibles fósiles Rocas calcáreas a Esquema Consumidores secundarios del ciclo del carbono. ATMÓSFERA de sc om po sic ió n Absorción excreción El NH3 es transformado en nitratos (NO3-) por la acción quimiosintética de las bacterias nitrificantes, y así puede ser utilizado por las plantas para formar los compuestos nitrogenados, proteínas y ácidos nucleicos. Consumidores primarios Descomponedores bacterias nitrificantes NO3 nitratos a Esquema del ciclo del nitrógeno. NO2 nitritos fijación por bacterias (proceso quimiosintético) El nitrógeno está presente en la atmósfera, como moléculas de N2, pero en esta forma solo puede ser aprovechado por ciertas bacterias (del género Clostridium, Rhizobium y Azotobacter) y algunas cianofíceas (Anabaena y Nostoc), ya que estos microorganismos son capaces de fijar el N2 atmosférico y transformarlo en amoníaco, NH3. Respiración descomposición Ciclo del nitrógeno Emisión Productores Alimentación Mineralización Parte del carbono es retenido en la Tierra, durante largos periodos de tiempo, en los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) hasta ser liberado a la atmósfera como CO2, cuando estos combustibles son extraídos y quemados. Combustión bacterias desnitrificantes Los vegetales absorben CO2 de la atmósfera o del agua, y mediante la fotosíntesis lo convierten en moléculas orgánicas, como la glucosa. El CO2 fijado por los seres autótrofos pasa a los organismos heterótrofos y a los descomponedores a través de su alimentación, y regresa al agua o a la atmósfera por medio de su respiración. Fotosíntesis NH3 amoníaco Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 16 Biología y Geología 16 Y 4.2. Los niveles tróficos del ecosistema Todos los organismos de un ecosistema, muertos o vivos, son fuente potencial de alimento para otros. La transferencia de energía alimenticia a través de una serie de organismos, en el que cada uno se alimenta del precedente y es alimento del siguiente, se denomina cadena trófica. A cada organismo de la cadena se le asigna un nivel trófico o de alimentación dependiendo de lo que produce, come o descompone. La cadena trófica se compone de los siguientes niveles tróficos: En las costas, la garza real captura peces serranos que viven entre rocas y vegetación Entre la vegetación acática sumergida viven los alevines y jóvenes anchoas que son capturados por los serranos • Productores. Primer nivel. Son los organismos autótrofos fotosintéticos, que utilizan la energía solar para sintetizar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas que toman del aire y del suelo. Son las cianobacterias, el fitoplancton y las plantas. • Consumidores primarios. Segundo nivel. Seres que se alimentan de los productores primarios. Son los herbívoros. • Consumidores secundarios. Tercer nivel. Son los organismos carnívoros que se alimentan de los consumidores primarios. Las anchoas se alimentan de zooplancton (larvas de crustáceos) que a su vez se alimenta de fitoplancton (algas microscópicas) a Cadena • Consumidores terciarios. Son los animales que se alimentan de los consumidores secundarios. Los consumidores secundarios y terciarios son los animales que cazan sus presas o bien son parásitos que sin matar a su hospedador se alimentan de él. • Descomponedores y transformadores. Son los organismos que llevan a cabo el reciclaje de la materia, al descomponer la materia orgánica de los organismos muertos de cada nivel transformándola en materia inorgánica que será utilizada nuevamente por los organismos autótrofos. Los descomponedores, bacterias y hongos, se alimentan de cadáveres, excrementos y residuos que transforman en compuestos inorgánicos; los transformadores, bacterias quimiosintéticas, obtienen la energía oxidando las moléculas inorgánicas que resultan de la actividad de los descomponedores. trófica-acuática. Red trófica La mayoría de los consumidores se alimentan de más de un tipo de organismos, y a su vez son fuente de alimento de otros tantos niveles tróficos diferentes. Esto hace que la estructura trófica de los ecosistemas sea una red compleja de relaciones alimentarias, denominada red trófica. a Red trófica-marina. 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 17 1 · Los ecosistemas 17 4.3. Cadenas alimentarias Las cadenas alimentarias describen de modo sencillo las relaciones tróficas (de alimentación) entre las distintas especies que forman un ecosistema y reflejan el sentido del flujo de materia y energía que atraviesa el ecosistema. En la mayoría de los ecosistemas es posible distinguir dos tipos de cadenas: • Cadena de herbívoros: formada por productores (cianobacterias, fitoplancton, vegetales), consumidores primarios (herbívoros) y consumidores secundarios (carnívoros). c Cadenas de herbívoros en un robledal. • Cadena saprofítica o de detritus: compuesta por descomponedores (seres que se nutren de materia orgánica muerta, cadáveres, excrementos) y transformadores (bacterias que oxidan las moléculas inorgánicas resultantes de la actividad de los descomponedores). Hojas de roble caídas en otoño c Cadena Hoja de roble Bellota saprofítica en el suelo de un robledal. Materia orgánica muerta Descomponedores Hongos Materia mineral Bacterias Depredadores Transformadores Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 18 Biología y Geología 18 Y 4.4. Rendimiento energético en el ecosistema La acción recíproca entre los individuos de cada nivel trófico se traduce en una estructura trófica definida y característica de cada ecosistema que se puede expresar, en forma gráfica, mediante pirámides ecológicas que sitúan en la base el nivel de los productores. Los niveles sucesivos (consumidores primarios, secundarios, etc.) son los demás escalones hasta el ápice. ? Cada población pierde en su respiración una fracción importante de la energía que recibe, de forma que la energía que fluye por un nivel trófico es la décima parte de la que fluye por el nivel precedente. QUÉ SIGNIFICA… Biomasa: cantidad de materia orgánica que constituye un organismo, un nivel trófico o el ecosistema. Se mide en gramos de materia viva por unidad de superficie o volumen. Producción: incremento de biomasa por unidad de tiempo (kg/m2/año). Productividad: cantidad de energía producida en un nivel trófico o en el ecosistema (producción/biomasa). Esto quiere decir que la energía que atraviesa un ecosistema se divide por diez en cada paso de nivel trófico, o lo que es lo mismo, en cada paso de nivel trófico se pierde cerca del 90% de la energía utilizable. Por esta condición del flujo de energía, la longitud de una cadena alimentaria no va más allá de cinco eslabones. Para caracterizar cada nivel trófico se utiliza la biomasa? expresada en gramos de materia viva por unidad de superficie o volumen. La producción? de cada nivel trófico expresa el aumento de biomasa por unidad de superficie o volumen y unidad de tiempo (g/m2 /año). La productividad? se utiliza para expresar la relación entre producción y biomasa y mide la cantidad de energía producida en un ecosistema, nivel trófico o población en un momento dado. La importancia de cada nivel trófico en el ecosistema puede evaluarse en términos de biomasa, número de individuos o productividad. Estos valores pueden expresarse en forma de pirámides ecológicas. 2 consumidores terciarios 120.000 consumidores secundarios B Invierno C2 - 3 C1 - 10 P-2 C3 - 21 C2 - 383 200 productores 150.000 consumidores primarios Individuos por 0,1 ha en un bosque templado a Pirámide de números. Expresa el número total de individuos que constituyen cada nivel. C1 - 3 368 P - 20 810 A Primavera Pirámide de energía. Representa el contenido energético de cada nivel. a ACTIVIDADES 8. ¿De qué manera interviene el ser humano en el ciclo del carbono? 9. ¿Qué ocurriría en el mar si por efecto de la contaminación desapareciera el fitoplancton? 10. ¿Qué papel desempeñan en las cadenas tróficas los descomponedores? 11. Razona cuál de las cadenas de alimentación es menos eficiente desde el punto de vista energético: a) alfalfa _ ternera _ niño b) fitoplancton _ zooplancton _ sardinas _ bonito _ niño 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 19 1 · Los ecosistemas 19 Biodiversidad significa riqueza de especies. Refleja el número de especies diferentes que viven en los ecosistemas. La biodiversidad se manifiesta en distintas escalas de la vida, la diversidad genética, la variedad de especies y la cantidad de individuos por especie, así como la complejidad interna de los ecosistemas y la diversidad de los ecosistemas. Desde hace 600 millones de años, el número de especies ha ido aumentando en nuestro planeta, aunque no de forma constante sino intercalado con masivas desapariciones de especies en cortos periodos de tiempo. Diversidad de géneros 5. Biodiversidad en los ecosistemas Millones de años a En la actualidad hay descritas cerca del millón y medio de especies, aunque se estima que podrían llegar hasta los 100 millones. ¿Por qué se pierde biodiversidad en el planeta? El ser humano, con sus acciones, ejerce una gran influencia sobre los ecosistemas al provocar desajustes en sus componentes abióticos o bióticos, que le hacen perder su capacidad de autorregulación y su estabilidad. La biodiversidad se pierde al alterar, fragmentar o destruir hábitats, por medio de la agricultura, la industria, el urbanismo o la contaminación; por sobreexplotación de especies a causa de la caza, el coleccionismo, el sobrepastoreo, la sobrepesca o el comercio de especies protegidas; o al introducir especies procedentes de otros ecosistemas que desplazan o depredan a las especies autóctonas. El valor ecológico de la biodiversidad La biodiversidad es una de las mayores riquezas que posee el planeta. Influye en la composición atmosférica y la estabilidad del clima, en la circulación de elementos químicos, en la formación de suelos y es una fuente de recursos energéticos, alimenticios y de materias primas para la industria farmacéutica y química. La variedad de ecosistemas en el planeta y la diversidad de genes han posibilitado y posibilitarán la evolución de las especies. Cuanto mayor es el número de interacciones que se establecen en los ecosistemas, es decir, cuanto mayor es su diversidad, más estables permanecen en el tiempo. Por ese motivo la conservación de la diversidad biológica se ha convertido en una preocupación global. ACTIVIDADES 12. ¿De qué manera están contribuyendo las actividades humanas a la desaparición de especies en el planeta? c d Y 01 BioGeo 4°eso 20 22/1/08 16:04 Página 20 Biología y Geología Y PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Estudio de la calidad del agua de un río La actividad que proponemos tiene como objetivo que te inicies en la metodología del trabajo científico. El río es una corriente natural de agua que fluye por la superficie de forma continua y alberga ecosistemas, estrechamente ligados a los ecosistemas terrestres adyacentes. El río recibe los vertidos de los campos y ciudades que atraviesa. Estos vertidos cargan el agua de sustancias que afectan al ecosistema acuático, haciendo que algunos organismos desaparezcan y otros sean más abundantes. Hipótesis de trabajo inicial El trabajo que proponemos va encaminado a conocer el estado de salud de un río próximo a nuestra localidad. Partimos de la hipótesis inicial de que la calidad del agua del río empeora, como consecuencia de los vertidos de las zonas urbanas. El río sería eficiente para autodepurar sus aguas de forma natural con una depuración previa de los vertidos. Diseño de la experiencia Para analizar el tipo de vertidos que recibe el río y los efectos que causan sobre la vida del ecosistema acuático analizaremos qué cambios físicos y químicos producen los vertidos en diferentes tramos del río y qué efectos ocasionan sobre los organismos del ecosistema fluvial. 1. Planificación del muestreo Los puntos de muestreo deben situarse en el tramo alto del río (para conocer las condiciones iniciales del agua), después de atravesar pequeñas poblaciones urbanas y zonas agrícolas, y después de discurrir por una gran ciudad. 1. Primer punto de muestreo: tramo alto del río 1 2. Segundo punto de muestreo: tramo medio, zonas agrícolas y poblaciones rurales 3. Tercer punto de muestreo: salida de grandes poblaciones urbanas 2 3 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 21 1 · Los ecosistemas 21 2. Toma de muestras y análisis físico-químico del agua Material necesario: botas tipo pescador, conductímetro, termómetro y pHmetro digital, y kits de análisis rápido de aguas. En cada punto de muestreo se realizarán las siguientes mediciones: • Medida de la conductividad, pH, temperatura y transparencia: para anotar estas medidas hay que introducirse en el agua con botas de pescador y utilizar un conductímetro, un phmetro y un termómetro digital. La temperatura debe medirse primero en el aire y después en el agua. Además debe anotarse la hora exacta de la medición. • Medida del contenido en oxígeno disuelto, amonio, nitratos y fosfatos del agua del río. Se mide con los kits de reactivos químicos específicos de análisis rápidos de aguas. 3. Uso de bioindicadores para determinar la calidad del agua del río Existen determinados macroinvertebrados estenoicos cuya presencia o ausencia en los ríos permite reconocer la calidad de sus aguas. Material necesario: tamiz de nailon de 90 x 100 cm de diámetro (con malla de 2 mm), bandeja de plástico blanca, lupa de mano y malla de nailon con mango. Puntos de muestreo: en cada punto de muestreo se toman muestras en las zonas del río más representativas (zona con vegetación acuática, zona de fondo rocoso). Toma de muestras: se lleva a cabo entre dos personas. Una se sitúa corriente arriba para remover del fondo piedras, arenas y raspar los lados ocultos de las rocas. La otra persona se sitúa a un metro aguas abajo, y con un tamiz o una red recoge los organismos y los vuelca en una bandeja blanca de plástico para su identificación y recuento. Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 22 Biología y Geología 22 Y 4. Determinación del índice de diversidad de especies del ecosistema AGUAS CLARAS Y FRESCAS Número de especies diferentes encontradas ID = —————————————————————— Número total de individuos encontrados INVERTEBRADOS Ninfa de efémera 5. Determinación del índice biótico Es una nota de 0 a 10 que caracteriza la calidad del agua de un río. Ninfa de perlas Gammarus Para determinarlo se identifican los bioindicadores ecológicos y se utiliza la tabla 1. OTROS SERES VIVOS TABLA 1 Plancton: 1 2-5 6-10 11-15 >16 Perlas 6 7 8 9 10 Efémeras 5 6 7 8 9 Tricópteros (Frigáneas) - 5 6 7 8 Gammarus 3 4 5 6 7 Asellus Sanguijuela 2 3 5 - Tubifex 1 2 3 - Eristalis 0 1 1 - Trucha Oedogonium Dinobrio Navicula AGUAS TURBIAS Y CONTAMINADAS INVERTEBRADOS Quironómido Número total de unidades de cada grupo faunístico por toma Índice biótico Grupos faunísticos Quironómidos Sanguijuela Asellus Larva de frigánea OTROS SERES VIVOS Aguas limpias - Aguas contaminadas Plancton: TABLA 2 Grupos faunísticos Barbo Beggiatoa Paramecio Número de individuos de cada grupo faunístico Zona del río Stentor AGUAS MUY CONTAMINADAS CON OLORES Y CIENO FLOTANTES INVERTEBRADOS Eristalis Tubifex 6. Resultados y conclusiones Los valores obtenidos para cada punto de muestreo se expresan en OTROS SERES VIVOS tablas, gráficos, dibujos, esquemas, etc., siguiendo los modelos de las tablas 1 y 2. Plancton: Esfaerótilo Relacionando los valores obtenidos con las características de los luga- Ningún pez res de muestreo se extraen las conclusiones para confirmar o rechaOscillatoria Melosira zar la hipótesis de trabajo inicial. 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 23 1 · Los ecosistemas 23 Parámetros físico-químicos del agua Valores de buena calidad del agua Valores de agua contaminada pH Entre 6,5 - 8,5 < 5,5; > 9,5 Sulfatos (pH ácidos) Indica la alcalinidad o acidez de las aguas. La escala del pH es logarítmica. Así el agua con pH 5 es diez veces más ácida que el agua con pH 6. La mayoría de peces, insectos y anfibios no pueden vivir con pH inferior a 4. Transparencia > 1,5 m <1m La transparencia disminuye al aumentar el contenido de algas (eutrofización), los vertidos químicos (fertilizantes, detergentes, productos de limpieza) y los sólidos en suspensión. Temperatura < 20 ºC 25 – 30 ºC Un incremento de la temperatura aumenta la solubilidad de las sales y disminuye la solubilidad de los gases como el oxígeno, por lo que se reduce la biodiversidad del ecosistema acuático. Conductividad < 1.500 microSiemens/cm < 1.000-2.000 ppm > 1.500 microSiemens/cm > 1.000 – 2.000 ppm Indica la capacidad de transmitir la corriente eléctrica, lo cual depende de la cantidad de sales disueltas en el agua. Contenido de oxígeno disuelto 5 – 7 mg/L < 5 mg/L A concentraciones menores de 5 ppm hay muchos organismos que desaparecen de los ríos. El oxígeno es consumido por los organismos acuáticos y por bacterias aerobias que descomponen la materia orgánica. Las corrientes turbulentas aumentan la cantidad de oxígeno del agua. Contenido de amonio, nitrato y fosfatos < 400 mg/L 1 – 10 mg/L 0,1 – 0,5 mg/L Ausencia > 400 mg/L > 10 mg/L 2 – 8 mg/L Presencia Los vertidos domésticos, industriales y ganaderos llevan gran cantidad de nitrógeno y fósforo. Los nitratos y fosfatos indican escorrentía de fertilizantes de zonas agrícolas, y producen eutrofización de las aguas. La presencia de amonio indica contaminación por vertidos urbanos. Efectos sobre el ecosistema acuático 7. Elaboración de una memoria del trabajo realizado siguiendo los apartados que se indican. Introducción Hipótesis de trabajo • Objetivos que pretende el trabajo. • Delimitar el problema ambiental. • Seleccionar las cuestiones que han de ser investigadas. • Supuesto que se establece como base para la investigación. Metodología • El diseño de la experiencia propuesto para demostrar la certeza o error de la hipótesis de trabajo inicial. • Los materiales y procedimientos utilizados para llevar a cabo la experiencia. Resultados • Exposición de los valores obtenidos en tablas, gráficos y esquemas. • Realización de medias, porcentajes e índices numéricos. • Representación cartográfica de los valores obtenidos en cada punto muestreado. Discusión y conclusiones • Llevar a cabo el análisis y evaluación de los datos obtenidos según la influencia de cada parámetro en la calidad y contaminación del agua. • Analizar las posibles causas de los valores encontrados que nos lleven a confirmar o rechazar la hipótesis inicial. Referencias bibliográficas • Indicar los trabajos y páginas web consultados. 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 24 Biología y Geología 24 Y ACTIVIDADES FINALES 1. El esquema de la izquierda representa una red trófica marina. Indica dos cadenas tróficas que tengan un eslabón común. ¿Qué especies intervienen en más cadenas tróficas? 2. La tabla muestra los intervalos de tolerancia a la acidez del suelo (pH) de distintas plantas. ¿Qué especies podrán plantarse en un mayor número de zonas diferentes? ¿Qué especies son más exigentes con las condiciones de cultivo? ¿Por qué? Acidez del suelo (pH) 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 Alfalfa Remolacha Cebada Trigo Trébol Nabo Avena Centeno Presencia frecuente y buenos rendimientos Rendimientos pobres Presencia poco común 3. Los filodendros son plantas de interior procedentes de América Central. Son delicadas; en invierno, una corriente de aire puede hacer que sus hojas amarilleen y aparezcan manchas oscuras, se caigan y la planta deje de crecer y pueda llegar a morir. Los geranios son plantas de exterior que embellecen los balcones durante todo el año. ¿Cómo son los límites de tolerancia respecto de la temperatura de cada planta? ¿Cuál tendrá mayor área de distribución? Hora Temperatura del aire Temperatura del agua 8 12 ºC 15 ºC 14 21 ºC 16 ºC 18 15 ºC 15 ºC Actividad de la lagartija (%) Temperatura interna (°C) 120 35 100 30 25 80 20 60 4. En la tabla de la izquierda se recogen las temperaturas registradas en horas diferentes de un día de otoño, en el agua de una laguna y en su entorno terrestre inmediato. Realiza un gráfico de las temperaturas del aire y del agua. ¿En qué medio ha oscilado más? ¿Por qué? ¿Qué organismos presentarán mayores adaptaciones a las oscilaciones térmicas, los terrestres o los acuáticos? 15 40 10 20 5 0 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Horas del día Temp. interna de la lagartija Actividad de la lagartija 5. El gráfico de la izquierda recoge la actividad (expresada en porcentaje) que realiza una lagartija a diferentes horas de un día soleado. ¿En qué momentos del día tiene más actividad? ¿Con qué coincide? ¿Puedes establecer una relación entre un factor ambiental y la actividad de la lagartija? Según su temperatura, ¿qué tipo de organismo es? 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 25 1 · Los ecosistemas 25 6. Extrae del texto la argumentación de un hecho biológico: «En el robledal la caída de hojas otoñales supone un suministro de materia orgánica de la que pueden disponer los organismos del suelo». En el suelo, las hojas se embeben de agua y son invadidas por enormes cantidades de microorganismos (hongos y bacterias). Los filamentos de los hongos penetran en el interior de las hojas a través de los poros y digieren parcialmente la pared y el contenido de sus células, facilitando así una posterior entrada de animales detrívoros (colémbolos y lombrices de tierra) que fragmentarán, cada vez más, las hojas parcialmente descompuestas, al final del invierno. En sus excrementos, los restos vegetales, parcialmente digeridos, servirán de alimento a organismos más pequeños que, a su vez, realizarán una fragmentación más fina, favoreciendo la acción final de las bacterias transformadoras o mineralizadoras. Los predadores del suelo (ácaros, arácnidos, nematodos, insectos) se encargan de mantener las poblaciones de detrívoros al alimentarse de ellos. • Después de leer el texto argumenta la frase: «el reciclaje de la materia orgánica es el resultado de un trabajo en cadena». • Realiza una red trófica saprofítica del suelo del robledal. 7. La gráfica de la derecha representa el porcentaje de especies marinas en relación con la profundidad y distancia a la costa. ¿Dónde hay mayor diversidad de especies? ¿Qué factores determinarán el diferente porcentaje de especies en las distintas zonas del mar? 8. Si en un ecosistema se dan los valores de biomasa expresados en la tabla de la derecha: • ¿Cuál de los niveles tróficos tendrá mayor producción? ¿Y productividad? • ¿Qué cantidad de energía pasa del nivel de plantas al de herbívoros? ¿Y de carnívoros I a carnívoros II? ¿Qué paso es más eficiente desde el punto de vista de energía? ¿Por qué? 9. En el cuadro de la derecha aparecen algunas de las especies amenazadas de extinción en nuestro país: • ¿Cómo es la tendencia (positiva o negativa) de cada especie amenazada? • Propón dos medidas que permitan evitar la pérdida de biodiversidad y dos razones por las que especies como el lince ibérico o el urogallo están en peligro. • ¿Cómo podría afectar la introducción de especies alóctonas (procedentes de otros lugares) de mamíferos carnívoros en los ecosistemas donde habita el lince? Niveles tróficos del ecosistema Plantas % de especies 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 200 Biomasa (mg C/m2) de renovación 300 400 Profundidad (m) Tiempo medio de la biomasa (días) 50.000 50 5.000 100 Carnívoros I 300 300 Carnívoros II 40 2.000 Herbívoros Especies amenazadas Número de individuos en la década de 1990 Número de individuos en 2002 Lince ibérico 1.200 200 70 95 40 parejas 9.580 parejas 1.000 parejas 1.400 parejas Urogallo 300 machos 180 machos Águila imperial 126 parejas 175 parejas Avetoro 30 machos 25 machos Oso pardo Quebrantahuesos Buitre negro Tendencia (+ / -) Y 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 26 Biología y Geología 26 Y PANORAMA CIENTÍFICO Los servicios de los ecosistemas «La biodiversidad es una de las mayores riquezas del planeta y la menos reconocida como tal». Para muchos economistas, lo que no tiene precio no tiene valor. Numerosos científicos tratan de cuantificar los servicios objetivos que prestan los ecosistemas y así demostrar las ventajas económicas que comportan. Los recursos naturales que generan los ecosistemas, tales como alimentos, agua, madera, minerales o petróleo, hasta cierto punto son reconocidos dentro del mercado con un valor financiero. Los servicios de los ecosistemas, al contrario, no están reconocidos por el mercado aunque tengan un valor superior a los recursos. Estos servicios incluyen, entre otros, la producción de aire limpio y agua pura, la estabilización del clima, la formación del suelo renovando su fertilidad, la polinización de los cultivos y la disa La tercera parte de los alimentos que se producen en el planeta proviene de plantas polinizadas por polinizadores silvestres: abejas, aves y mariposas proporcionan servicios de polinización gratis. persión de semillas, la movilización de los nutrientes y la detoxificación y descomposición de los residuos, etc. La salud y el bienestar de las poblaciones humanas dependen de estos «servicios», que se realizan aparentemente «gratis». No es posible dar un valor monetario exacto a los servicios que prestan los ecosistemas, pero podemos calcular su valor financiero a partir de lo que proporcionan o de los gastos que ocasiona no contar con ellos. Exposición de un trabajo sobre los servicios de los ecosistemas 1. En Internet encontrarás páginas con información sobre este tema. Utiliza como buscadores «servicios de ecosistemas» o «mercado de servicios de ecosistemas». Algunas páginas interesantes son: • http://www.actionbioscience.org/esp/environment/ ESA.html • http://www.forest-trends.org/documents/press/spanish/expansion-3-10-05.pdf 2. Te será más fácil si ordenas la información que vas obteniendo. Completa un cuadro como el siguiente: 3. Describe casos concretos en los que se visualice cómo las investigaciones ecológicas están pasando de ser una disciplina académica a una ciencia práctica, y se aplican tanto a la recuperación de ecosistemas como a la evaluación del valor de esas Las lombrices de tierra mueven anualmente tondeladas de suelo movilizando nutrientes. a recuperaciones. 4. Confecciona diapositivas en PowerPoint que expliquen los conceptos analizados y su aplicación actual en casos concretos. EL VALOR DE LOS ECOSISTEMAS Recursos que proveen los ecosistemas Servicios que prestan los ecosistemas Ejemplo Valor estimado del servicio 01 BioGeo 4°eso 22/1/08 16:04 Página 27 1 · Los ecosistemas 27 EN RESUMEN EL ECOSISTEMA se compone Biocenosis Biotipo Flujo de energía Reciclaje de materia determina Biodiversidad Redes tróficas Factores limitantes Ciclos biogeoquímicos condiciona Adaptaciones especies Área distribución especies AMPLÍA CON… • http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2ESO/Energia_ ecosistemas/actividad2.htm. Actividad que consiste en describir las características de un biotopo determinado a partir de una fotografía. • http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2ESO/ 11_ecologia/INDICE.htm • http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2ESO/Energia_ ecosistemas/index.htm. Contiene: transferencia de energía en los ecosistemas y juego de memoria para trabajar las relaciones alimentarias en un ecosistema. • http://www.portaldelmedioambiente.com/html/gestor_ biodiversidad/biodiversidad.asp. Incluye noticias actuales sobre medioambiente. • Selección de Encarta de Microsoft. Y