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1 TEMA 9: LOS SERES VIVOS EN SU MEDIO 9.1 INTRODUCCIÓN La ecología es la ciencia que estudia las relaciones entre los seres vivos y entre estos con su medio; también es la ciencia que estudia los ecosistemas, entendiendo por ecosistema, el conjunto formado por un biotopo y una biocenosis. La biocenosis o comunidad es el conjunto de poblaciones que viven en una zona, en un momento concreto y que se relacionan entre si (relaciones interespecíficas). El biotopo es el conjunto del medio, el sustrato y los factores ambientales abióticos. El medio es el fluido que rodea a los seres vivos, puede ser el agua en el medio acuático o el aire en el medio terrestre. El sustrato es la superficie sobre la que se desplazan, fijan o apoyan los seres vivos. Los factores ambientales abióticos, son factores de naturaleza físico química que afectan a los seres vivos, como por ejemplo la temperatura, luz, salinidad, humedad… Una población es un conjunto de individuos de la misma especie que viven en una zona y que se relacionan entre si (relaciones intraespecíficas). 9.2 FACTORES AMBIENTALES Los factores ecológicos o ambientales son las características del medio ambiente que afectan a los seres vivos. Pueden ser bióticos y abióticos. Los abióticos son las condiciones físico-químicas que influyen en los seres vivos; los factores bióticos son los organismos que comparten el mismo medio natural. Para un desarrollo adecuado, cada especie tiene unas necesidades ambientales específicas, por ello los factores ecológicos deben estar dentro de ciertos límites, de manera que si alguno de estos factores es muy extremo, la supervivencia resulta más difícil. Un factor limitante es aquel que se encuentra más próximo al valor a partir del cual un organismo no puede desarrollarse convenientemente. La distribución de una especie está condicionada por sus límites de tolerancia a las variaciones de un factor. Siendo los límites de tolerancia los valores mínimo y máximo de un factor fuera de los cuales no es posible la supervivencia de un organismo. De la 2 misma forma se define el margen de tolerancia como el intervalo de valores de un factor ecológico, dentro de cual una especie puede desarrollarse y reproducirse. Los seres vivos con límites de tolerancia muy estrechos soportan mal las variaciones que se producen en su medio, se denominan organismos estenoicos; por el contrario los organismos que soportan grandes variaciones en su medio, presentan límites de tolerancias amplios y se encuentran ampliamente distribuidos, se denominan organismos eurioicos. 9.3 ADAPTACIONES DE LOS ORGANISMOS AL MEDIO Para poder sobrevivir y reproducirse en un determinado ambiente los seres vivos sufren cambios en su estructura, su fisiología o en su comportamiento que se conocen como adaptaciones. Estos cambios les permiten soportar las variaciones en las características del medio ambiente. 9.3.1 ADAPTACIONES FRENTE A LA TEMPERATURA Los animales frente a la temperatura se clasifican en dos grupos: poiquilotermos, que son aquellos en los que la temperatura corporal varía con la temperatura externa y los animales homeotermos que mantienen constante su temperatura corporal. Las principales adaptaciones frente a las bajas temperaturas son: 3 -Aumento del espesor de la capa de grasa y del pelo. Reducción del tamaño de las orejas, hocico, cola y patas. - Otros animales presentan gran actividad en la ápoca favorable y en la época desfavorable buscan una madriguera o guarida, dejan de alimentarse, reducen su metabolismo y entran en un estado de sopor que los mantiene durmiendo durante toda esta época, es lo que se denomina hibernación. - Otros, cuando llega la época desfavorable, emprenden un largo viaje hacia donde abunda el alimento y las temperaturas son adecuadas, son los animales migradores. Frente a las altas temperaturas los animales modifican su comportamiento, siendo activos durante la noche y permanecen escondidos durante el día. En las planta frente a las bajas temperaturas reducen su metabolismo, interrumpen la circulación de la savia y se desprenden de las hojas; en los casos extremos pasan la época desfavorable en forma de semillas. 9.3.2 ADAPTACIONES A LA LUZ La luz es un factor imprescindible para la vida en la Tierra ya que gracias a ella se realiza la fotosíntesis. Los vegetales presentan moléculas especiales para captar la energía luminosa, que se llaman pigmentos fotosintéticos; entre ellos destacan las clorofilas y los pigmentos carotenoides. Los pigmentos se sitúan en estructuras con gran superficie como son las hojas, que se disponen de tal forma que no se tapan la luz y además la luz llega a ellas perpendicularmente. La intensidad de luz que requieren las plantas permite clasificarlas en dos grupos, plantas heliófilas, que necesitan intensidades de luz altas y plantas umbrófilas que necesitan intensidades bajas y que por tanto viven a la sombra. Cuando la competencia por la luz es grande, las plantas desarrollan distintas estrategias: - Aumentan el tamaño de las hojas. - Incrementan su ritmo de crecimiento. - Trepan apoyándose en otras. 4 - Viven sobre plantas de mayor porte. El fotoperiodo (duración relativa del día) afecta al crecimiento y a la floración de las plantas, así hay plantas de día largo, como las rosas que florecen cuando los días son largos, y plantas de días cortos, que florecen en el invierno, como los crisantemos. En los animales, el fotoperiodo permite sincronizar la estación más favorable con la reproducción; concretamente el fotoperiodo afecta a la producción de hormonas sexuales; también afecta al momento de las migraciones. La intensidad luminosa también afecta a los animales y permite clasificarlos en diurnos y nocturnos. 9.3.3ADAPTACIONES A LA HUMEDAD El agua es otro factor imprescindible para la vida; aproximadamente el 75% de la materia viva está formada por agua. Los seres vivos presentan adaptaciones destinadas a evitar la pérdida de agua; así los animales presentan capas impermeables, como el exoesqueleto de los insectos que está recubierto de sustancias céreas o también, las escamas que presentan los reptiles; también las plumas y pelos de aves y mamíferos respectivamente, que limitan la sequedad del aire en contacto con la piel. También presentan adaptaciones fisiológicas como por ejemplo la estivación que aparece en animales como los caracoles, o también, las adaptaciones del aparato urinario que reducen al máximo las pérdidas de agua en forma de orina; así aves y reptiles excretan una orina semisólida. También los mamíferos concentran la orina. Otros animales modifican su comportamiento adoptando hábitos nocturnos o crepusculares. La reproducción y el desarrollo también necesitan de un medio húmedo, para evitar la pérdida de agua muchos grupos presentan fecundación interna y el desarrollo de las crías se realiza en el interior de huevos o en el interior de la madre. 5 Los vegetales, en relación con la reproducción, han solucionado el problema con el desarrollo del tubo polínico. En vegetales las principales adaptaciones son las siguientes: - Crecen y florecen en la época más favorable y pasan la época desfavorable en forma de semillas. - Desarrollan al máximo el sistema radicular, tanto en superficie como en profundidad. - Las plantas de zonas desérticas y las que viven sobre rocas y tejados almacenan agua en sus tejidos. - Reducen al máximo la transpiración, así cierran los estomas en los momentos de mayor riesgo, otras producen secreciones que reducen la temperatura (plantas aromáticas). 9.3.4 ADAPTACIONES AL SUSTRATO La composición del sustrato puede provocar adaptaciones en los vegetales, así hay plantas acidófilas que crecen sobre suelos con pH ácido, otras son plantas basófilas, que crecen sobre suelos con pH básico. Otras plantas están adaptadas a vivir en suelos con gran concentración salina, son las plantas halófilas. Otras están adaptadas a vivir en suelos ricos en nitratos, son las plantas nitrófilas. El estado del sustrato también provoca adaptaciones en los seres vivos; por ejemplo en zonas encharcadas los animales presentan pezuñas o dedos más anchos, como ocurre con los renos o con el calamón. 9.4 ADAPTACIONES EN EL MEDIO ACUÁTICO Los principales factores que provocan adaptaciones en el medio acuático son la salinidad, la concentración de oxígeno disuelta y la iluminación. 9.4.1 LA SALINIDAD Es uno de los factores más importantes, ya que la concentración salina en el medio interno de un ser vivo tiene que ser igual que la concentración salina en el medio que lo rodea. Los peces de agua dulce tienen que estar 6 eliminando continuamente el agua que penetra en sus células, para ello no beben agua y eliminan una orina muy abundante y con pocas sales; mientras que los peces de agua salada tienden a deshidratarse, por eso, beben continuamente agua salada y eliminan el exceso de sal a través de las branquias, además producen poca orina y muy concentrada. Las aves marinas eliminan una solución salina gracias glándulas especiales, conectadas con los orificios nasales, lo que les permite beber agua cartilaginosos, como los tiburones, salada. Los peces presentan en su medio interno una concentración salina similar a la del agua. En relación con la salinidad, los organismos pueden ser estenohalinos y eurihalinos, estos últimos soportan cambios en la salinidad de su medio y pueden ser, anádromos, que viven en el mar y se reproducen en los ríos, como los salmones o catádromos, que viven en los ríos y se reproducen en el mar, como las anguilas. 9.4.2 CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO La concentración de oxígeno disuelto en el agua depende de la temperatura y de la presencia de materia orgánica, de manera que disminuye al aumentar la temperatura y al aumentar la cantidad de materia orgánica; por eso las especies más exigentes para este factor viven en aguas frías y muy limpias (truchas, salmones). En animales terrestres que viven a grandes alturas también tienen problemas con la concentración de oxígeno, ya que la concentración de esta molécula disminuye con la altura, por eso presentan mayor cantidad de glóbulos rojos y de hemoglobina y además presentan un aumento de la ventilación pulmonar. 9.4.3 ILUMINACIÓN Es un factor que afecta a la actividad fotosintética, por eso, las algas se sitúan en la denominada zona fótica, que es la zona iluminada, que se extiende aproximadamente hasta los 200 metros de profundidad; por debajo de la zona fótica la oscuridad es total, y por tanto, en ella no se encuentran organismos fotosintéticos. Algunos animales de zonas poco iluminadas, producen bioluminiscencia 7 9.5 POBLACIONES Una población es un conjunto de individuos de la misma especie que viven en una zona y en un momento concreto y que se relacionan entre sí; estas relaciones se denominan relaciones intraespecíficas. En el crecimiento de una población influyen los siguientes factores: - La densidad: es el número de individuos por unidad de superficie o de volumen. - La tasa de natalidad: es el incremento en el número de individuos de una población como consecuencia de la reproducción. Se expresa en tanto por ciento (TN). - La tasa de mortalidad: es la disminución del número de individuos de una población por muerte de los mismos (TM). - Dispersión: es el aumento o la disminución en el número de individuos de una población como consecuencia de la inmigración o de la emigración respectivamente. Se representa con signo positivo o negativo dependiendo de que domine una u otra (D). Por tanto la tasa de crecimiento de una población sería: TC = TN- TM +- D El factor que condiciona la tasa de crecimiento es la densidad de la población, de manera que si la densidad es baja, la natalidad y la inmigración superan a la mortalidad y la población se encuentra en expansión. Por el contrario si la densidad es alta, la mortalidad y la emigración superan a la natalidad, por lo que la operación es negativa. Cuando la densidad es la óptima para una población y para un lugar concreto el resultado de la operación es aproximadamente 0 y el tamaño de la población se mantiene constante. Otro factor interesante en el estudio de una población es la distribución por edades de sus individuos, así los individuos se agrupan en tres tipos de edades: Prerreproductiva, reproductiva y post-reproductiva Para representar la distribución por edades se utilizan unas pirámides en las que cada grupo de edad está representado por un rectángulo cuya amplitud está relacionada con el número de individuos que la integran. 8 Las pirámides suelen ser de tres tipos: Población en expansión población decadente población estable Crecimiento de la población Las poblaciones suelen presentar dos tipos de curvas de crecimiento, son las curvas en J o las curvas en S. La curva en J representa el crecimiento de una población sometida a condiciones favorables en las que no existen limitaciones ni de alimento ni de espacio. El crecimiento es de tipo exponencial (el número de individuos crece hasta el infinito). Las curvas en S son más reales y muestran el crecimiento de una población sometida a factores limitantes, sobre todo el alimento y el espacio. Al principio el crecimiento es rápido, pero se va frenando hasta alcanzar un número de individuos más o menos estable. 9 El valor en torno al cual se estabiliza el número de individuos de una población se denomina capacidad de carga del ecosistema (K). Este valor indica el tamaño máximo de una población, que puede mantenerse más o menos estable, sin que se produzca la degradación del medio. Alrededor de K las poblaciones sufren fluctuaciones y el crecimiento de la población se dice que es estacionario y se encuentra en equilibrio. Al conjunto de factores bióticos y abióticos que limitan el crecimiento de una población se le denomina resistencia ambiental. Relaciones intraespecíficas Son de dos tipos: relaciones de cooperación y relaciones de competencia. Las relaciones de cooperación originan cuatro tipos de poblaciones: - Poblaciones familiares: están formadas por individuos emparentados, tienen su origen en una pareja que la reproducirse origina una descendencia más o menos numerosa. Las familias pueden ser: + Parental monógama: formada por un macho, una hembra y su descendencia. + Parental polígama: formada por un macho, varias hembras y su descendencia. + Patriarcal: formadas por un macho y su descendencia. + Matriarcal: formadas por una hembra y su descendencia. + Filial: los padres se despreocupan del cuidado de las crías. - Poblaciones gregarias: Formadas por individuos que se reúnen para cumplir una finalidad y después, normalmente, se separan; es el caso de las especies que se reúnen buscando protección o defensa o también para la reproducción o la migración. Es el caso de las bandadas de aves, las manadas de mamíferos o los bancos de peces. - Poblaciones estatales o sociedades: En ellas existen diferencias estructurales en los individuos que permiten clasificarlos en castas, además existe una división del trabajo, tan acentuada que los individuos no pueden vivir aislados. Es el caso de las hormigas, de las abejas, avispas, termitas… - Poblaciones coloniales: En ellas los individuos están materialmente unidos y físicamente comunicados; es el caso de los celentéreos 10 (pólipos y medusas que forman colonias). Las colonias pueden ser homomorfas, en las que todos los individuos son iguales, como ocurre con los corales, o heteromorfas, en las que los individuos son distintos, tanto en la forma como en la función; así unos participan en la defensa, otros en la reproducción, otros en la nutrición, otros en la flotación, como ocurre en la Physalia o carabela portuguesa. Relaciones intraespecíficas de competencia Es un efecto desfavorable de las relaciones intraespecíficas, que puede aparecer cuando el número de individuos rebasa los límites tolerables; este tipo de competencia es mucho mayor que la que se establece entre individuos pertenecientes a especies diferentes. La competencia afecta principalmente: - A la consecución del alimento, en los casos extremos puede provocar canibalismo. - A la reproducción, por falta de lugares para la cría, luchas entre machos… La competencia se manifiesta en ocasiones por medio del aislamiento y la territorialidad, los individuos tienden a vivir separados unos de otros, ocupando un territorio cuyos límites marcan de muchas formas, orina, heces, emisión de sonidos o con señales visuales mostrando colores vivos. Al establecer un territorio se evita la superpoblación y se asegura el aporte de alimento necesario para la descendencia. La dispersión: La dispersión es la forma de distribución interna de los individuos en el seno de una población. Los organismos de una población pueden estar distribuidos al azar, uniformemente o amontonadamente. - - Distribución al azar: La distribución al azar es poco frecuente y es propia de especies asentadas en medios homogéneos y de especies que no suelen agruparse. Solo tiene lugar donde el medio ambiente es muy uniforme, con recursos esparcidos muy regularmente por toda la región de la población Distribución uniforme: La distribución uniforme no es frecuente, pero es habitual en medios homogéneos. Es propia de poblaciones con intensa competición entre los individuos. esta clase de distribución es 11 - mas regular que la dispersión al azar, aunque no tiene lugar en ella agregación alguna de los individuos. Distribución por agregados: En la distribución por agregados, los individuos se agrupan en las zonas más favorables. Es la más frecuente y viene determinada por el carácter social de la especie o por la heterogeneidad del medio. - Un patrón aleatorio implica la ausencia total de interacciones entre los individuos y con el medio. Para que la probabilidad de encontrar un individuo sea la misma en todo los puntos del espacio, es necesario que todo este espacio ofrezca las mismas condiciones, lo cual no implica que estas condiciones sean favorables. Asimismo, la presencia de un individuo no debe afectar de ninguna manera la presencia de otro, es decir, los individuos no deben presentar ningún tipo de atracción o segregación, lo cual no implica que puedan ejercer alguna clase de efecto unidireccional de estas índoles sobre otras especies dentro de una comunidad. - Un patrón agregado indica la presencia de interacciones entre los individuos, o entre los individuos y el medio. Existen muchas causas probables para la formación de un patrón agregado, cuyo estudio puede ser relevante para comprender mejor la biología o ecología de los organismos o el medio bajo estudio. Si sólo consideramos factores intrínsecos, la agregación podría ser consecuencia de interacciones sociales, tales como la organización para realización de tareas como la búsqueda del alimento o la crianza. Asimismo, podría ser una consecuencia del modo reproductivo predominante en la población (e.g. gemación o baja dispersión de semillas, larvas o juveniles). Si consideramos además factores extrínsecos, la agregación podría ser una consecuencia del patrón de disposición de los recursos o los peligros en el medio: comportamientos defensivos, o aprovechamiento de parches de alta calidad y despoblamiento de zonas pobres. Estas dos clases de factores pueden igualmente interactuar de muchas formas, y afectar la trayectoria evolutiva de la población o especie a todos los niveles de organización. - Un patrón uniforme es el resultado de interacciones negativas entre los miembros de la población. Dado que es difícil suponer que de manera natural los recursos se dispongan equidistantes en el espacio, una disposición espacial de este tipo debe estar causada 12 únicamente por factores intrínsecos. Dado que el espacio es finito, interacciones negativas o de segregación, tales como la competencia o el comportamiento agresivo intraespecífico parecen ser los principales agentes causales de un patrón uniforme, dado que es éste en el cual la supervivencia se maximiza y las interacciones hostiles se llevan a un mínimo. Figura 1: Patrones básicos de disposición espacial. A. Aleatorio, B. Uniforme, C. Agregado. 9.6 LA COMUNIDAD O BIOCENOSIS Es el conjunto de poblaciones que viven en una zona y que se relacionan entre sí. Una comunidad se caracteriza por las poblaciones que la forman, el número de individuos de cada población, la biodiversidad y las relaciones interespecíficas. La biodiversidad nos indica el número de especies que forman una comunidad, su medida se llama índice de biodiversidad, que disminuye en aquellas comunidades sometidas a condiciones adversas y aumenta en aquellas donde las condiciones son favorables, por eso, este índice aumenta desde los polos hasta la zona ecuatorial, siendo máximo en las selvas tropicales y en los arrecifes de coral. Las comunidades con mayor biodiversidad son más estables, pues presentan un mayor número de relaciones entre especies. La biodiversidad en el resultado de la evolución y representa una gran riqueza que debemos transmitir a las siguientes generaciones. RELACIONES INTERESPECÍFICAS 13 1. Parasitismo: Los individuos de una especie que se llaman parásitos, viven a expensas de los individuos de otra especie que se denomina hospedadora, en la que producen una serie de perjuicios pero sin producir la muerte del hospedador a corto plazo. Los parásitos son de dos tipos, ectoparásitos, que viven en la superficie del hospedador, como los piojos, pulgas o las garrapatas y los endoparásitos, que viven dentro del cuerpo del hospedador, sobre todo en el hígado y en el intestino, como ocurre con las tenias o las lombrices intestinales. 2. Mutualismo: es una relación entre organismos de dos especies que es beneficiosa para ambos, sin que la relación sea permanente o imprescindible. Por ejemplo las garcillas bueyeras, que se alimentan de los parásitos que presentan las vacas, búfalos, bisontes… 3. Explotación: Es una interacción en el ciclo de vida de dos especies en la que una sale muy beneficiada y la otra muy perjudicada; por ejemplo, el cuco que pone los huevos en los nidos de otras aves para que estas los incuben y alimenten a sus polluelos. 4. Comensalismo: Los individuos de una especie se alimentan de los restos de la comida de otra o también de sus descamaciones o secreciones; es el caso de determinados gusanos que viven en la misma concha que los cangrejos ermitaños y que se alimentan de los restos de su comida, sin beneficiarlo ni perjudicarlo. También la relación entre depredadores y carroñeros. 5. Simbiosis: Es un caso de mutualismo obligado. Un ejemplo es el de los líquenes, formados por la asociación de un alga y de un hongo. 6. Foresia: Los individuos de una especie son transportados pasivamente por los individuos de otra. Es el caso del pez rémora y de los tiburones. 7. Antibiosis: Una especie produce sustancias químicas, los antibióticos, que impiden el crecimiento de otra especie. Es el caso de muchos hongos y de algunas bacterias. 14 8. Tanatocresis: Los individuos de una especie utilizan restos de los individuos de otra, para utilizarlos como herramientas o como refugio; como ocurre con el cangrejo ermitaño. 9. Depredación: Los individuos de una especie buscan y capturan a los individuos de otra para alimentarse; los primeros se llaman depredadores y los segundos presas. Tanto unos como otros presentan adaptaciones, los depredadores para capturar a las presas, y las presas para la huida y la defensa; una de las adaptaciones más curiosa es la de la coloración, que puede ser: críptica: cuando permite a los organismos confundirse con el entorno y pasar desapercibidos; en el caso más extremo los organismos pueden cambiar su coloración (camaleón, pulpo, sepia…). Aposemática: la presentan organismos con sabor desagradable o con venenos para advertir a sus depredadores. Mimética: la presentan especies inofensivas que imitan la coloración de otras que son peligrosas para confundir a sus depredadores. 10. Competencia: Se produce cuando dos especies demandan un recurso común que es escaso. Es uno de los factores de la selección natural. ESTRUCTURA DE LA COMUNIDAD La mayoría de las comunidades presentan una estructura vertical condicionada por la captación de la luz en los ecosistemas terrestres o por la penetración de la luz en los ecosistemas acuáticos. En ecosistemas acuáticos: 15 Los organismos fotosintéticos se encuentran en la zona fótica, se encuentran estratificados dependiendo de los pigmentos fotosintéticos que posean, así en la zona superficial viven las algas verdes, en la zona intermedia viven las algas pardas y en la zona más profunda, las algas rojas. Los animales que flotan forman el plancton (fitoplancton + zooplancton). Los animales nadadores forman el necton y los que viven en el fondo forman el bentos. En ecosistemas terrestres: En un bosque, por ejemplo, podemos encontrar los siguientes estratos: 1. Estrato arbóreo: formado por árboles, generalmente por encima de los tres metros. 2. Estrato arbustivo: formado por arbustos, generalmente con menos de tres metros. 3. Estrato herbáceo: formado por plantas no leñosas, como las hierbas. 4. Estrato muscíneo: formado por musgos y líquenes. 5. Estrato edáfico: es el estrato subterráneo, en el que se encuentran las raíces de todas las plantas, así como numerosos animales y también hongos, bacterias, protozoos… A la estratificación de la vegetación corresponde también una estratificación en los animales que viven asociados a ella. Por ejemplo la perdiz vive en el estrato herbáceo; las currucas viven en el estrato arbustivo o los arrendajos viven en el estrato arbóreo. 9.7 LAS SUCESIONES De forma general son los cambios que se producen en los ecosistemas a lo largo del tiempo, de una forma más concreta, son cambios no cíclicos, de duración variable, que permiten en un ecosistema pasar de una 16 comunidad inicial muy simple, a una comunidad final compleja y en equilibrio con su entorno, que se denomina comunidad climax. Dependiendo del lugar donde se producen pueden ser primarias o secundarias. Las primarias se producen en biotopos nuevos o recién formados, como ocurre con, las islas volcánicas recién formadas o con los bloques de hormigón que se utilizan en las escolleras. Las especies que se establecen en primer lugar se llaman especies pioneras, se asientan directamente sobre las rocas e inician el proceso de alteración que conduce a la formación de un suelo (los líquenes); estas especies son estrategas de la r que tienen las siguientes características (son especies oportunistas o pioneras que habitan en ecosistemas inestables o en sus primeras etapas de desarrollo) tienen vida corta, desarrollo rápido, reproducción temprana, tamaño pequeño, se reproducen una o muy pocas veces, el número de descendientes es muy grande y su curva de supervivencia es: Las sucesiones secundarias se producen en ecosistemas ya existentes que por algún proceso regresivo han perdido la mayoría de las especies dominantes. Es lo que ocurre en zonas afectadas por incendios, plagas o en los campos de cultivo abandonados; estas sucesiones presentan las siguientes características: - Aumenta la biodiversidad, esto conlleva un mayor número de nichos ecológicos; las especies generalistas son sustituidas por otras especialistas. - Aumenta la complejidad estructural: aumento de la diversidad de cada nivel trófico y como consecuencia se producen redes tróficas cada vez más complejas, además crece el número de relaciones interespecíficas. - Se incrementa la biomasa: al principio de forma exponencial, pero conforme va madurando, el crecimiento de la biomasa se estabiliza y se mantiene prácticamente constante. 17 - Aumenta la eficacia en el aprovechamiento de la energía. - Disminuye la productividad. - Aumenta la estabilidad del ecosistema; un ecosistema maduro presenta mecanismos de autorregulación que le hacen más resistente a las perturbaciones. - Los estrategas de la r van siendo sustituidos por estrategas de la k (son especies especialistas adaptadas a vivir en ambientes estables), con características contrarias a los estrategas de la r. El tiempo para que se complete una sucesión es mu variable, siempre es menor en las secundarias, por ejemplo la regeneración de un bosque que ha sufrido un incendio puede necesitar entre doscientos o trescientos años, mientras que una sucesión primaria puede necesitar mil años. EL SUELO El suelo es la capa superficial de la mayor parte de la superficie continental terrestre; es una parte fundamental de los ecosistemas terrestres, contiene agua y elementos nutritivos que los seres vivos utilizan, en él se apoyan y nutren las plantas y condiciona, por tanto, todo el desarrollo del ecosistema. El suelo está formado por una mezcla de componentes inorgánicos y orgánicos; los inorgánicos pueden ser sólidos (gravas, arenas, limo, arcilla), líquidos (agua con diferentes sales disueltas) y gaseosos (aire que ocupa los huecos); los componentes orgánicos están representados por los seres vivos 18 y por la materia orgánica muerta, llamada humus, que procede de la descomposición de los seres vivos. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FORMACIÓN DEL SUELO a) Litología del lugar; es decir, la roca madre que proporciona la materia mineral inicial del suelo. La naturaleza de la roca madre condiciona la velocidad de la meteorización (rocas blancas como las margas se erosionan con mayor rapidez, que rocas duras como los granitos) y la fertilidad del suelo. b) Clima: es el factor más importante, de él destacan la temperatura y las precipitaciones; de ellas depende el predominio de la meteorización química o mecánica y también la velocidad y profundización de la meteorización. Además el clima condiciona la vegetación y la naturaleza y abundancia de la comunidad biológica, factor importante en el desarrollo del suelo. c) Tiempo: ya que la naturaleza del suelo depende de la duración de los procesos que actúan en la formación y evolución de los suelos. De forma general, cuanto mayor es el tiempo de formación de un suelo, mayor desarrollo tendrá este. d) Seres vivos: En especial la vegetación y los organismos humícolas. La vegetación crea un microclima que evita la desecación y calentamiento del suelo, tiene un papel activo en la meteorización, proporciona abundante materia prima para la formación del humus e impide la destrucción del suelo por erosión. Los organismos humícolas intervienen en los ciclos de la materia que se dan en el suelo y favorecen la aireación; destacan microorganismos como algas, protozoos, bacterias y hongos; invertebrados como artrópodos, moluscos, anélidos; animales vertebrados que contribuyen con sus desechos y la actividad humana, principalmente la agricultura, que contribuye también a la evolución y modificación del suelo. e) Topografía o relieve del terreno: sobre todo la pendiente; pendientes empinadas impiden el desarrollo del suelo; en general, terrenos llanos o de ligera pendiente, con buen drenaje, son lugares idóneos para el desarrollo de los suelos. 19 PERFIL DEL SUELO En la evolución del suelo, sus componentes se van distribuyendo en capas horizontales, por eso al observar un corte del mismo aparecen una serie de capas mas o menos paralelas, diferenciables por su aspecto o coloración, denominadas horizontes; al conjunto de los horizontes de un suelo se denomina perfil. a) Horizonte A (H-A): Es el más superficial, de color oscuro, presenta gran cantidad de humus (restos orgánicos transformados); en él se pueden distinguir dos subniveles, Ao, con gran cantidad de hojarasca y A1, donde la hojarasca se ha transformado en humus y además existe gran cantidad de materia inorgánica. El horizonte A se caracteriza por ser de lavado o lixiviación, ya que la circulación vertical del agua hace que se lleve los materiales finos y solubles hacia el horizonte inferior. b) Horizonte B (H-B): Por debajo del anterior, con un color más claro, ya que contiene menos humus, se conoce como de acumulación, porque en él se acumulan los materiales procedentes del horizonte superior. c) Horizonte C (H-C): o de alteración, formado por fragmentos de roca madre poco alterados; estos fragmentos son cada vez de mayor tamaño a medida que nos acercamos a la roca madre original. d) R o roca madre: es la roca madre original poco alterada o fragmentada. COMPONENTES DEL SUELO Además de la comunidad de seres vivos, el suelo está formado por cuatro fracciones: la mineral, la orgánica, la gaseosa y la acuosa. a) Fracción mineral del suelo: procede de la meteorización de la roca madre, está formada por fragmentos de la roca madre y minerales resistentes de la misma (cuarzo); minerales de alteración, entre los que destacan las arcillas y óxidos e hidróxidos (hierro, aluminio, silicio); cationes y aniones solubles y derivados de S,P y N, que se originan como productos finales de los ciclos biogeoquímicos, en los cuales los microorganismos convierten estos elementos, procedentes 20 de la materia orgánica, en sales inorgánicas que sirven de nuevo como nutrientes. La fracción mineral se puede clasificar según su tamaño en pedruscos (más de 256 mm), guijarros, grava, gravilla, arena gruesa, arena, arena fina, limo y arcilla (menos de 0’002 mm). b) Fracción orgánica: La materia orgánica presente en el suelo puede variar entre el 1% en suelos desérticos, y el 100% en los suelos de turba, aunque el promedio suele ser del 5%. Esta fracción puede estar formada por seres vivos (lombrices, topos, anélidos, raíces, tallos subterráneos… y por materia orgánica muerta y transformada que recibe el nombre de humus. El humus se suele encontrar unido a la arcilla formando los denominados complejos órgano-minerales, con gran capacidad para retener agua y elementos nutritivos; si estos elementos no existiesen, el agua arrastraría o lavaría de arriba abajo todos los elementos solubles, impidiendo su utilización por las plantas. c) Fracción gaseosa: los principales gases contenidos en el suelo son oxígeno (20%) Y CO2 (3%); el oxígeno condiciona la respiración de las raíces y de los organismos edáficos e interviene también en las reacciones de oxidación características de la edafogénesis. El CO2, producto de la actividad respiratoria, es necesario para que los organismos autótrofos, como las bacterias nitrifantes, realicen su síntesis de materia orgánica. En horizontes profundos, si no existe buena estructura, los intercambios disminuyen, el contenido en oxígeno es menor, mientras que el de CO2 aumenta, y puede alcanzar un 5% del total de los gases. d) Fracción acuosa: es sobre todo agua con sustancias minerales en disolución, oxígeno y CO2. El suelo es una estructura sólida y porosa, formada por granos de diverso tamaño, que dejan gran cantidad de poros entre sí, pueden representar entre el 40-60% de su volumen; estas cavidades están ocupadas por agua y aire. La fuente principal de agua en el suelo es el agua de precipitación y en algunas ocasiones el agua subterránea. Las lluvias que caen en la superficie del suelo dan origen a varios tipos de agua: de escorrentía o superficial, que circula en el interior del horizonte superior, paralela a la superficie; afecta sobre todo, en la pendientes y origina un empobrecimiento del suelo, arrastrando las partículas más finas, como limos y arcillas; de gravitación, son las que se infiltran debido a la fuerza de la gravedad 21 por los poros gruesos del suelo, alimentan el drenaje profundo en suelos permeables; retenidas por el suelo durante la infiltración, ocupan los poros medios y finos; este tipo de agua origina dos tipos de fracciones, la capilar, absorbible por las raíces, que ocupa los poros medios y la ligada, que forma una fina película en la superficie de las partículas del suelo, en los poros más finos y cuya retención por la fracción mineral impide que sea absorbida por las raíces. La capacidad de retención es la cantidad de agua que un suelo puede retener en sus poros; la capacidad de retención depende de la textura y estructura del suelo, así suelos con porcentajes equilibrados de arena y arcilla pueden retener mejor el agua que suelos que tienen mayoritariamente uno de los componentes, ya que además de retenerla, deben dejarla circular entre sus poros, para que transporte las sustancias nutritivas hasta las raíces. PROCESO DE FORMACIÓN DEL SUELO El proceso de formación del suelo o edafogénesis es muy lento y depende, entre otros factores del tipo de roca, del relieve, del clima y de los seres vivos. Las etapas serían las siguientes: - Descomposición y alteración de la roca madre: La atmósfera produce una meteorización mecánica y química que va disgregando la roca original en fragmentos cada vez más pequeños y alterados. - Colonización de organismos vivos (líquenes, bacterias) que se instalan sobre los materiales disgregados y que colaboran realizando una meteorización biológica y aportando al suelo materia orgánica. - La existencia de grietas y vegetales inferiores permite la colonización de la zona por plantas que con sus raíces siguen fragmentando la roca, y con sus hojas y ramas, aportan materia orgánica y atraen numerosos animales. Todos estos seres vivos van muriendo y descomponiéndose al mismo tiempo que son sustituidos por otros. La comunidad biológica va aumentando y sus restos orgánicos son transformados por bacterias y hongos en humus. - Formación y transporte del material soluble: el agua de lluvia y los organismos son los que determinan el proceso de desarrollo de los horizontes de lavado y acumulación provocando una diferenciación 22 vertical. El transporte normal de lavado o arrastre es de arriba hacia abajo, aunque este sentido se invierte en situaciones de aridez, cuando el agua se evapora del suelo. La vegetación absorbe los elementos nutritivos por las raíces y los deposita en forma orgánica en la superficie (hojas, ramas). Cuando todos estos procesos han transcurrido podemos decir que un suelo está maduro, aunque es un proceso muy lento y 1 cm de suelo puede necesitar entre 100 y 10.000 años. TEXTURA Y ESTRUCTURA Por textura se entiende el tamaño de las partículas del mismo. Los suelos se suelen agrupar en cuatro clases de texturas: -Textura arenosa: predominan las arenas; bien aireados pero pobres en agua y elementos nutritivos. -Textura limosa: El exceso de limo y la falta de arcillas origina suelos apelmazados. -Textura arcillosa: da suelos ricos en sustancias químicas, pero mal aireados e impermeables. -Textura franca o equilibrada: Poseen las condiciones óptimas para el cultivo (arena+arcilla+limo). Por estructura del suelo se entiende el tipo y forma de agregación de las partículas que lo componen: - Apediales: Sin estructura aparente, debido normalmente a un alto contenido en arenas, con elementos sueltos, o bien con estructura masiva por cementación. - Pediales: Con agregados patentes y estables. Según la forma de los agregados se puede hablar de suelos en bloque (con partículas patentes e irregulares), granular (con partículas de menor tamaño y redondeadas), laminares (con agregados en forma de lámina o escama) o prismáticos (con agregados en forma de columna). 23 LA DEGRADACIÓN DEL SUELO Actualmente el suelo está considerado como un recurso natural no renovable, ya que determinados procesos naturales y especialmente la acción del hombre están provocando su pérdida a un ritmo muy superior a su tasa de regeneración. La degradación se puede definir como las modificaciones que conducen a una disminución en la capacidad del suelo para soportar la vida vegetal, así como la microflora y la fauna asociada. La degradación del suelo se produce por erosión y por contaminación. La erosión consiste en la pérdida de la capa superficial fértil, debido a la acción de fenómenos naturales intensificada por la acción humana. Los factores naturales responsables de la erosión del suelo son el clima (las aguas superficiales y el viento), la pendiente, la naturaleza del suelo y la cubierta vegetal (ya que su pérdida favorece la escorrentía superficial). La actividad humana también contribuye a la erosión, ejemplos de esta actividad son: la deforestación (talas abusivas e incendios forestales), el sobrepastoreo, prácticas agrícolas inadecuadas, explotación de canteras y minas a cielo abierto, grandes obras como embalses, autovías…, o la extensión de las áreas metropolitanas que desnudan el terreno y originan focos en los que se inicia el arrastre de los materiales. Las consecuencias de la erosión: disminución de la superficie cultivable y de la fertilidad, colmatación de embalses, grandes inundaciones, alteración de ecosistemas por aporte excesivo de sedimentos (soterramiento de arrecifes de coral). La contaminación del suelo consiste en la pérdida de las condiciones naturales de un suelo para el desarrollo de los sistemas vivos del mismo; puede ser debida a: aporte excesivo de fertilizantes; contaminación por productos orgánicos sintéticos como los pesticidas; contaminación por metales pesados, como el plomo, que procede de la atmósfera, (a su vez contaminada por la quema de combustibles fósiles), o por otros metales que forman parte de cenizas que proceden de centrales térmicas y otros 24 procesos industriales; lluvia ácida que provoca acidificación de los suelos; salinización, especialmente en zonas áridas donde se abusa del riego. Dos conceptos parecidos relacionados con la degradación del suelo son los de desertización y desertificación, en ambos casos se indica la transformación de una zona en un desierto, pero el primer término indica que las causas son naturales, mientras que el segundo indica que es una consecuencia de la actividad humana.