LOS ECOSISTEMAS
Introducción
El concepto de ecosistema es especialmente interesante para comprender el funcionamiento de la naturaleza y multitud de cuestiones ambientales que se dan en la actualidad.
La naturaleza, es esencia entera de nuestro planeta.
Hay que insistir en que la vida humana se desarrolla en estrecha relación con la naturaleza y que su funcionamiento nos afecta totalmente. Es un error considerar que nuestros avances tecnológicos: coches, grandes casas, industria, etc. nos permiten vivir al margen del resto de la biosfera y el estudio de los ecosistemas, de su estructura y de su funcionamiento, nos demuestra la profundidad de estas relaciones.
En la naturaleza los átomos están organizados en moléculas y estas en células. Las células forman tejidos y estos órganos que se reúnen en sistemas, como el digestivo o el circulatorio. Un organismo vivo está formado por varios sistemas anatómico-fisiológicos íntimamente unidos entre sí.
Niveles de Organización de los Seres Vivos
La organización de la naturaleza en niveles superiores al de los organismos es la que interesa a la ecología. Los organismos viven en poblaciones que se estructuran en comunidades.
El concepto de ecosistema aún es más amplio que el de comunidad porque un ecosistema incluye, además de la comunidad, el ambiente no vivo, con todas las características de clima, temperatura, sustancias químicas presentes, condiciones geológicas, etc.
El ecosistema es la unidad biológica funcional que abarca los organismos de un área dada (biocenosis) y el medio ambiente físico (biotopo) correspondiente. Luego el ecosistema es la conjunción de la biocenosis (elemento biótico del ecosistema) y delbiotopo (elemento abiótico). Se trata, por este motivo, del nivel más elevado de organización de los seres vivos.
El término fue propuesto en 1935 por el ecólogo inglés A. G. Tansley y es la unidad funcional básica en ecología, y comprende las comunidades bióticas y el medio ambiente abiótico de una región dada, cada uno de los cuales influye en las propiedades del otro.
Concepto de Ecosistema: La biocenosis y el biotopo
Un ecosistema, es la unidad biológica funcional de la vida, y se entiende como un sistema ecológico complejo que abarca la biocenosis, es decir el conjunto de organismos vivos o elementos bióticos de un área determinada (plantas, animales, hongos, bacterias, insectos, etc,) que interactúan entre sí mediante procesos como la depredación, el parasitismo, la competencia y la simbiosis; al mismo tiempo, se encuentran estrechamente enlazados con elbiotopo, osea el medio ambiente físico o elemento abiótico (las rocas, la tierra, los ríos, el clima) esto al desintegrarse y volver a ser parte del ciclo de energía y de nutrientes, consistiendo entonces en entidades materiales bióticas y abióticas integradas de forma armónica en un espacio determinado.
Dicho de otra manera, el ecosistema se considera una comunidad ubicada en un lugar físico, el hábitat, en el que todos están relacionados, los seres vivos (biota o elementos bióticos) y los inertes (abiota o elementos abióticos). Las relaciones entre las especies y su medio, resultan en el flujo de materia y energía del ecosistema.
El Ecosistema se compone de la Biocenosis y el Biotopo
La complicada dinámica de un ecosistema implica una cadena de interacciones entre todos los seres vivos e inertes que lo integran, a través de las cuales crea sus mecanismos de adaptación, transformación y autorregulación. Esto determina la importancia de su preservación conjunta, a fin de que no se rompa la cadena vital, al final de la cual se encuentra el ser humano que lo habita.
El hábitat y el nicho ecológico
El nicho ecológico se refiera a condiciones ambientales en las cuales los miembros de una especie pueden sobrevivir o reproducirse.
Dos conceptos en estrecha relación con el de ecosistema son el de hábitat y el de nicho ecológico. El hábitat es el lugar físico de un ecosistema que reúne las condiciones naturales donde vive una especie y al cual se halla adaptada.
El nicho ecológico es el modo en que un organismo se relaciona con los factores bióticos y abióticos de su ambiente. Incluye las condiciones físicas, químicas y biológicas que una especie necesita para vivir y reproducirse en un ecosistema. La temperatura, la humedad y la luz son algunos de los factores físicos y químicos que determinan el nicho de una especie. Entre los condicionantes biológicos están el tipo de alimentación, los depredadores, los competidores y las enfermedades, es decir, especies que rivalizan por las mismas condiciones.
¿Cuáles son los elementos de los Ecosistemas?
Hay una estrecha vinculación entre los seres vivos, tanto que cuando falta uno se daña a todo el ecosistema, en un efecto conocido como efecto cascada. Sin embargo, no son sólo los organismos vivos los que conforman el ecosistema; la ecología, considera dentro de este importante sistema vivo, a dos elementos primordiales: los bióticos y los abióticos…
Factores abióticos y bióticos
En el ecosistema hay un flujo de materia y de energía que se debe a las interacciones organismos-medio ambiente. Sus componentes son:
Componentes abióticos o Abiota
Los factores abióticos son aquellos elementos del ecosistema que no poseen vida, pero que intervienen en un ecosistema; el agua, la luz, la temperatura son algunos.
Las sustancias inorgánicas: CO2, H2O, nitrógeno, fosfatos, etc.
- Los componentes orgánicos sintetizados en la fase biótica: proteínas, glúcidos, lípidos.
- El clima, la temperatura y otros factores físicos.
Los factores abióticos son un conjunto complejo de interacciones que limitan el control de las actividades de los organismos, poblaciones y comunidades.
La abiota se compone por la energía, la materia (nutrientes y elementos químicos) y los factores físicos como la temperatura, la humedad, el rocío, la luz, el viento y el espacio disponible. El carbono, el oxigeno, el hidrogeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre constituyen a los macro-nutrientes, los cuales son los elementos esenciales con los que los organismos vivos construyen proteínas, grasas y carbohidratos o azucares.
Estos seis elementos conforman los complejos orgánicos encontrados en todos los seres vivientes. Junto a estos se encuentran los micronutrientes, los cuales son sustancias traza necesarias, como el cobre, el zinc, el selenio y el litio, y son regulados por ciclos junto con losmacro-nutrientes para que estén disponibles en el medio físico.
Componentes bióticos o Biota
Los factores bióticos de un ecosistemas están conformados por los seres vivos: plantas, animales,hongos...
Las afectaciones que una población puede provocar sobre un ecosistema es algo que los ecólogos han comenzado a comprender. En ciertos ecosistemas algunas especies, llamadas especies clave, cumplen un papel importante en la estructura de la comunidad.
La biota está compuesta por los organismos vivos de un ecosistema, los cuales se dividen en dos categorías generales: los autótrofos y los heterótrofos. Esta distinción se basa en sus necesidades nutricionales y el tipo de alimentación.
Los distintos organismos de un ecosistema obtienen la materia y energía del medio de manera muy variada. Aquellos que lo hacen de una misma forma se agrupan en un conjunto o nivel trófico.
Funcionamiento del ecosistema
El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una fuente de energía que, fluyendo a través de los distintos componentes del ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los minerales y otros componentes físicos del ecosistema. La fuente primera y principal de energía es el sol.
En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continúo de los materiales. Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire.
En el ecosistema la materia se recicla -en un ciclo cerrado- y la energía pasa – fluye- generando organización en el sistema
La sucesión ecológica
La sucesión ecológica es el reemplazo de algunos elementos del ecosistema por otros en el transcurso del tiempo. Así, una determinada área es colonizada por especies vegetales cada vez más complejas. Si el medio lo permite, la aparición de musgos y líquenes es sucedida por pastos, luego por arbustos y finalmente por árboles. El estado de equilibrio alcanzado una vez que se ha completado la evolución, se denomina clímax. En él, las modificaciones se dan entre los integrantes de una misma especie: por ejemplo, los árboles nuevos reemplazan a los viejos.
La sucesión ecológica se pone en marcha cuando una causa natural o antropogénica (ligada a la intervención humana) despeja un espacio de las comunidades biológicas presentes en él o las altera gravemente.
La sucesión ecológica es la integración natural de nuevas especies dominantes, de tipo vegetal al medio; la regresión ecológica, es lo contrario, la eliminación de especies vegetales por diferentes fenómenos, como la acción humana.
La sucesión y la evolución tienen tiempos distintos. La sustitución evolutiva de las especies requiere cientos de miles de años, mientras que la sucesión se completa en cientos de años. Pero ambos procesos tienden a favorecer la sucesión de especies generalistas por otras especializadas; en general, tienden a producir un aumento de complejidad. El proceso evolutivo se desarrolla dentro de la corriente de auto organización de los sistemas ecológicos, que llamamos sucesión, y eso ayuda a explicar su tendencia a producir formas cada vez más complejas y especializadas.
Hay dos tipos de sucesiones: primaria y secundaria.
Sucesión Ecológica Primaria
Sucesión Primaria: es aquella que se desarrolla en una zona carente de comunidad preexistente, es decir, que se inicia en un biotopo virgen, que no ha sido ocupado previamente por otras comunidades, como ocurre en las dunas, nuevas islas, etc. Este tipo de proceso puede durar miles de años.
- Sucesión Secundaria: es aquella que se establece sobre una ya existente que ha sido eliminada por algún disturbio como incendio, inundación, enfermedad, talas de bosques, cultivo, etc. En este caso el ambiente contiene nutrientes y residuos orgánicos que facilitan el crecimiento de los vegetales.
Sucesión Ecológica Secundaria
La sucesión es un proceso dominado por plantas, en el que las comunidades de animales cambian en función de los cambios que experimentan las comunidades vegetales. Es un cambio unidireccional, secuencial en la dominancia relativa de especies de una comunidad.
Puede considerarse que la estrategia del desarrollo del ecosistema sea el incremento en la eficiencia en la utilización de la energía, de tal manera que cada unidad estructural se mantenga con el trabajo mínimo posible.
En la terminología ecológica, las etapas del desarrollo son conocidas como etapas serales y el estado estable final como clímax. El gradiente integro de las comunidades, que es característico de un lugar dado, se llama sere.
Como podría esperarse, la tasa de cambios es mucho más rápida y el tiempo requerido para la terminación de los seres es mucho más corto en la sucesión secundaria.
- La sucesión autotrófica: Es un tipo muy diseminado en la naturaleza, que principia en un medio ambiente predominante inorgánico y se caracteriza por una temprana y continúa dominancia inicial de autótrofos.
- La sucesión heterotrófica: se caracteriza por la dominación de autótrofos, que se presentan en el caso especial de ambientes predominantes orgánicos.
Clase de organismos que cambian con la sucesión e incremento de biomasa
Aquellas especies que son importantes en las etapas pioneras, es probable que no sean importantes en la etapa del clímax. Cuando se gráfica la densidad de especies contra el tiempo en una sere, se obtiene un gráfica en escalera. Típicamente, en el gradiente algunas especies tienen tolerancias más amplias o preferencias de nichos que otras y, por lo tanto, persisten por periodos más largos.
Tanto en ambientes acuáticos como terrestres la cantidad total de materia orgánica y de materiales orgánicos en descomposición tiende a incrementarse con el tiempo. También muchas sustancias solubles se acumulan, estas incluyen azucarares, amoniacos y muchos productos orgánicos de la descomposición microbiana. Estos productos líquidos que se escurren del cuerpo de organismos, con frecuencia, se conocen colectivamente como extrametabólicos.
La regulación química es una manera de lograr la estabilidad de la comunidad a medida que se acerca el clímax, porque las perturbaciones tanto físicas como químicas son amortiguadas por una extensa estructura orgánica son de dos principales factores que dan lugar a cambios en las especies.
La diversidad de especies tiende a incrementarse con la sucesión. Una disminución en la producción neta de la comunidad y un aumento correspondiente en la respiración de esta son 2 de las tendencias más notables la sucesión.
CICLOS DE LA MATERIA
- Ciclos de la Materia
Los elementos químicos que forman los seres vivos (oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre y fósforo, etc.) van pasando de unos niveles tróficos a otros. Las plantas los recogen del suelo o de la atmósfera y los convierten en moléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Los animales los toman de las plantas o de otros animales.
Después los van devolviendo a la tierra, la atmósfera o las aguas por la respiración, las heces o la descomposición de los cadáveres, cuando mueren. De esta forma encontramos en todo ecosistema unos ciclos del oxígeno, el carbono, hidrógeno, nitrógeno, etc. cuyo estudio es esencial para conocer su funcionamiento.
FLUJO DE ENERGÍA
El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel al siguiente. La energía fluye a través de la cadena alimentaria sólo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores a los descomponedores. La energía entra en el ecosistema en forma de energía luminosa y sale en forma de energía calorífica que ya no puede reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcionamiento. Por esto no es posible un ciclo de la energía similar al de los elementos químico.
- Flujo de Energía en los Ecosistemas
El flujo de energía es aprovechado por los productores primarios u organismos fotosintéticos (plantas y otros) para la síntesis de compuestos orgánicos que, a su vez, utilizaran los consumidores primarios o herbívoros, de los cuales se alimentaran losconsumidores secundarios o carnívoros. De los cadáveres de todos los grupos, losdescomponedores podrán obtener la energía para lograr subsistir. De toda esta forma se obtendrá un flujo de energía unidireccional en el cual la energía pasa de un nivel a otro en un solo sentido y siempre con una perdida en forma de calor.
Pirámides Ecológicas y Niveles tróficos
Ejemplo de Pirámide Ecológica
Las pirámides ecológicas representan gráficamente la estructura trófica de un ecosistema, mediante rectángulos horizontales superpuestos que nos informan de las transferencias de la energía de una comunidad hasta llegar al último nivel trófico.
En el funcionamiento de los ecosistemas no ocurre desperdicio alguno: todos los organismos, muertos o vivos, son fuente potencial de alimento para otros seres. Un insecto se alimenta de una hoja; un ave come el insecto y es a la vez devorada por un ave rapaz. Al morir estos organismos son consumidos por los descomponedores que los transformarán en sustancias inorgánicas.
Estas relaciones entre los distintos individuos de un ecosistema constituyen la cadena alimentarla.
Los productores u organismos autótrofos: capaces de sintetizar materiales orgánicos complejos a partir de sustancias inorgánicas simples es decir, organismos capaces de producir su propio alimento. Auto, “a si mismo”; trophos, “nutrición”.
Los fotótrofos los constituyen la mayoría de las plantas verdes y algas que emplean la energía solar para convertir elementos químicos relativamente simples, como el dióxido de carbono, el agua y nutrientes, en compuestos complejos (carbohidratos, lípidos y proteínas).
Los quimiótrofos convierten los compuestos inorgánicos en energía, por ejemplo, las bacterias que viven en el fondo del mar alrededor de ventilas termales, las cuales utilizan la energía del hidróxido de sulfato para su nutrición.
Por medio de este proceso, las sustancias minerales se destransforman en compuestos orgánicos, aprovechables por todas las formas vivas.
Los heterótrofos o consumidores son aquellos que comen partes de células, tejidos o materiales de desecho orgánico de otros organismos para su subsistencia. Obtienen la energía química necesaria en forma directa o indirecta de los autótrofos, y por tanto, de manera indirecta del sol.
Los macro-consumidores o fagótrofos: heterótrofos, sobre todo animales, que ingieren otros organismos o fragmentos de materia orgánica. Ingieren partes y cuerpos enteros, vivos o muertos, de otros, de otros organismos; aquí se incluyen los herbívoros o consumidores primarios, los carnívoros oconsumidores secundarios, y los omnívoros o consumidores terciarios.
-Los micro-consumidores o sapótrofos: también heterótrofos, llamadosdescomponedores sobre todo hongos y bacterias, que absorben productos en descomposición de organismos muertos y liberan nutrientes inorgánicos que pueden utilizar nuevamente los productores. Incluye a los detritívoros o consumidores de detritus (materia orgánica en proceso de descomposición, partes de tejidos y desechos).
Niveles Tróficos
Esta organización de los ecosistemas es válida tanto para los ambientes terrestres como para los acuáticos. En ambos se encuentran productores y consumidores. Sin embargo, los ecosistemas terrestres poseen mayor diversidad biológica que los acuáticos. Precisamente por esa riqueza biológica, y por su mayor variabilidad, los ecosistemas terrestres ofrecen más cantidad de hábitats distintos y más nichos ecológicos.
Como sistema complejo que es, cualquier variación en un componente del sistema repercutirá en todos los demás componentes. Por eso son tan importantes las relaciones que se establecen.
Los ecosistemas se estudian analizando las relaciones alimentarias, los ciclos de la materia y los flujos de energía.
Relaciones alimentarias
La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica.
Las redes de alimentación (reunión de todas las cadenas tróficas) comienzan en las plantas (productores) que captan la energía luminosa con su actividad fotosintética y la convierten en energía química almacenada en moléculas orgánicas. Las plantas son devoradas por otros seres vivos que forman el nivel trófico de los consumidores primarios (herbívoros).
Red Trófica
La cadena alimentaria más corta estaría formada por los dos eslabones citados (ej.: elefantes alimentándose de la vegetación). Pero los herbívoros suelen ser presa, generalmente, de los carnívoros (depredadores) que son consumidores secundarios en el ecosistema. Ejemplos de cadenas alimentarias de tres eslabones serían:
hierba <– vaca <–hombre
algas <– krill <– ballena.
Las cadenas alimentarias suelen tener, como mucho, cuatro o cinco eslabones – seis constituyen ya un caso excepcional-. Ej. de cadena larga sería:
Algas <– rotíferos <– tardigrados <–nematodos <–musaraña <–autillo
Eslabones de una Cadena Alimenticia (a esta se le debe agregar el eslabón correspondiente a los DESCOMPONEDORES)
Pero las cadenas alimentarias no acaban en el depredador cumbre (ej.: autillo), sino que como todo ser vivo muere, existen necrófagos, como algunos hongos o bacterias que se alimentan de los residuos muertos y detritos en general (organismos descomponedores o detritívoros). De esta forma se soluciona en la naturaleza el problema de los residuos.
Los detritos (restos orgánicos de seres vivos) constituyen en muchas ocasiones el inicio de nuevas cadenas tróficas. Por ej., los animales de los fondos abisales se nutren de los detritos que van descendiendo de la superficie.
Las diferentes cadenas alimentarias no están aisladas en el ecosistema sino que forman un entramado entre sí y se suele hablar de red trófica.
