viernes, 12 de diciembre de 2014

Flujo de energía en los ecosistemas

Tema: 17

3.3.  Ciclos biogeoquimicos
Un  aspecto  importante  de  las  transferencias  de  materia  en  los  ecosistemas  reside en  la existencia  de  circuitos  a  través  de  los  cuales  son  reciclados  los  diversos  elementos.
Los seres vivos  precisan  de  unos  cuarenta  elementos  para  realizar  la  síntesis  de  su protoplasma. Los  más  importantes  son  carbono,  nitrógeno,  hidrógeno,  oxígeno,  fósforo  y azufre. A los mencionados  elementos  se  añaden  otros,  necesarios  en  menor  cantidad: calcio, hierro,  potasio,  magnesio,  sodio,  etc.  Éstos  pasan  alternativamente  de  la  materia viva  a  la inorgánica, recorriendo  circuitos  más o menos  complejos  que  reciben  el  nombre de  ciclos biogénicos o biogeoquimicos.  Se  reconocen dos  tipos  de  ciclos:  los  gaseosos, en  los  que  la atmósfera es la reserva esencial  del  elemento (carbono,  nitrógeno,  agua);  y los  sedimentarios, cuando  el  elemento es almacenado  en  forma  de  sedimento  sólido (fósforo, azufre).

3.3.1. Ciclo del carbono
Los microorganismos heterótrofos producen dióxido de carbono por la respiración de moléculas orgánicas obtenidas  de  los  cuerpos de las plantas  y de los cuerpos y excreciones animales.


3.3.2. Ciclo del nitrógeno
Los  microorganismo desempeñan funciones esenciales  diversas en el ciclo del  nitrógeno  a través de la biosfera. Se calcula que la mitad del nitrógeno  fijado  hoy  día  sobre  la  tierra  es el resultado de dos actividades humanas: la fijación industrial y las plantaciones de leguminosas.



3.3.3. Ciclo del fósforo
El  fósforo  es  por  lo  general  el  nutriente limitante  de  los  organismos  que  viven  en  ambientes acuáticos.  Gran  parte  del  fósforo  que llega  a  los  océanos  deja  de  estar  al  alcance  de  los organismos  terrestres  durante  largos períodos.  Una  vez  en  el  mar  sólo  existen  dos  mecanismos para  el  reciclaje  del  fósforo desde  el  océano  hacia  los  ecosistemas  terrestres:  mediante  las aves  marinas  (guano  de las islas,  rico en fósforo) y mediante la actividad del hombre cuando explota la  roca fosfatada.


3.4.  Flujo  de  energía  en  los ecosistemas
Todo ser vivo se alimenta  hasta cubrir sus  requerimientos de energía.  Los organismos utilizan  la energía  para  dos  propósitos  fundamentales:  mantenimiento  y  crecimiento.
Entre  los  requerimientos  para  el  mantenimiento  una  parte  de  la  energía  se  gasta  en el metabolismo  basal  (nivel  mínimo  de  gasto  energético  requerido  para  mantener  vivo al organismo),  otra  parte  para  la  regulación  de  la  temperatura  corporal  en  el  caso  de  los
homotermos y una  porción  más pequeña de energía en  la  actividad  involuntaria o de  reposo,
tal  como la implicada  en  los  movimientos  corporales  menores  o  en  la  actividad  muscular
mínima. Por otro lado,  tenemos  que  se  requiere  energía  para  el  crecimiento  (formación  de
nuevos  tejidos) y también  para  la  formación  de  productos  sexuales  (reproducción).
Sólo una pequeña parte  de  la  energía  es  utilizada  por  el  organismo  para  realizar sus
funciones vitales,  gran  parte de  ella  se disipa  como calor.  El flujo de  energía  se  realiza  en  un
solo sentido y  se  explica  mediante  las  leyes  de  la  termodinámica, que  son conceptos fundamentales de la física.

3.4.1.  Primera  ley
La  energía  no  se  crea  ni  se  destruye,  sólo  se  transforma.  Por  ejemplo,  la  energía radiante  se transforma  en  energía  química  por  la  fotosíntesis,  y  ésta,  en  mecánica (movimiento)  y  en eléctrica  (impulso  nervioso),  etc.

3.4.2. Segunda ley
La  transformación  de  una  forma  de  energía  a  otra  nunca  es  100%  eficiente,  en  cada paso, gran  parte  de  ella  se  disipa  como  calor.  La  eficiencia  de  transferencia  de  la  energía promedio (producción  neta  de  un  nivel  a  producción  neta  en  el  nivel  siguiente)  es  de aproximadamente 10%.  Tomemos  como  ejemplo  una  planta  que  recibe  1000  calorías  de energía  radiante  del sol en  un  día  determinado.  Los  experimentos  han  mostrado  que  unas 100  calorías  solamente son utilizadas  para  producir  material  vegetal  y  mantener  su  vida, mientras  que  el  resto  se disipa como  calor  en  el  aire  circundante.  Supongamos  que  ahora un  herbívoro,  digamos  una vaca, comiera  dicha  planta,  entonces  obtendría  10  calorías.  Sin embargo,  la  vaca  ha  de mantener su propio  metabolismo  y  retener  además  alguna  energía para  la  acción  muscular  que le  permita moverse  en  busca  de  más  hierba.  La  producción neta  de  la  vaca,  su  ganancia utilizable  de energía,  sería  sólo  de  aproximadamente  una caloría.  Así,  pues,  por  cada  10 calorías  comidas por  un  herbívoro,  solamente  una  queda disponible  para  el  carnívoro.  Y  los  consumidores terciarios,  reciben  menos  todavía.  De  la caloría  disponible,  los  carnívoros  sólo  pueden  utilizar, para  aumento  de  peso,  una  décima parte,  es  decir 0,0001  calorías  de  las  1000  calorías originales.  La  ventaja  de  los  herbívoros, en  materia  de  energía,  es  una  razón  importante  de que  haya  tanto  más  herbívoros  que carnívoros.  Es  obvio  que  el  hombre,  susceptible de ocupar en  la  cadena  de  alimentos  las posiciones  primaria,  secundaria  y  terciaria,  utiliza  la  energía solar  con  mayor  eficiencia cuando  es  un  consumidor  primario,  esto  es,  cuando  come vegetales.

3.5.  Relaciones  Interespecíficas
La  interacción  de  dos  especies  diferentes  puede  tener  sobre  cada  una  de  ellas  una influencia nula,  favorable  o  desfavorable.  Los  diferentes  tipos  de  combinaciones  son.

3.5.1.  Neutralismo
No  hay  beneficio  ni  perjuicio  para  ninguno  de  los  dos  organismos,  las  dos  especies son independientes,  no  tienen  ninguna  influencia  entre  sí,  por  ejemplo  una  lombriz  de  tierra
y  un  insecto.

3.5.2.  Mutualismo
En este caso cada especie necesita para sobrevivir, crecer y reproducirse,  la presencia de  la  otra. Las dos  especies  viven  en  simbiosis.  Por  ejemplo  los  liqúenes  que  resultan  de la  asociación  de  un alga  verde  o  una  cianobacteria,  que  proporciona  la  clorofila  para  la fotosíntesis  y  un  hongo que  aporta  la  humedad.

3.5.3. Competencia
Cada  especie  actúa  desfavorablemente  sobre  la  otra.  La  competencia  aparece  con la  lucha  por los  alimentos,  refugios,  lugares  de  puesta,  etc.  A las  dos  especies  se  les  llama competitivas.

3.5.4. Cooperación
Las  especies  forman  una  asociación  que  no  les  es  indispensable,  pudiendo  vivir ambas  por separado,  pero  les  reporta  alguna  ventaja.  También  se  utiliza  el  término protocooperación,  que parece  indicar  un  acto  de  voluntad  y  premeditación.  La  nidificación colectiva  de  varias especies  de  aves  es  un  buen  ejemplo  de  cooperación  que  les  permite defenderse  más eficazmente  de  sus  depredadores.

3.5.5.  Comensalismo
La  asociación  comprende  una  especie  comensal  que  resulta  beneficiada  y  otra hospedante  que no  saca  ninguna  ventaja.  Los  organismos  comensales  ejercen  unos  sobre otros  coacciones  de tolerancia  recíproca.  El  transporte  epibiótico  de  un  organismo  pequeño por  otro  más  grande, como  la  rémora  transportada  por  el  tiburón,  es  un  ejemplo  de comensalismo.

3.5.6. Amensalismo
La especie llamada  amensal resulta  inhibida  en  su  crecimiento o reproducción mientras que  la otra, la inhibidora, no  resulta  alterada.  Un  ejemplo  de  este  tipo  de  relación son los animales ovinos, que  al  buscar  alimento  desentierran lombrices  que  son  comidas por  aves  ya  que la lombriz resulta  perjudicada  sin  que  se  beneficie  el  ovino.

3.5.7.  Parasitismo
La  especie  parásita,  generalmente  más  pequeña,  inhibe  el  crecimiento o la reproducción  de  su hospedero  y  a  veces  le  provoca  la  muerte. Las bacterias y parásitos patógenos  son  un  buen ejemplo.

3.5.8. Depredación
En este caso, existe una especie depredadora que ataca a otra que es la presa para alimentarse a su costa. Por ejemplo  los  tiburones  que  atacan  peces.

3.6.  Relaciones  intraespecíficas
El  incremento  de  individuos de  una  misma  población  (se  entiende de una  misma especie), produce, en algún  momento, competencia o disputa por las mismas cosas que no  se encuentran en cantidades suficientes. Así, tenemos que la competencia se realiza en todos los niveles tróficos para obtener materia y  energía. El aumento de una  población puede controlarse  naturalmente por:

3.6.1. Territorialidad
Es  la  tendencia  de  los  organismos  a  ocupar  cierto  territorio.  Por  ejemplo  las  aves  y los  peces defienden  sus  lugares  de  nidificación.

3.6.2.Predominio social
La  aparición de  jerarquías sociales con individuos dominantes e individuos dominados corresponde a este  tipo de competencia  intraespecífica.  Un  buen  ejemplo  lo encontramos en el “abejorro común",  en  este  insecto  sucede  que  las  larvas  de  tres  años impiden el crecimiento de  las larvas de  uno  y  dos,  lo  cual  explica  por  qué  las  eclosiones  de los  adultos  alados  no  ocurre más  que de  tres  en  tres  años.

3.6.3. Compensación
Se  da en  el cuidado de las crías propias y ajenas. En la especie  llamada comúnmente "pingüino emperador" algunos  individuos  actúan como  nodrizas,  cuidando sus crías y las de  otros, mientras que los demás adultos se encuentran pescando.

3.6.4.  Sociedades
En  algunas  especies  se  produce  una  diferenciación  morfológica  de  acuerdo  a  la función  que realizan  sus  miembros,  por  ejemplo  en  las  abejas,  hormigas,  comejenes,  etc.
Así  tenemos  que  en  las  abejas  existe  la  reina,  las  obreras  y  los  zánganos.

3.6.5.  Migraciones
Es otra forma de mantener el equilibrio de la población  para  aprovechar  mejor  el alimento y el espacio  existente.  Por  ejemplo,  la  migración  del  salmón  desde el mar  hasta las  nacientes  de los ríos  donde  depositan  sus  huevos.  Existen  las  llamadas  “migraciones sin  retorno",  como las que realizan los “lemmings" de Escandinavia  y Canadá que migran hacia el mar muriendo despeñados en el  trayecto  y  ahogados  en  su  mayor  parte.

3.7.  Hábitat y nicho ecológico
El  hábitat es  el  lugar donde se  encuentra  y desarrolla  una  especie  dada.  Por  ejemplo, el “Paiche" es un  pez que vive en las  aguas negras y cálidas de algunas lagunas  amazónicas,
lugar  que  constituye  su  hábitat.
Las  especies  que  viven  en  un  hábitat  determinado  tienen  un  régimen  alimenticio conocido  u “ocupación”  que  es  la  función  natural  de  la  especie  dentro  del  ecosistema.  Es decir,  tienen una  “profesión  con  la  cual  se  ganan  la  vida  .  La  combinación  de  función  y hábitat  se designa como  nicho  ecológico,  a  través  del  cual  se  conoce  la  posición  trófica  de la  especie  y por  lo tanto  sus  relaciones  con  otras  especies.  Así  por  ejemplo  al  afirmar  que el  “Paiche” (Arapaima gigds)  es  un  depredador  de  peces  pequeños  que  vive  en  lagunas amazónicas,  nos estamos refiriendo  a  su  nicho  ecológico.


4.  SUCESIÓN ECOLÓGICA
Una  característica  fundamental  de  la  biocenosis  es  su  dinamismo.  La  observación de  un campo de  pasto  abandonado  durante  varios  años  muestra  la  progresiva  invasión  de un matorral  de arbustos  que  se  convierte  luego  en  un  bosque  de  pinos,  que  finalmente cede  el  paso  a árboles de  madera  dura.  La  biocenosis  es  función  de  su  biotopo  y, recíprocamente,  éste  se  encuentra influido  por  ella.  Teniendo  en  cuenta  la  variabilidad  de los  factores  climáticos,  geológicos  y bióticos  la  evolución  de  la  biocenosis  aparece  como un  fenómeno  obligatorio,  más  o  menos rápido,  según  los  casos.  En  tal  sentido,  la  sucesión se  define  como  la  serie  de  cambios  a través  de  los  cuales  los  ecosistemas  van  pasando  a medida  que  transcurre  el  tiempo.  Este fenómeno  se  caracteriza  por  lo  siguiente:
Es un  proceso  ordenado,  orientado  en  una  cierta  dirección  y  previsible.
Es consecuencia  de  las  modificaciones  impuestas  al  medio  por  las  mismas comunidades  o  por fenómenos  de  competencia  interespecífica.
Acaba  en  una  biocenosis  clímax,  en  la  cual  la  biomasa  alcanza  su  valor  máximo: la diversidad  es  también  muy  elevada  y  las  relaciones  entre  los  organismos  son muy numerosas.
La  sucesión  ecológica  puede  ser:

Evolutiva.  Se  inicia  cuando  los  organismos  vivos  emergen  del  agua  e  invaden  la tierra.  Los liqúenes  que  invaden  las  superficies  rocosas  de  la  orilla  del  mar es  un buen  ejemplo  de  este tipo  se  sucesión.
Primaria.  Se  inicia  en  una  área  despoblada,  sin  vida  o  donde  la  fauna  y  flora preexistente  ha desaparecido  por  algún  acontecimiento  geológico.  El  bosque amazónico  es  un  buen  ejemplo.
Secundaria.  Se  presenta  cuando  se  destruye  una  comunidad  natural  de  plantas.
Las  nuevas  plantas  que  se  desarrollan  constituyen  una  sucesión  ecológica secundaria.  La aparición  de  nuevas  plantas  en  los  espacios  que  se  dejan  por  la tala  de  árboles  maderables  en la  amazonia  es  un  ejemplo  de  sucesión  ecológica secundaria.


5. EQUILIBRIO ECOLÓGICO
Es  el  estado  por el  cual  el  ecosistema  tiene  tendencia  a  adquirir  una  gran  madurez, es  decir, a evolucionar  hacia  una  mayor  complejidad  y  estabilidad.
El  equilibrio  ecológico  hace  posible  el  desarrollo  y  dinamismo  de  las  poblaciones, de  tal manera  que  se  cumplan  todos  los  ciclos  bioenergéticos  dentro  de  las  diferentes cadenas alimenticias  que  existen  en  el  ambiente.

5.1.  Causas del desequilibrio ecológico
Generalmente,  la  intervención  humana  rompe  el  equilibrio  ecológico.  La  actividad del hombre desde la formación de las primeras civilizaciones, y en una  progresión constante, ha  tendido  a romper  el  equilibrio  ecológico.  En  las  últimas  décadas  se  ha  alcanzado  una enorme potencialidad  destructiva  sobre  el  medio  ambiente,  como  lo  atestiguan  los  múltiples problemas relacionados  con  la  degradación  ecológica  que  hoy  afecta  a  nuestro  planeta.
La  ruptura  del  equilibrio  ecológico  es  peligrosa  cuando  por  ejemplo:

•  Se  destruyen  grandes campos de  cultivo para destinarlos  al  incremento de  las urbanizaciones.  Así,  por  ejemplo, se  han  destruido ecosistemas  típicos  como los  “Pantanos  de  Villa”,  las “Lomas  de Atocongo”,  etc.
•  Se  tala,  caza  y  pesca  indiscriminadamente,  tal  como  ocurre  en  la Amazonia  y en el  Mar  Peruano.
•  Se  utilizan,  indiscriminadamente,  pesticidas  para  eliminar  animales  y  plantas considerados como perjudiciales así tenemos que en el valle de Cañete la intensa lucha  química  contra  las  plagas  del  algodón  causó  el  incremento  del  número  de  insectos  perjudiciales  y  más  resistentes,  que  ocuparon  los  nichos  ecologico vacíos  dejados  por  los  insectos  que  atacaban  el  algodon.

5.2.  Implicancias de la Explosión Demográfica
El galopante crecimiento .demográfico que actualmente se observa en la especie humana  es un fenómeno fundamental sobre el que es  preciso insistir si pretendemos comprender la naturaleza de las cada  vez más numerosas  agresiones que se cometen contra la naturaleza. Algunas estimaciones de la  evolución demográfica mundial darán  una idea de su importancia:

6000  antes  de  nuestra  era..............5  millones  de  personas.
Año 1000..................................... 250 millones de personas.
Año 1850....................................1100 millones de personas.
Año 1930..... ................ ............ 2000 millones de personas.
Año 1950....................................2500 millones de personas.
Año 1975................................... 4000 millones de personas.
Estimación  año  2000............... 6000  millones  de  personas.

El tiempo  de  la  duplicación  de  la  población  ha  pasado  de  2500  años  en  el  Neolítico a 100 años  en  1900  y  a  35  años  en  1980.  Si  este  crecimiento  exponencial  continúa acabaremos  por vislumbrar  unas  perspectivas  de  pesadilla:  12  000  millones  de  habitantes en  el  2025 y  150 000 millones  en  el  2150  es  decir,  una  densidad  de  1000,habitantes/Km2.
Todos los problemas que actualmente se  plantean  en  lo  concerniente  a  la  protección del  medio natural  están  cada  vez  más  relacionados  con  la  explosión  demográfica  humana que  viene, además,  acompañada  por  la  dilapidación  de  los  recursos  naturales  a  una velocidad que ha sufrido una notable aceleración a lo largo del siglo XX.  El crecimiento de  la población se produce a un  ritmo  mucho  más rápido que  el  de  los  rendimientos  agrícolas,  lo que  reduce  a  la nada  los esfuerzos  de  numerosos  países  por  alimentar  a  todos  sus habitantes.

El  aumento de  los  rendimientos  agrícolas  no  puede  conseguirse  de  forma  indefinida las  cifras recopiladas  por  Odum  (1973)  muestran  que  para  duplicar el rendimiento de los cultivos  hace falta  multiplicar  por  10  la  cantidad  de  abono,  de  pesticidas y de energía utilizadas. Tal progresión exponencial tiene obligadamente unos limites que no podrán sobrepararse.
sobrepasares.

Es evidente que hay dos fuerzas opuestas que actúa sobre el crecimiento y  el desarrollo de las poblaciones, una de ellas es inherente y característica de cada población especifica:  la capacidad de reproducirse a  un cierto ritmo  también llamada potencial biótico.
Opuesta  a  ella  está  la  mortalidad  o  longevidad fisiológica que se conoce  como  resistencia del ambiente.

Para los especialistas el avance  científico y tecnológico ha hecho posible mejorar las condiciones de vida del poblador incrementando el potencial biótico, lo que se expresa en el aumento de la densidad poblacional, hasta llegar al límites de explotasión demográfica.


Ciclo del Nitrógeno y Carbono


Referencia:
https://www.youtube.com/channel/UCeFtM-ZzYWOkpHbr5PvXCbA


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