Tema 4 Los organismos y la temperatura y la luz

Ecología

Pedro Villar

Índice (parte de temperatura) 1) La temperatura determina la velocidad de las reacciones bioquímicas. 2) Temperatura y desarrollo de organismos. Concepto de grado día 3) La temperatura puede ser una señal para regular el ciclo de vida 4) ¿De qué depende la temperatura de los organismos? Ecuación del balance de energía 5) Temperatura y distribución de organismos. No siempre hay una relación directa 6) ¿Por qué las temperaturas extremas limitan la vida de los organismos? 7) Adaptaciones a temperaturas extremas en animales y microrganismos 8) Adaptaciones a temperaturas extremas en plantas 9) Aclimatación a temperaturas extremas. No todo es adaptación 10) Caso práctico: la localización de los viveros forestales y su papel en la aclimatación de las plantas forestales y el éxito de las reforestaciones

Ecología

Pedro Villar

¿Por qué es importante la temperatura para los organismos? 1) La temperatura determina la velocidad de las reacciones bioquímicas y la disponibilidad de agua Los organismos EVOLUCIONAN para ajustar sus óptimos metabólicos a la temperatura de su habitar Grupo de plantas

Tª óptima de fotosíntesis (ºC)

•Plantas C4 (herbáceas subtropicales y tropicales)

30-40

•Árboles tropicales

25-30

•Árboles y arbustos esclerófilos mediterráneos

20-35

•Plantas herbáceas agrícolas C3

20-30

•Árboles caducifolios templados

20-25

•Arbustos de la tundra

15-25

•Líquenes de zonas frías

8-15

Molles, 2005 Ecología

Pedro Villar

¿Por qué es importante la temperatura para los organismos? 2) La temperatura determina la velocidad de desarrollo de los organismos: concepto de GRADOS-DIA (heat sum) (S) ¿Cómo calculo S? t2

S = ∑ ( T − Tb ) S = Días× ∆Temp. t1

Pieris rapae

Ejemplo: Pieris rapae; S=174 grados-día, Tb=10.5ºC

174 T ª = 20º C; Días = = 18.3 (20 − 10.5) 174 T ª = 15º C; Días = = 38.6 (15.5 − 10.5 Begon et al., 1999

Útil para animales ECTOTERMOS y plantas Ecología

Pedro Villar

¿Por qué es importante la temperatura para los organismos? 3) Algunos organismos, además, usan la temperatura como “señal” para regular su ciclo de vida

Ejemplo 1: La germinación en otoño de las semillas de plantas anuales mediterráneas debe ir precedida de temperaturas elevadas Ejemplo 2: La brotación de muchos árboles del mundo templado debe ir precedida por una acumulación de horas de frío (y en muchos seguida de una acumulación de horas de calor) Ejemplo 2: La señal que indica a muchas plantas mediterráneas que deben empezar la aclimatación al frío es la reducción de la temperatura Ecología

Pedro Villar

¿De qué depende la temperatura de los organismos? Ecuación de balance de calor Calmacenado = Cmetabolismo ± Cradiación ± Cconducción ± Cconvección - Cevaporación

Radiación directa

Radiación reflejada

Radiación de la atmósfera Intercambio por evaporación

Intercambio por convección Radiación reflejada

Begon et al., 1999

Ecología

Metabolismo

Intercambio de energía

Intercambio por conducción

Pedro Villar

Los organismos difieren en su capacidad de regular la temperatura de su cuerpo

¿Qué diferencias hay entre los organismos poiquilotermos y los homeotermos, entre los organismos ectotermos y los endotermos, y cuáles son las ventajas y desventajas de la ectotermia y la endotermia? (es importante que conozcáis las fuentes bibliográficas consultadas)

Ecología

Pedro Villar

La temperatura limita la distribución de los organismos…pero la relación no tiene porque ser directa Rubia peregrina

Begon et al., 1999 Ecología

Pedro Villar

¿Por qué las temperaturas extremas limitan la vida de los organismos? Deshidratación (estrés hídrico)

Temperatura elevada Desnaturalización de proteínas y ácidos nucleicos

Temperatura baja (congelación)

Deshidratación (estrés hídrico) -En plantas, por incapacidad de absorber agua - En plantas, por formación de embolias en el xilema

Destrucción protoplasma - por cambios en su volumen - por formación de cristales Ecología

Pedro Villar

Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 1) Estructuras de resistencia en animales y microrganismos: huevos de invertebrados y esporas 2) Entrada en letargo: concepto de hibernación y estivación.

Letargo diario

Letargo estacional

Ecología

Hibernación

Estivación

Pedro Villar

Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos La hibernación/estivación ocurre endotermos pequeños ¿por qué?

Ecología

principalmente

entre

animales

Pedro Villar

Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 3) Cubiertas aislantes para el frío: capas de grasa y capas de pelo, plumas que influyen en la capa límite (Concepto de capa límite) Begon et al., 1999

Capa de aire más densa y próxima a un cuerpo Las capas limite determinan el flujo de calor y materia Su espesor depende de la velocidad del fluido que envuelve el cuerpo Ecología

Pedro Villar

Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 4) Intercambio de calor contracorriente: La circulación sanguínea contracorriente Endotermos acuáticos Órix (Oryx besia)

Smith and Smith, 2001

Smith and Smith, 2001

Hill et al 2006 Ecología

Pedro Villar

Adaptaciones a temperaturas extremas: animales y microrganismos 5) Acumulación de polímeros crioprotectores (glucoproteínas, glicerol) que impiden la congelación del interior de las células y síntesis de proteínas y ácidos nucleicos, y membranas termoestables que no se desnaturalizan a temperaturas elevadas: invertebrados, anfibios y microorganismos

6) En endotermos (mamíferos principalmente) se produce un acortamiento de extremidades (Regla de Allen) y una reducción de la relación superficie/volumen del cuerpo (Regla de Bergman) en climas fríos.

Tenéis una práctica en relación con esto Ecología

Pedro Villar

Adaptaciones a temperaturas extremas: plantas 1) Estructuras de resistencia (semillas, bulbos, rizomas, etc.) 2) Caducifolía 3) Producción de sistemas hidráulicos resistentes a las embolias

Davis et al., 1999, American J. Botany 86:1367-1372

Ecología

Pedro Villar

Adaptaciones a temperaturas extremas: plantas 4) Fecha de brotación en primavera

Vulnerabilidad del xilema a embolias (diámetro vasos)

2.6

log DMax (µm)

r=0,64 P