INSTRUMENTOS DE POLÍTICA AMBIENTAL MÓDULO I MEDIO AMBIENTE: FUNDAMENTOS Y PROBLEMÁTICA ACTUAL ECOLOGÍA, ADAPTACIONES, ECOSISTEMAS Y CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

ZENÓN CANO-SANTANA FACULTAD DE CIENCIAS, UNAM

ECOLOGÍA • Del gr. oikos = casa, logon = tratado. • Es un ciencia biológica que estudia el lugar en el que se vive.

Objeto de estudio de la Ecología Autor Haeckel (1869) Odum (1963) Krebs (1973) Begon et al. (1986) Carabias et al. (2009)

Objeto Las relaciones de los animales con su ambiente orgánico e inorgánico La estructura y el funcionamiento de la naturaleza Las interacciones que regulan la distribución y abundancia de los organismos Las interacciones con el ambiente de los individuos, las poblaciones y las comunidades Las interacciones de los organismos con su entorno y la forma en que éstas se reflejan en las adaptaciones morfológicas y fisiológicas, así como en la abundancia, la distribución y la diversidad de los organismos

ECOLOGÍA Ciencia que estudia las interacciones organismo-medio ambiente que moldean los rasgos de los individuos, las poblaciones, las comunidades, los ecosistemas y de la biosfera.

ORGANISMOS

MEDIO AMBIENTE INTERACCIÓN

Objeto de estudio de la Ecología ORGANISMOS •INDIVIDUOS •POBLACIONES •COMUNIDADES •ECOSISTEMAS •BIOSFERA Nivel de complejidad

MEDIO AMBIENTE INTERACCIÓN

•RECURSOS •CONDICIONES •INTERACCIONES BIÓTICAS •DISTURBIOS •FACTORES BIÓTICOS •FACTORES ABIÓTICOS

Niveles de organización en ecología Nivel

Definición

Fuerza de cohesión

Individuo

Cada organismo unitario e indivisible

Cohesión celular

Población

Conjunto de individuos de la misma especie que mantienen flujo génico

Flujo génico

Comunidad

Conjunto de poblaciones que mantienen interacciones bióticas

Interacciones bióticas (competencia, depredación, mutualismo)

Ecosistema

Sistema abierto conformado Intercambio de materia y por las comunidades vivas energía y el entorno abiótico que mantienen intercambio de materia y energía

Biosfera

Conjunto total de ecosistemas de la Tierra

Intercambio de materia y energía

COMUNIDAD

INDIVIDUO POBLACIÓN

ECOSISTEMA BIOSFERA

Propiedades emergentes Nivel

Algunas propiedades

Individuo

Morfología (Tamaño, color, forma) Fisiología (tasa respiratoria) Conducta (agresividad)

Población

Abundancia Distribución Estructura de edades Tasa de natalidad

Comunidad

Diversidad de especies Composición de especies Tasa de colonización Edad sucesional

Ecosistema y biosfera

Productividad (primaria y secundaria) Ciclo del agua Tasa de descomposición Biomasa en pie

Fuerzas ecológicas INTERACCIONES

CONDICIONES

RECURSOS

•INDIVIDUOS •POBLACIONES •COMUNIDADES •ECOSISTEMAS •BIOSFERA

DISTURBIOS

Fuerzas ecológicas Fuerza ecológica

Definición

Ejemplos

Condiciones

Variable fisicoquímica ambiental al cual los organismos responden diferencialmente. Las condiciones se “viven”.

Temperatura, humedad, salinidad, acidez, luz.

Recursos

Elementos del ambiente que son consumidos o utilizados, cuyo uso por parte de un organismo reduce su disponibilidad a otro. Los recursos se “usan”.

Alimento, presas, agua, radiación solar, nutrientes, espacio.

Interacciones bióticas

Relaciones activas que mantienen organismos de distinta especie, las cuales afectan su adecuación y tamaño poblacional.

Depredación, competencia y mutualismo.

Disturbios

Eventos súbitos o crónicos que matan o dañan organismos abriendo espacios de colonización a otros.

Incendios, contaminación, pisoteo, inundaciones.

Atributos de la ecología como ciencia • Es una ciencia biológica • Es una ciencia ambiental • Su objeto de estudio es la interacción organismo↔ambiente • Estudia cinco niveles de organización de la materia viva: individuos, poblaciones, comunidades, ecosistemas y biosfera • Es una ciencia incluyente: incluye al hombre como elemento biótico y como factor que afecta al ambiente • Es una ciencia integrativa: integra distintas ramas de la biología: bioquímica, genética, evolución, zoología, botánica • Es una ciencia interdisciplinaria: integra a las ciencias naturales: biología, química, física, geología • Es una ciencia transdisciplinaria: integra a las ciencias naturales con las ciencias sociales

Ramas de la ecología Rama/subramas

Objeto de estudio

Nivel

Autoecología Etología Ecomorfología Ecofisiología

Interacciones que afectan la conducta, morfología y fisiología de los individuos

Individuo

Ecología de poblaciones Demografía

Interacciones que afectan la distribución y abundancia de los organismos

Población

Sinecología

Interacciones que afectan la estructura y dinámica de las comunidades

Comunidad

Ecología de ecosistemas

Interacciones que afectan el funcionamiento de los ecosistemas y la biosfera

Ecosistema

Ecología y evolución “Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución” T. Dobzhanski – Las fuerzas ecológicas constituyen fuerzas de selección natural que afectan los atributos de los organismos. – Selección natural: éxito diferencial (en términos de supervivencia y fecundidad) de organismos con atributos distintos. – Los organismos que dejen más hijos transmiten sus rasgos a las generaciones futuras, ya que esos rasgos (genes) son los exitosos para un ambiente particular.

Ecología y evolución

Ejemplo: Melanismo industrial

Ecología y evolución – Los rasgos que permanecen en una población y permiten la supervivencia de un organismo frente a un ambiente particular se denominan adaptaciones. – Los organismos son producto de la evolución, por lo que son adaptados. – Los organismos son potencialmente capaces de enfrentar los cambios futuros en el ambiente, por lo que son adaptativos.

Medidas de éxito ecológico – Adaptación: rasgo morfológico, fisiológico o conductual que permite a un organismo vivir en un ambiente particular. – Adecuación: capacidad de un organismo de dejar descendencia que heredan sus caracteres. – Desempeño: medida de eficacia con la que un organismo lleva a cabo una función particular: respiración, movimiento, fotosíntesis, crecimiento. – Las funciones más importantes para un organismo son: sobrevivencia, crecimiento y reproducción.

LEY DEL MÍNIMO (Liebig, 1940) • “El nutrimento que se encuentre en menor concentración en un cultivo será el que determine la productividad de éste”. Aplicación general: • “El recurso que se encuentre en menor disponibilidad será el que determine el desempeño de un organismo” Falta de fósforo

Falta de vitamina C: escorbuto

LEY DE TOLERANCIA (Shelford, 1913) • “Las condiciones extremas son perjudiciales para un organismo”

DESEMPEÑO

Intervalo de tolerancia

Óptimo fisiológico

R CCC S S S SS

CONDICIÓN (p. ej.: temperatura)

R: reproducción C: crecimiento S. supervivencia

PEZ

0

40

PLANTA

Fijación de CO2

Velocidad (cm/s)

LEY DE TOLERANCIA (Shelford, 1913)

0

50

Temperatura( C) Fry y Hart (1948)

Adaptaciones a la sequía

Pubescencia, tricomas Tejidos suculentos, evasión del sol, pérdida de hojas

Hojas pequeñas Espinas Captura de agua: orina concentrada

Joroba , eritrocitos ovalados, heces secas

Hábitos nocturnos

Cierre de estomas

Adaptaciones al frío

Sustancias anticongelantes Criptobiosis Pelaje blanco: coloración críptica

Hibernación

Hojas duras y/o en forma de aguja

Forma de cono: coníferas

Adaptaciones a la vida en cuevas

Pérdida de color

Órganos tactiles

Pérdida de ojos

Gracilización

Uso de sonar

ECOSISTEMA • Integración: vivo + no vivo. Definición formal: • Sistema termodinámico abierto constituido por las comunidades vivas y su entorno abiótico dentro del cual ocurren movimientos de materia y energía.

ECOSISTEMA

IMPORTANCIA DEL CONCEPTO (Burns, 1992) El concepto de ecosistema es un paradigma y concepto poderoso porque: • Acepta la complejidad de los sistemas ecológicos. • Incluye las actividades humanas. • Su enfoque es holístico (estudia la naturaleza viva como un todo, no en partes). • Enfatiza interconexiones entre elementos y eventos distantes. • Es el escenario en el que evolucionan las especies. • Es la unidad de conservación ecológica. • Es el enfoque para estudiar el funcionamiento de la biosfera.

Propiedades de los ecosistemas 1. Productividad primaria Tasa de fijación de materia y energía por parte de los productores primarios (i.e., organismos fotosintetizadores y quimisintetizadores)

Propiedades de los ecosistemas 2. Productividad secundaria Tasa de fijación de materia y energía por parte de los consumidores (i.e., organismos heterótrofos)

Propiedades de los ecosistemas 3. Tasa de descomposición Velocidad la cual la materia se conminuta y reduce a compuestos más sencillos.

Propiedades de los ecosistemas 4. Eficiencias ecológicas Eficacia con la que un ecosistema y sus elementos usan la materia y energía para consumo, asimilación y producción de tejidos.

Propiedades de los ecosistemas 5. Biomasa en pie Cantidad de materia viva que tiene un ecosistema por unidad de área en un momento dado.

Propiedades de los ecosistemas 6. Velocidad y patrón de ciclaje de nutrientes (ciclos de materia). Tasa de movimiento y ruta que siguen los materiales que constituyen a los seres vivos.

Propiedades de los ecosistemas 7. Velocidad y patrón de flujo de energía. Tasa de movimiento y ruta que sigue la energía dentro de un ecosistema.

Propiedades de los ecosistemas 8. Estructura trófica Esquema de relaciones alimentarias entre los elementos de un ecosistema.

Propiedades de los ecosistemas 9. Edad y patrón sucesional Tiempo y tipo de desarrollo que tiene un ecosistema.

Propiedades de los ecosistemas 10. Especies clave Especies que al interior del ecosistema tienen un impacto más alto del que se espera por su abundancia.

Diferencias entre el movimiento de materia y el de energía

SAPRÓFAGOS

A T M Ó S F E R A

R E

CONSUMIDORES SECUNDARIOS

CONSUMIDORES PRIMARIOS

S P I R A

PRODUCTORES PRIMARIOS

C I Ó

SUELO, BENTOS, PARTÍCULAS SUSPENDIDAS

SOL, rocas

N

Ciclos biogeoquímicos

Ciclos sedimentarios o locales: P, K, Ca, Mg, Cu, Zn, B, Cl, Mo, Mn y Fe

Ciclos atmosféricos o globales: C, H, O, N, S

Vías de entrada y salida de materia Vía de entrada

Vía de salida

•Entrada de ríos •Precipitación •Inmigración •Fijación de la atmósfera •Liberación de sedimentos de roca madre •Contaminación

•Salida de ríos •Liberación a la atmósfera •Emigración •Pérdida de sedimentos •Cosecha por humanos

Mecanismos de movimiento de materia • Movimientos de masas de aire (viento y movimiento vertical). • Corrientes marinas y mareas • Surgencias • Ríos • Migración animal • Cadenas alimentarias • Dispersión biótica (esporas, semillas, quistes, polen, gametos nadadores, foresia, etc.)

Movimiento de masas de aire

Corrientes marinas

Corrientes de agua Migración de animales

Redes alimentarias

SURGENCIAS • Movimiento vertical de las masas de agua, de niveles profundos hacia la superficie

FORESIA • Tipo de comensalismo en el que un organismo usa de transporte a otro.

Ciclo del agua

Ciclo del carbono

Ciclo del nitrógeno

Ciclo del fósforo

Ciclo del potasio