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Colegio El Valle Departamento de Biología y Geología
4º ESO
TEMA 9. EL ECOSISTEMA
LA ECOLOGÍA Y LOS ECOSISTEMAS ECOLOGÍA Es la rama de la biología que estudia las relaciones de los seres vivos entre sí y la de estos con el ambiente que los rodea. Sus unidades fundamentales de estudio son los ecosistemas. ECOSISTEMA Está formado por dos componentes fundamentales que interaccionan entre sí: biotopo y biocinesis. 1. Biotopo. A su vez está formado por: • Medio físico: Son el medio aéreo y el medio acuático. • Factores físico-‐químicos: Son variables e influyen en los seres vivos. Algunos de ellos son la luz solar, la temperatura, la salinidad, los gases y el suelo. Uno de ellos puede impedir el crecimiento de una población en el ecosistema aunque otros no lo hagan; por eso recibe el nombre de factor limitante. 2. Biocinesis. Es el conjunto de seres vivos del ecosistema, y se distribuyen en el espacio de la forma más eficaz para aprovechar adecuadamente los recursos del medio. Cada comunidad posee una estructura vertical y una estructura horizontal. • Estructura vertical. Se puede encontrar en un bosque mediterráneo, el cual presenta los siguientes estratos de vegetación: - Estrato arbóreo. Formado por árboles de gran porte, como encinas y alcornoques. - Estrato lianiforme. Formado por plantas trepadoras que se apoyan en árboles y arbustos para crecer y buscar la luz, como hiedras y madreselvas. - Estrato arbustivo. Formado por especies de menor tamaño, como retamas, lentiscos y romeros. - Estrato herbáceo. Formado por plantas anuales bajas, como jaras, zarzamoras y jaramagos. • Estructura horizontal. Está condicionada por la distribución de los seres vivos de cada población y puede seguir los siguientes modelos: - Distribución al azar. Los individuos ocupan un espacio sin seguir un patrón de distribución. Es característico de especies con un amplio margen de tolerancia que no se reúnen en grupos. Ejemplo: Amapolas en un trigal. - Distribución uniforme. Cada individuo ocupa un área y mantiene una distancia más o menos constante con otros individuos de la misma especie. Este modelo aparece en casos de gran competencia entre los individuos de la misma especie, debido a algún factor limitante. Ejemplo: El petirrojo, que es un ave territorial. - Distribución en agregados. Los individuos se organizan en grupos de distintos tamaños por razones de reproducción, defensa o migración. Ejemplo: Herbívoros de la sabana.
FUNCIONAMIENTO DEL ECOSISTEMA Los seres vivos necesitan materia y energía para mantener y desarrollar su compleja estructura. Según la modalidad de nutrición, los organismos se clasifican en tres niveles tróficos:
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4º ESO A. PRODUCTORES Son seres vivos autótrofos que constituyen la vía de entrada de materia y energía de los ecosistemas. Elaboran moléculas orgánicas ricas en energía a partir de materia inorgánica empleando la energía solar o de reacciones químicas. Son las plantas, algas y bacterias verde-‐ azuladas. Gracias a la fotosíntesis y quimiosíntesis, los productores transforman la energía solar o la procedente de reacciones químicas en materia orgánica, principalmente glucosa. Estas moléculas son empleadas por todos los seres vivos en la respiración celular para obtener la energía que necesitan para los procesos vitales. Una parte de esa energía se transforma en calor, escapa al medio y no se puede usar de nuevo. B. CONSUMIDORES Son seres vivos heterótrofos incapaces de elaborar su propia materia orgánica, por lo que tienen que consumirla de otros que pueden fabricarla. Esta materia orgánica incorporada proporciona, mediante la respiración celular, la energía necesaria para mantener y desarrollar su estructura. Hay tres tipos de consumidores: • Consumidores primarios. Son animales herbívoros que se alimentan de productores. Ejemplos: El conejo, los corzos, las orugas. • Consumidores secundarios. Son animales carnívoros que se alimentan de consumidores primarios. Ejemplo: Lince, lobo, comadreja, tejón, lagartos… • Consumidores finales. Son animales que se alimentan de otros carnívoros. Ejemplos: Hiena, águila culebrera. C. DESCOMPONEDORES Son organismos heterótrofos que obtienen sus nutrientes mediante la descomposición de cadáveres y restos orgánicos de cualquier nivel trófico. Transforman las moléculas orgánicas que formaron parte de seres vivos, en moléculas inorgánicas, como CO2, agua y sales minerales, que serán reutilizados de nuevo por los productores. Ejemplo: Algunos hongos y bacterias.
LAS PIRÁMIDES TRÓFICAS Son representaciones gráficas que permiten estudiar y comparar los diferentes niveles tróficos en un ecosistema. Existen tres tipos de pirámides tróficas: Pirámides de números. Representan el número de individuos de cada nivel trófico. Generalmente, el número de productores es mucho mayor que el de consumidores primarios, y este, a su vez, es mayor que el de consumidores secundarios. En ocasiones las pirámides están invertidas, es decir, la base es más estrecha que los niveles superiores. Esto ocurre en el caso de organismos parásitos, que son más numerosos que sus hospedadores. Pirámides de biomasa. Representan la cantidad de materia orgánica por unidad de superficie o de volumen presente en cada nivel trófico en un momento concreto. Pirámides de energía. Representa la energía que es transferida a cada nivel. La energía solar asimilada por los seres fotosintetizadotes la usan los demás seres vivos en las cadenas tróficas. La mayor parte de esta energía es empleada por los productores y sólo una parte se transfiere a un nivel superior.
CADENAS Y REDES TRÓFICAS La transferencia de materia y energía en los ecosistemas se lleva a cabo mediante relaciones tróficas. Las cadenas y redes tróficas son representaciones que sirven para visualizar los flujos energéticos y de materia entre los diferentes niveles tróficos. CADENAS TRÓFICAS Son secuencias lineales de relaciones alimentarias entre los seres vivos de un ecosistema, en la que cada especie constituye un eslabón de la cadena.
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4º ESO En estos diagramas, el sentido de las transferencias de materia y energía se representa mediante flechas. Cada flecha une un elemento con el siguiente e indica el sentido de la transferencia, no la acción del depredador sobre la presa. REDES TRÓFICAS Son el conjunto de relaciones alimentarias entre los organismos de una comunidad. • Las especies generalistas emplean recursos abundantes y de distintos tipos, según la zona y la época del año. Ejemplos: El zorro, el oso pardo, el ratonero. • Las especies especialistas requieren recursos muy específicos. Ejemplos: El lince o el águila imperial ibérica se alimentan casi exclusivamente de conejos. Una especie puede ocupar diferentes nichos ecológicos en distintos ecosistemas en función del alimento disponible, las especies competidoras o las condiciones físico-‐químicas de su hábitat. Hábitat es el lugar donde vive una especie o una población. Ejemplo: Las cigüeñas son aves migratorias que pasan el invierno en África y la primavera y el verano en la Península Ibérica, pero en los últimos años están encontrando comida en los grandes basureros y muchos individuos ya no migran al continente africano durante el invierno. Ejemplo: Los anfibios ocupan distintos nichos dependiendo de la fase de su ciclo biológico. Un renacuajo es un consumidor primario que se alimenta de plantas, pero la rana adulta es un consumidor secundario que se alimenta de insectos. MÉTODOS PARA DETERMINAR LA ALIMENTACIÓN EN ANIMALES Para elaborar un diagrama que represente una red trófica de un ecosistema es necesario conocer la dieta de cada una de las especies de la comunidad. Para ello se emplean diversos métodos: Observación directa. Consiste en observar al animal en el momento de la ingesta. Esto no siempre es posible, ya que algunas especies viven en lugares inaccesibles, son de pequeño tamaño o se alimentan durante la noche. Análisis del contenido estomacal. Puede causar daños al individuo que se está estudiando, ya que hay que extraer la ingesta del interior del aparato digestivo. No siempre es fácil identificar la especie ingerida con los restos parcialmente digeridos. Estudio de las heces. Los excrementos contienen restos no digeridos de los alimentos que permiten conocer la dieta del animal. Se pueden encontrar restos de caparazones, huesos, pelos, escamas, semillas o fibras vegetales. Análisis de las egagrópilas. Los hábitos alimenticios de las rapaces se estudian examinando unas bolas que regurgitan llamadas egagrópilas. Están formadas por huesos, plumas, pelos, etc., que la rapaz no puede digerir cuando traga a su presa entera. Las egagrópilas se pueden encontrar cerca de los nidos de las rapaces.
LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Es el recorrido que sigue un elemento químico pasando, alternativamente, por el medio físico y por los organismos. Se clasifican en dos grandes grupos: Ciclos biogeoquímicos gaseosos. Su principal reservorio está en la atmósfera o en la hidrosfera (en disolución). Son ciclos globales, de circulación rápida y los elementos siempre están a disposición de los seres vivos. Ejemplos: Ciclo del carbono y del nitrógeno. Ciclos biogeoquímicos sedimentarios. Su reservorio principal se localiza en la litosfera. Son ciclos locales porque su circulación es lenta, debido a la limitación del paso del medio físico a los seres vivos. Ejemplo: Ciclo del fósforo.
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4º ESO 1. CICLO DEL CARBONO El carbono es el elemento más abundante de los seres vivos, ya que constituye el 63% de su peso seco. Sus átomos se unen mediante enlaces covalentes y forman largas cadenas en las que se integran los demás bioelementos. En la corteza terrestre es un elemento escaso y en la atmósfera se encuentra en forma de CO2. Etapas del ciclo del carbono • Fotosíntesis. Los organismos autótrofos son los únicos capaces de fijar el dióxido de carbono presente en la atmósfera o disuelto en el agua, originando moléculas orgánicas. Los organismos heterótrofos obtienen el carbono de la ingesta de los alimentos ricos en moléculas orgánicas formadas previamente por los autótrofos. • Respiración. Los seres vivos utilizan el O2 para obtener la energía acumulada en los enlaces covalentes de las moléculas orgánicas. En este proceso se libera CO2 y agua, que vuelve al medio para su posterior reutilización. • Incorporación del carbono inorgánico. Algunos organismos acuáticos incorporan parte del CO2 disuelto en el agua para formar sus conchas, pero no pueden transformarlo en materia orgánica. Al morir, depositan sus caparazones en las cuencas de sedimentación, donde formarán rocas calcáreas. La disolución de una parte de estos sedimentos reintegra los carbonatos al agua, y serán utilizados por los seres vivos. La otra parte se incorpora al ciclo de las rocas, por lo que este carbono permanecerá alejado de la superficie durante millones de años, pero puede volver a la atmósfera mediante la actividad volcánica. • Fermentación. Es la descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. La realizan microorganismos heterótrofos anaerobios, que degradan la materia orgánica produciendo CO2, ácidos y alcoholes. • Combustión. El carbón y el petróleo se generan por la descomposición de restos de seres vivos acumulados en cuencas de sedimentación poco profundas. Estas rocas Organógenas constituyen una reserva de carbono, ya que queda acumulado durante millones de años en el subsuelo. La combustión es un proceso que se caracteriza por la liberación de una gran cantidad de luz y calor. En esta reacción de oxidación se libera CO2 y otros gases. La combustión del carbón y el petróleo reintegra este gas a la atmósfera. http://platea.pntic.mec.es/~cmarti3/CTMA/BIOSFERA/CICLO_C.gif
2. CICLO DEL NITRÓGENO El nitrógeno es el principal componente de la atmósfera, ya que constituye el 78% de su volumen. Pero a pesar de su abundancia sólo puede ser incorporado a las moléculas orgánicas por algunas bacterias y algas microscópicas. En este ciclo se diferencian cinco etapas: Fijación del nitrógeno atmosférico. La mayoría de los productores incorporan el nitrógeno en forma de amonio (NH3+) o nitrato (NO3). La fijación del nitrógeno atmosférico se realiza a partir de tres vías: - Fijación atmosférica. Se produce gracias a la energía de las tormentas, que favorece la formación de compuestos de nitrógeno que caen al suelo, donde pueden ser absorbidos por las plantas. - Fijación industrial. Debida a la fabricación de fertilizantes para explotaciones agrícolas. Se hace reaccionar el nitrógeno atmosférico con hidrógeno extraído de yacimientos de gas natural o petróleo, obteniéndose amoníaco o nitrato empleados como fertilizantes.
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4º ESO Fijación biológica. Sólo lo llevan a cabo algunas bacterias simbiontes del género Rhizobium, presentes en las raíces de algunas leguminosas, así como bacterias del género Azotobacter que viven en el suelo. Nitrificación. Consiste en la transformación del ión amonio en nitrato y es llevado a cabo por bacterias que habitan en el suelo. Este proceso permite la incorporación del nitrógeno por las plantas, ya que, aunque estas puedan incorporar tanto amonio como nitrato, el amonio no está disponible para las plantas. Asimilación. Es la incorporación del nitrógeno a los aminoácidos. Para ello, los organismos autótrofos transforman el ión nitrato en amonio dentro de sus células, el cual pasará a formar parte de las proteínas. Amonificación. La mayor parte del nitrógeno del suelo procede de la descomposición de la materia orgánica depositada tras la muerte de los seres vivos. Esta materia orgánica contiene moléculas orgánicas ricas en energía que aprovechan algunas bacterias y hongos del suelo, los cuales liberan ión amonio que puede ser empleado por los seres vivos. Desnitrificación. En suelos completamente saturados de agua hay un empobrecimiento en oxígeno que favorece el crecimiento de algunos microorganismos anaerobios. Estos tienen capacidad de obtener energía transformando los nitratos del suelo en nitrógeno, el cual es reintegrado de nuevo a la atmósfera. -
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