Las relaciones entre los seres vivos y el biotopo se traduce en las adaptaciones de los seres vivos a este entorno. Es decir, los seres vivos deben adaptarse para poder medrar bajo los factores abióticos que definen el hábitat en el que medran.
Factores limitantes
Un factor ecológico es cualquier factor, físico o biológico, que pueda influir en el desarrollo de una especie. Cualquier factor ecológico puede actuar como un factor limitante cuando se encuentre por debajo de un mínimo o por encima de un máximo. Es decir, para cualquier especie encontraremos una serie de factores que condicionarán su crecimiento, de forma que crecerán siempre que el factor se encuentre entre unos valores y dejará de crecer, morirá o se desplazará en busca de otro entorno si el factor se encuentra por encima o debajo de ese nivel.
Los factores limitantes se definen, por lo tanto, como todos aquellos factores físicos o biológicos que condicionan de alguna forma la vida de una especie.
Al rango dentro del cual la especie la especie se desarrolla se le denomina límite de tolerancia. Los niveles en los que la especie se desarrolla con mayor profusión marcan la zona óptima. Cuando un factor cualquiera sale del índice de tolerancia de una especie, ésta especie dejará de desarrollarse. Existe un cierto rango de valores en los que la especie podrá crecer con dificultades, hablándose entonces de especie rara. A partir de un cierto máximo o por debajo de un mínimo, el factor hará imposible la vida de la especie.
Estudiaremos ahora los diferentes factores abióticos que estudiamos en el apartado anterior, junto con las principales adaptaciones de los organismos a estos medios.
Adaptaciones a la Temperatura
Los seres vivos deben ser capaces de soportar la temperatura del medio que los rodea. Las temperaturas bajas ralentizan el metabolismo y pueden provocar la congelación de fluidos (debemos tener en cuenta que el agua es la base de todos los seres vivos conocidos). Las temperaturas muy altas aumentan las tasas metabólicas, pero provocan evaporación de fluidos y por lo tanto pérdidas de agua.
Todos los organismos poseen un rango de temperaturas en las que crecen con mayor facilidad, pudiendo establecerse un límite superior e inferior a partir de los cuales el organismo no puede crecer y se muere y un punto de temperatura óptica en la cual el organismo crece y se reproduce con mayor facilidad. Distintos organismos presentan distintas curvas de temperatura óptima.
Los organismos que viven en climas fríos deben presentar adaptaciones para soportar las bajas temperaturas. Uno de los principales problemas es la pérdida de calor que puede desencadenar la congelación de los elementos celulares.
Para evitar pérdidas de calor, los vegetales presentan, en general, hojas de pequeño tamaño, espiculares. Así, el árbol típico de regiones frías es el pino, pudiendo también encontrar ericáceas y matojos, todos ellos organismos con hojas finas y delgadas.
Los animales desarrollan estructuras que les ayudan a preservar el calor. La más importante es la grasa subcutánea, es decir, la acumulación de grasa bajo la piel, tanto en cuanto la grasa es un buen aislante térmico. Los animales que crecen en climas fríos suelen tener gruesas capas grasas por debajo de la piel, por debajo de las cuales corren los vasos sanguíneos para preservar la temperatura de la sangre.
Los animales de climas fríos, además, tienden a ser de mayor tamaño que los de climas fríos. Esto se debe a que los animales producen calor en su zona visceral debido a la actividad fisiológica (latido del corazón, contracción de los músculos, etc.), mientras que pierden calor por la superficie. Esto hace que se vea favorecido que la relación entre la superficie del animal y su volumen sea la mínima posible, es decir, que tengan la menor superficie posible con el mayor volumen. Dado que los animales tienden a tener una morfología esférica (y más los animales de climas fríos), un aumento de tamaño hace que la relación superficie/volumen sea más pequeña y por lo tanto beneficiosa en cuanto a mitigar pérdidas de calor.
En climas cálidos, en cambio, el problema es el inverso. Cuando los climas son extremadamente calurosos, las plantas carecen de nuevo de hojas o presentan hojas muy pequeñas para evitar pérdidas de calor por evapotranspiración.
Para mitigar los problemas de calor extremos los animales tienden a desarrollar estructuras que les permitan disipar calor, aunque deben también tener mecanismos para evitar pérdidas masivas de agua. Entre las estructuras que permiten disminuir la temperatura corporal destacan las superficies planas y vascularizadas, como las orejas de los elefantes. Muchos animales, además, carecen de pelo para evitar sobrecalentamiento.
En medios acuáticos las variaciones de temperatura no son tan bruscas ni drásticas como en el medio terrestre. Los microorganismos se adaptan a la temperatura del agua de forma que su metabolismo trabaja a ritmo óptimo a la temperatura promedio de la zona. Las adaptaciones de los animales acuáticos es similar a la de los terrestres: acumulación de grasas y aumento de tamaño en zonas más frías.
Luz
La cantidad de luz afecta de modo especial a los vegetales, tanto en cuanto dependen de la misma para desarrollar su principal actividad metabólica: la fotosíntesis.
En zonas con gran irradiación solar, como el ecuador, las plantas son de hoja perenne, dado que la cantidad de luz no sufre variaciones estacionales. Estas hojas tienden a tener un gran tamaño, para capturar la mayor cantidad de luz posible, sobre manera en aquellas regiones en las que la cantidad de agua no es un problema (recordemos que en zonas desérticas el tamaño de la hoja se reduce para evitar pérdidas de agua).
En zonas más septentrionales, donde existe una diferencia abultada entre la duración de los días y las noches entre distintas épocas del año, los vegetales tienden a ser de hoja caduca. Es decir, los árboles pierden su hoja por el invierno y entran en un proceso de baja actividad metabólica. Esto se debe a que no compensa, energéticamente, mantener el follaje durante el invierno, pues no captaría la suficiente cantidad de luz como para producir energía suficiente para su mantenimiento.
El principal órgano de recepción de luz en animales son los ojos y los ocelos. Les sirven para detectar a otros organismos. La actividad de muchos organismos depende de los ciclos de luz y oscuridad.
Encontramos animales adaptados a la ausencia de luz, bien porque viven o cazan de noche, bien porque viven en zonas con escasez de luz (como las cuevas). En algunos casos estos animales poseen ojos de gran tamaño y con gran capacidad de captar luz, en otros casos el animal posee órganos de detección independientes de la luz, como la ecolocalización de los murciélagos o los órganos sensoriales del hocico de los topos.
Otros animales son diurnos o viven en un entorno con gran cantidad de luz. Hay animales cuyos receptores oculares se adaptan para diferenciar colores, como ocurre con la mayor parte de las aves y algunos primates frutícolas. En otros casos, la visión de colores no resulta importante y el ojo se adapta mejor a condiciones de luz y oscuridad, como ocurre con los cánidos o los felinos (que no detectan colores, pero que poseen buena capacidad de visión nocturna).
En los ecosistemas acuáticos la luz está relacionada con la profundidad: la columna de agua dificulta el paso de la luz y a partir de cierta profundidad, la luz es tan escasa que impide los procesos fotosintéticos, hablándose entonces de zona afótica.
Las algas adaptan sus pigmentos a la profundidad a la que viven. Así, las algas de zonas someras tienden a poseer colores verdosos, las típicas algas intermareales son pardas y las algas de aguas profundas son de color rojizo.
Los animales se adaptan a la falta de luz haciendo que sus ojos tengan mayor tamaño, o con la presencia de órganos sensoriales que detectan el movimiento del agua, como la línea lateral.
En la zona afónica podemos encontrar organismos quimiosintéticos, así como descomponedores que se alimentan de la materia orgánica que cae de zonas superiores cuando los organismos mueren.
Presión
Como indicábamos, en los ecosistemas terrestres la presión está íntimamente ligada a la concentración de oxígeno. Y las plantas y animales que deben vivir en zonas elevadas deben adaptarse a las bajas presiones parciales de oxígeno (o lo que es lo mismo, a las bajas concentraciones).
Es fácil comprobar que, en general, los grandes árboles no son capaces de crecer en zonas elevadas. La baja concentración de oxígeno dificulta enormemente el desarrollo de grandes estructuras arbóreas, reduciéndose la vegetación a plantas herbáceas. Estas tienen mayor capacidad de captar oxígeno y no requieren tanto aporte energético para sobrevivir.
Los animales que viven a gran altura deben poseer sistema de captación de oxígeno más eficientes que aquellos que viven a nivel del mar.
En los ecosistemas acuáticos, los seres vivos deben adaptar su morfología y anatomía a la presión hidrostática. Existen estructuras corporales que ayudan a los animales a soportar las enormes presiones que podemos encontrar a grandes profundidades. Los cachalotes, por ejemplo, poseen una bolsa de grasa en la zona cefálica para compensar los cambios de presión que se dan cuando bajan a más de dos mil metros para cazar calamares gigantes.
Composición Química del Medio
Los seres vivos deben adaptarse a las condiciones químicas del medio que les rodea. En los ecosistemas terrestres, resulta muy importante la composición química del suelo. No obstante, si bien los organismos pueden tender a crecer con mayor facilidad en una zona determinada, donde realmente la composición química juega un papel esencial es en los ecosistemas acuáticos.
Debemos tener en cuenta que el medio interno de los seres vivos es acuoso. En el mar, el agua posee una salinidad mayor a la salinidad interna del ser vivo, por lo que el agua tiende a fluir desde el ser vivo al medio que lo rodea, mientras que la sal tenderá a entrar en las células, puesto que el soluto tiende a moverse de la zona más concentrada a la más diluida, mientras que el disolvente tenderá a pasar de la zona más diluida a la más concentrada.
En los medios de agua dulce, en cambio, el agua posee una concentración de sales inferior a la del ser vivo, por lo que las sales de las células del organismo tenderán a escaparse, mientras que el agua del medio tenderá a inundar las células del ser vivo.
Por este motivo, muchos animales de agua dulce no beben nunca. Su problema no es la falta de agua, pues esta entra a través de su superficie debido a la concentración de sales del medio interno, sino eliminar todo este exceso de agua. En resumen, los peces de agua dulce, como las truchas, no ingieren agua y están continuamente eliminando líquidos a través de producciones de altas producciones de orina líquida y con poca concentración de iones.
Los seres vivos de agua salada deben, en cambio, luchar contra el problema de la deshidratación. No se puede ingerir agua de mar directamente, porque su concentración de sales es mayor a la concentración de sales de las células. Por eso el agua de mar no tiende a inundar los tejidos, sino a arrastrar agua hacia el exterior de las células para diluir la concentración de sales.
Algunos animales que viven en entorno rico en agua salada, como las gaviotas y otras aves acuáticas, poseen unas glándulas sobre el pico que se encargan de expulsar la sal del agua de mar cuando beben. Es decir, beben agua de mar y a través de estas glándulas le extraen el exceso de sales, de forma que cuando llega a su intestino no posee concentraciones de sales tan elevadas.
Otros animales acuáticos expulsan sales a través de otras estructuras, como las branquias. Esto ocurre tanto en branquias internas de peces, como en branquias externas de artrópodos.
Finalmente algunos optan por concentrar en el interior de su cuerpo altas cantidades de productos iónicos, haciendo que su medio interno posea una concentración de iones mayor que la del agua marina y evitando así el problema de la pérdida de agua. Muchas especies de tiburones, por ejemplo, en lugar de expulsar productos nitrogenados en la orina, acumulan la mayor parte de ellos en sus tejidos en forma de ion amonio. Sus cuerpos están adaptados para tolerar altas concentraciones de amonio, que al concentrarse en su interior contrarresta la concentración de sales del agua de mar.
Humedad y Cantidad de Agua
Muchos organismos deben vivir en medios con cantidades de agua extremadamente bajas. Ocurre en entornos con bajas precipitaciones anuales, como los desiertos. Los organismos deben adaptarse para perder la menor cantidad de agua posible. Así, los animales generan estructuras que los aíslan del exterior para evitar pérdidas por evapotranspiración, como por ejemplo gruesas matas de pelo en los mamíferos o recubrimientos gruesos de quitina en los artrópodos.
La mayor parte de los animales que viven en ambientes tan secos no beben nunca o pueden soportar temporadas muy largas sin beber. Obtienen el agua por varios medios. Por un lado, a partir de los alimentos, pues toda materia orgánica tiene un cierto porcentaje de agua en su interior. Y por otro lado, a través de reacciones químicas, lo que se conoce como agua metabólica. Debemos pensar que al consumir glucosa, se obtienen dióxido de carbono y energía, pero también agua.
De hecho, las jorobas de los camellos y dromedarios, que les ayudan a pasar largas temporadas sin beber, no están rellenas de agua, sino de grasa y el agua se obtiene a través de reacciones químicas de combustión de esta grasa.
También reducen las pérdidas de agua eliminando productos nitrogenados por métodos que no conlleven la disolución de los mismos en medio líquido. Así, muchos artrópodos eliminan nitrógeno en forma de cristales sólidos de guanina, en lugar de producir líquidos con urea o ácido úrico.
Las plantas suelen poseer cubiertas gruesas para evitar pérdidas por transpiración y los mecanismos de apertura y cierre de estomas de las hojas están optimizados para que, durante el día, puedan permanecer cerrados y el agua no se escape con facilidad. Muchas tienen, además, raíces finas pero muy profundas, capaces de alcanzar las capas freáticas (es decir, el agua encerrada en las rocas) aunque estas se encuentren varios metros bajo tierra.
Algunos vegetales se adaptan a vivir en lugares donde se alternan las temporadas húmedas y las secas. En estos ambientes son habituales las esporas de resistencia, es decir, esporas capaces de soportar meses en latencia, en un estado sin apenas reacciones químicas internas, para despertar y desarrollarse cuando las condiciones lo hacen posible. También hay animales capaces de poner huevos que resisten condiciones climáticas muy adversas, y en especial largas temporadas en ausencia total de agua.
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