Ecología: Relaciones entre Seres Vivos

Los seres vivos no solo se relacionan con el medio ambiente, también lo hacen con otros seres vivos de la misma o diferentes especies. Y del mismo modo que se adaptan al entorno, evolucionan y se transforman para optimizar las relaciones con otros organismos.

Existen dos grandes tipos de relaciones entre organismos: 

• Relaciones intraespecíficas: se trata de las relaciones que se establecen entre organismos de la misma especie.
• Relaciones interespecíficas: se trata de las relaciones que se establecen entre organismos de especies distintas.

Dentro de cada tipo de relación, existen diferentes subtipos genéricos, además de algunas relaciones especiales que no encajan exactamente en ninguno de los grupos anteriores.

Relaciones Intraespecíficas

Los organismos de la misma especie pueden relacionarse entre sí de formas muy diversas. Algunos seres vivos, tanto vegetales, como hongos o animales, son básicamente individualistas y solo se relacionan en épocas de reproducción.

La relación más básica entre organismos de la misma especie son las de competencia. Son especialmente importantes en animales individualistas. Debemos tener en cuenta que los organismos de la misma especie consumen los mismos recursos. Los más adaptados tendrán mayor facilidad para consumirlos y dejar a otros individuos sin ellos.

Una de las relaciones intraespecíficas más comunes son las familias. Son grupos de individuos de la misma especie que poseen relaciones de parentesco. En ocasiones, los grupos familiares se mantienen de forma prolongada o indefinida, como por ejemplo las familias de primates en las selvas, o los lobos en las montañas. En otros casos la relación familiar es temporal y solo se prolonga durante épocas determinadas, como el cuidado de las crías o la época de reproducción.

Algunos organismos inferiores forman organizaciones coloniales. En las colonias la mayor parte de los individuos han sido generados a partir de un solo progenitor y por reproducción asexual. Los corales son ejemplos de animales coloniales. En estos agrupamientos, los individuos no pueden subsistir de forma individual, solo formando parte de la colonia.

Existen organismos coloniales en los que todos los organismos son exactamente iguales y no poseen ningún tipo de especialización. En otros casos, los organismos están especializados y distintos tipos de individuos poseen funciones diferentes dentro de la colonia.

Si los seres que conforman el grupo conservan parte de su individualidad, siendo capaces de subsistir un tiempo en solitario, hablamos de sociedades. La diferencia entre las colonias u las sociedades es que en las colonias, el conjunto puede considerarse como un solo organismo y los individuos no tienen sentido como entes aislados.

Ecología: Adaptaciones al Medio

Introducción

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.

Ecología: Conceptos Básicos

Introducción

Clásicamente las ciencias de la naturaleza dividen al planeta tierra en cuatro partes fundamentales: la atmósfera, la hidrosfera, la geosfera y la biosfera.

La atmósfera es la capa de gases que rodea el planeta y donde tienen lugar, entre otros, los principales fenómenos atmosféricos. Existen varias ramas de la ciencia que se encargan del estudio de esta parte del planeta, entre las que destacan la meteorología y la climatología.

La hidrosfera es la capa de agua que cubre la mayor parte de superficie del planeta, concretamente tres cuartas partes. Es la parte del planeta donde se originó la vida y donde medran una innumerable cantidad de seres vivos. Es estudiada, entre otros, por la oceanografía.

La geosfera es la parte sólida de la tierra. Está compuesta por materiales inertes, fundamentalmente por minerales y rocas. Es estudiada fundamentalmente por la geología, aunque existen multitud de especialidades que localizan sus estudios en partes concretas de la geosfera, como la edafología, que estudia los suelos, la mineralogía que estudia los minerales o la petrología que estudia las rocas.

La biosfera comprende a todos los seres vivos que pueblan el planeta. Estos viven condicionados por las tres partes anteriores del planeta e irremediablemente unidos a ellas. La ciencia que estudia a los seres vivos es la biología.

Pero, como acabamos de indicar, los seres vivos dependen para su actividad del medio que les rodea. Todos los seres vivos se encuentran adaptados a vivir en un ambiente determinado y deben subsistir a costa del medio que los rodea y sobrevivir a todos los peligros o agresiones que este medio genera.

De la relación de los seres vivos entre sí y con el entorno que los rodea se encarga, concretamente, una parte de la biología que se conoce como ecología.

Ecosistemas

La Ecología como Ciencia

La palabra ecología puede entenderse desde dos puntos de vista diferentes y no siempre relacionados. Por un lado, tendemos a entender la ecología como una forma de entender la relación del ser humano con la naturaleza, preservando el medio ambiente, reduciendo la contaminación o ayudando a conservar la biodiversidad, las especies amenazadas o ciertos entornos naturales en peligro.

Y del mismo modo, entendemos que un ecologista es una persona preocupada por el cuidado del entorno natural y que en general lucha por la defensa de especies protegidas.

Esta es la definición más extendida, aunque no es una definición precisa si tratamos de entender la ecología como una rama de la ciencia y el ecólogo como un especialista dedicado o estudioso de ésta.

Así, como indicamos con anterioridad, definimos Ecología como la ciencia que estudia los seres vivos y la relación que establecen estos seres vivos con el ambiente que los rodea.

Es decir, la ecología debe contemplar los distintos seres vivos como unidades que forman parte de un conjunto. Debe estudiar no solo sus características individuales para analizar cómo se adaptan al medio que les rodea, sino también las características que poseen como grupo y las interacciones que tienen lugar entre distintos seres vivos.

Y un ecólogo es una persona dedicada a estudiar la ecología, es decir, el medio ambiente y las relaciones que establecen los seres vivos que viven en ese ambiente tanto entre sí, como con el resto de elementos del ambiente.

Ecosistema: Definición y Significado

La unidad básica con la que se trabaja en Ecología son los Ecosistemas.

Los Ecosistemas son sistemas biológicos constituidos por los seres vivos que ocupan un medio natural determinado, así como los elementos inertes que caracterizan a este medio natural.

Es decir, un ecosistema comprende tanto los seres vivos de una zona determinada, como los elementos que le dan forma al medio natural en el que crecen estos seres vivos, como pueden ser el clima, el tipo de suelo, las rocas características de la zona, etc.

Los seres vivos que ocupan el medio ambiente determinado mantendrán una serie de relaciones variables entre sí (depredación, comensalismo, simbiosis, etc.) y con el ambiente que les rodea (que se manifestarán como adaptaciones al medio de los seres vivos).

En resumen, en un ecosistema determinado tendremos, por una parte, a un conjunto de organismos que serán característicos para este ecosistema. A este conjunto de organismos se le conoce como Biocenosis. Los grupos de organismos que ocupan un ecosistema condiciona las relaciones entre ellos. A todos los condicionantes que caracterizan un ecosistema y que dependen de los seres vivos que viven en el mismo se les denomina Factores Bióticos.

Por otro lado, los seres vivos interaccionarán con su entorno. Este entorno está constituido por otros seres vivos y por toda una serie de elementos inertes. Estos últimos elementos carentes de vida y que caracterizan también a un ecosistema determinado se les conoce como Biotopo.

Existen multitud de agentes inertes que caracterizan el biotopo. El biotopo es el principal factor que condiciona al ecosistema. Está definido por parámetros físicos y químicos, conocidos como Factores Abióticos, y que comprenden aspectos como la temperatura, humedad, cantidad de agua del entorno, cantidad de luz, salinidad, composición química de las rocas del entorno, del suelo o del agua, etc.

En resumen, un ecosistema concreto estará formado por la biocenosis, el biotopo y las distintas relaciones entre los elementos.

Elementos de un Ecosistema: Biocnosis

Los ecosistemas están compuestos por organismos vivos que viven en un ambiente al que se adaptan a vivir. La unidad básica para clasificar los seres vivos es la especie. Es decir, biológicamente diremos que dos individuos son diferentes si pertenecen a especies diferentes.

La definición de especie ha sufrido múltiples evoluciones a lo largo de la historia de la biología y ha sido causa de intensos debates. Para tener una idea básica de lo que significa una especie, quizás la definición más concreta sea la de Mayr. Define especie como un grupo o población de individuos que pueden cruzarse entre sí, pero que están reproductivamente aislados de otros grupos. Es decir, pueden cruzarse entre sí dando lugar a individuos fértiles, pero no pueden reproducirse con otros individuos semejantes, porque los separa algún tipo de barrera.

Dentro de un ecosistema, raramente encontraremos un solo individuo de una especie. Definimos población como un conjunto de seres vivos de una misma especie que viven en un ecosistema.

En grandes ecosistemas podemos, en ocasiones, encontrar varias poblaciones separadas, es decir, poblaciones formadas por individuos de la misma especie, pero que se encuentran separados por algún tipo de barrera que hace que el cruzamiento de individuos de distintas poblaciones sea muy reducido.

Los seres vivos de un ecosistema pueden clasificarse dependiendo de su posición energética dentro del mismo. Así, podemos encontrar productores, consumidores primarios, consumidores secundarios y consumidores terciarios.

Los productores son la escala inferior del ecosistema y son aquellos seres vivos que usan la energía del medio ambiente para fabricar su propia materia orgánica. Esto lo consiguen básicamente a través de dos procesos: la fotosíntesis y la quimiosíntesis.

Los consumidores primarios son aquellos que consumen solo productores. Los consumidores primarios  más habituales dentro de los ecosistemas terrestres son los herbívoros. Son la principal fuente de alimento de niveles superiores.

Los consumidores secundarios suele agrupar a seres vivos que consumen tanto a productores, como a consumidores primarios. En ecosistemas terrestres suelen ser los omnívoros. Representan un nivel intermedio entre los consumidores secundarios y los terciarios.

Los consumidores terciarios son aquellos que solo se alimentan de otros consumidores y no se alimentan de productores. Es decir, dentro de este grupo encontramos a todos los grandes depredadores. En los ecosistemas terrestres son los carnívoros.

El último grupo de seres vivos son los descomponedores, encargados de devolver materia orgánica de individuos de niveles superiores a niveles inferiores. Es decir, cuando un ser vivo de cualquiera de los niveles muere, estos transforman su materia orgánica y la ponen de nuevo a disposición de los productores. Obviamente hay distintos tipos de descomponedores, especializados en grupos concretos de seres vivos.

Elementos de un Ecosistema: Biotopo

Los elementos abiótocos de un ecosistema son los que, en general, caracterizan al mismo. Es decir, lo que inicialmente caracteriza un ecosistema son las condiciones ambientales, que son las que permiten o facilitan la vida de distintos organismos adaptados a estas condiciones.

Así, bajo unas condiciones abióticas determinadas podremos encontrar unos pocos ecosistemas diferentes y no es posible encontrar dos ecosistemas iguales o siquiera similares en lugares en los que las condiciones ambientales son diferentes.

Existen multitud de factores abióticos capaces de condicionar la vida de los organismos y por lo tanto los ecosistemas. Entre los más importantes destacamos:

• Temperatura: es importante no solo la temperatura media, también las variaciones de temperatura, tanto a lo largo del año, es decir, las estaciones, como a lo largo de periodos más cortos como ocurre con las diferencias de temperatura entre el día y la noche.
• Cantidad de Luz: en los ecosistemas terrestres puede estar condicionada por la latitud, pues en zonas próximas al ecuador la duración del día y la noche es casi constante a lo largo del año, mientras que en zonas alejadas del ecuador la duración del día y la noche sufre importantes variaciones estacionales a las que los organismos deben adaptarse. En los ecosistemas marinos la cantidad de luz está íntimamente relacionada con la profundidad, pues la columna de agua dificulta enormemente el paso de la luz.
• Presión: en los ecosistemas terrestres es la presión atmosférica que, si bien tiene cierta importancia, es más determinante el hecho de que condiciona las concentraciones de oxígeno, o dicho de otro modo, lugares a mucha altitud y con escasa presión atmosférica poseen cantidades bajas de oxígeno. En los ecosistemas marinos la presión es hidrostática, se debe a la columna de agua y es un factor mucho más determinante, pues condiciona incluso la morfología de los individuos: no todas las estructuras corporales pueden soportar las enormes presiones de los fondos marino.
• Composición Química del Medio: en los ecosistemas acuáticos la concentración de sales es esencial. Los seres vivos tienden a especializarse como seres de aguas saladas, o de aguas dulces. La presencia de otros componentes puede limitar enormemente el crecimiento de seres vivos: muy pocos organismos soportan los niveles de azufre de las fumarolas submarinas, por ejemplo. En ecosistemas terrestres las rocas caracterizan el tipo de suelo y por ende el tipo de vegetación de una zona. Existen vegetales que solo crecen en suelos calcáreos, otros son típicos de suelos silíceos.
• Humedad: en ecosistemas terrestres se refiere a la cantidad de vapor de agua de la atmósfera. Se mide en porcentaje sobre la saturación y es muy importante para definir la vegetación de una zona.
• Precipitaciones: se trata de la cantidad de agua caída desde la atmósfera y el estado de este agua. Las precipitaciones pueden caer en forma de lluvia, nieve o granizo. Como ocurre en la temperatura, son importantes tanto los registros anuales, como las variaciones sobre la media y la estacionalidad de las lluvias.
• Orografía: la orografía del terreno también condiciona el crecimiento y desarrollo de especies, tanto animales como vegetales.

Con todos estos datos, podremos establecer las características físicas de un entorno y definir así el tipo de ecosistema esperado. Debemos tener en cuenta que un ser vivo concreto solo va a crecer bajo determinadas condiciones ambientales. Esto se denominará hábitat.

Es decir, el hábitat de un ser vivo son el conjunto de factores bióticos y abióticos en los que ese ser vivo se desarrolla con facilidad. Debemos tener en cuenta que en un hábitat determinado pueden crecer multitud de seres vivos diferentes.

El concepto de hábitat tiende a confundirse con el de nicho ecológico. El nicho ecológico se refiere a la posición que ocupa un ser vivo dentro del ecosistema. Es decir, se refiere a los recursos que consume, las presas que depreda, los depredadores de los que huye, los lugares donde medra, anida o se reproduce, etc.

Si bien como decíamos un hábitat es compartido por multitud de seres vivos, un nicho ecológico es exclusivo de una especie determinada. Y si dos especies distintas compartiesen nicho ecológico, lo normal es que entren en conflicto y solo la mejor adaptada sobreviva.

Es decir, las luchas entre especies suelen darse cuando estas tratan de competir por hacerse con un nicho ecológico determinado.

Sistemas Supracelulares: Estudios de Poblaciones

Comencemos con una serie de definiciones:

Población: conjunto de individuos de una misma especie que ocupan un área determinada en un tiempo determinado.

Especie: individuos que descienden unos de otros y solo se cruzan entre si (en el caso de que posean reproducción sexual). Es decir, hay aislamiento reproductivo.

Una especie puede estar repartida en muchas poblaciones que ocupan territorios separados. Las poblaciones tuvieron que estar unidas en un momento dado, ya que deben estar ligadas por lazos de parentesco.

Lazos de parentesco entre poblaciones

Cada población adquiere nuevas informaciones, tiene nuevas propiedades emergentes, características de todos los individuos en conjunto y que estos individuos no tendría por separado. Por ejemplo la tasa de natalidad es un parámetro exclusivo de la población, que un individuo aislado no posee. Dos poblaciones distintas, aunque sean de la misma especie, pueden tener características que las distingan claramente.

Estudio de poblaciones.

A efectos de estudios, vamos a ver dos grandes bloques de características: las genéticas y las estructurales.

   Características genéticas.

Los individuos de una misma especie se parecen entre si, tienen genotipos parecidos, afines. Son afines, pero no iguales. Hay una heterogeneidad genética en la población. Tiene un fundamento genético, pero hay algunos factores, como el ambiental, que también provocan variabilidad. Por ejemplo, el tamaño y la nutrición están relacionadas.

Esta heterogeneidad va a ser indispensable para que pueda haber evolución, porque si todos los individuos fueran homocigóticos para el mismo alelo, todos tendrían las mismas características y sus generaciones futuras también. En cambio, si hay varios alelos, las generaciones futuras pueden tener características diferentes:

Variabilidad con más de un alelo.

En la población hay un aislamiento genético. Solo puede haber intercambio de información genética entre los individuos de esa población. Al conjunto de todos los genotipos de todos los individuos de una población se le denomina acervo génico. Se caracteriza por unas frecuencias genotípicas y por unas frecuencias génicas.

Las frecuencias genotípicas se refieren al número de individuos de un genotipo respecto a número total de individuos.

Las frecuencias génicas o alélicas se refieren al número de alelos de un tipo en relación con el número total de alelos.

Estas dos frecuencias caracterizan al acervo génico. Se transmiten en una población a la descendencia. La ley básica de transmisión está descrita por la ley de Hardy-Weinberg, según la cual, en una población en que los cruzamientos se realizan al azar, en equilibrio, es decir, con un número de individuos constante, que no presenten ni selección, ni mutación, ni emigraciones, con un número elevado de individuos, las frecuencias de genes y de genotipos se mantendrá constante de generación en generación.

Las frecuencias genotípicas se estabilizan tras la primera generación. Veamos una demostración de la ley de Hardy-Weinberg.

Partamos de una generación n, que tiene dos alelos A y a. P es la frecuencia de A y Q la frecuencia de a.

Sabemos que P + Q = 1.

Estas P y Q se pueden deducir de las genotípicas. La frecuencia de un alelo es siempre igual a la frecuencia de los individuos homocigóticos más la mitad de la frecuencia de los individuos heterocigóticos.

P = Fr AA + ½ Fr Aa

Q = Fr aa + ½ Fr Aa

¿Qué ocurrirá en la frecuencia n + 1? Analicemos las frecuencias génicas en la siguiente tabla:

Por lo tanto, esta frecuencia en la generación n+1 sería:

Fr (AA) = P2

Fr (Aa) = 2 PQ

Fr (aa) = Q2

Y la suma de las tres frecuencias debe ser igual a 1, por lo tanto:

P2 + 2 PQ + Q2 = 1

Y las frecuencias génicas serían:

Fr A = P2 + ½ 2 PQ = P (P+Q) = P ; ya que (P + Q) = 1

Fr a = Q2 + 2 PQ = Q (Q + P) = Q; ya que (P + Q) = 1

Esta es una ley muy útil. Permite calcular la frecuencia de genes y de genotipos de manera que, si no fuésemos capaces de distinguir los híbridos (Aa), calcularíamos de esta forma su frecuencia.

Pero la ley de Hardy es muy teórica. En realidad, no se cumple. Solo sirve como referencia.

   Procesos que cambian la frecuencia de los genes.

Mutación: tiene lugar con una frecuencia muy baja. En si mismo, es un proceso lento, pero que irá cambiando las proporciones poco a poco.

Selección natural: es la fuerza principal de la evolución. Los cruzamientos no van a ser al azar, hay determinados individuos que posen un fenotipo que les dan ventajas y que se reproducen más. Sus alelos estarán más representadas en la generación siguiente.

Migraciones: los individuos de una población se van a otra población y se cruzan con estos individuos de la segunda población. No cambian las frecuencias alélicas de la especie como conjunto, pero si localmente, en una población. Ya que pueden variar las proporciones de un alelo.

Cambios de proporciones por migración.

Deriva génica: son modificaciones de frecuencia por puro azar. De ahí que la población deba ser grande. Si es pequeña, la descendencia está más sujeta a variaciones de frecuencia al azar. Por ejemplo, en general el 50% de la descendencia son machos y el 50% hembras. Pero si la descendencia es de muy pocos individuos, por ejemplo tres, puede darse que todos ellos sean machos o hembras.

La población es la que posee capacidad evolutiva, la capacidad de adaptarse. No pertenece al individuo. Y quien perdura es la población. En la población es en la que puede haber variaciones de frecuencia. Es el acervo génico de la población el que puede variar a lo largo del tiempo.

Características de la población.

   Densidad.

Se trata de conocer el tamaño de la población en función del espacio. Es decir: nº de individuos/Espacio.

Es una medida del grado de prosperidad de una especie en un medio. Se pueden hacer comparaciones según el hábitat. En este caso, suele expresar la biomasa por espacio, ya que podemos tener problemas al comparar, por ejemplo, grandes árboles con pequeñas hierbas.

Hay cuatro parámetros que van a afectar a la densidad:

• Natalidad (aumenta la densidad).
• Inmigración (aumenta la densidad).
• Emigración (disminuye la densidad).
• Mortalidad (disminuye la densidad).

Hacen variar la población a lo largo del tiempo:

ΔNn/Δt (incremento del número de individuos en un tiempo).

ΔNm/Δt (disminución del número de individuos en un tiempo).

La natalidad tiene unos condicionantes dependiendo del ciclo reproductivo de la especie. Para cada población podríamos tener una natalidad máxima o teórica. En realidad, tendríamos la real o ecológica, que es más baja que la máxima o teórica.

Habría del mismo modo una mortalidad mínima o teórica, que tampoco coincidirá con la real.

La inmigración y la emigración forman parte de la dispersión. No se suelen contemplar en los estudios ecológicos porque pueden ser anuladas unas con otras, pero pueden ser importantes por la deriva genética.

Estos cuatro parámetros influyen en la densidad y también en la tasa de crecimiento, que sería ΔN/Δt.

Otras características de la población.

Existen otras características importantes:

Composición: puede haber dos variables a considerar: el sexo y la edad. Lo normal es que la proporción entre machos y hembras sea aproximadamente 1. Y en la edad, obtenemos una distribución de edades, un tanto por ciento de individuos de cada clase de edad.

Distribución: la población tiende a ocupar lo más que pueda hasta que tropiece con alguna barrera física o biológica. Con esto, marcan su hábitat. Pueden distribuirse en formas distintas debido a factores físicas o biológicas. Hay tres modelos básicos de distribución:

• Uniforme: los individuos se distribuyen de una forma uniforme, ordenados, repartiéndose el territorio. No es la más frecuente. Una distribución así indica que el ambiente es uniforme y favorable. Una razón de esta formación es la competencia dentro de la población.
• Azar: el ambiente sería uniforme y favorable. No hay competencia que haga tiendan a estar separados, pero tampoco habría una tendencia a la agregación, a estar juntos.
• Contagiosa o en agregados: puede indicar que el ambiente no es uniforme, que hay una variación ambiental y que afecta a la especie. También puede deberse a que haya una tendencia a la agregación, como la reproducción, o un árbol que suelta las esporas que se agrupan a su alrededor. O por razones sociales (como ocurre con las abejas). En cada agregado, se pueden identificar componentes como si se tratasen de unidades, pudiendo estar cada agregado distribuida al azar, de forma uniforme o en agregados.

Esto puede ser muy importante para un ecólogo. Si queremos calcular, por ejemplo, la densidad, lo que se hace es un muestreo, coger un espacio pequeño y extrapolarlo a lo demás. En los agregados, encontraremos problemas con este sistema.

Comunidad o biocenosis.

Es el conjunto de poblaciones en un área determinada. Hay varias especies y debemos analizar el conjunto. La definición puede ser que los individuos que forman una comunidad están reunidos y que sobre ellos actúa el medio ambiente.

Se caracteriza por una relación específica, las relaciones de interdependencia y ocupar un biotopo. El medio sería favorable y homogéneo. Hay una lista de especies en la que se incluyen animales y vegetales y esto sería la composición de la comunidad.

Y es el bloque en el que estén todas juntas el que identifica la comunidad. Todas las poblaciones se relacionarán unas y otras. Serán distintas las relaciones entre las poblaciones. Estas darán la estructura. El espacio que ocupan es el biotopo.

Todos juntos forman la comunidad.

Comunidad o biocenosis.

Diversidad.

La diversidad son el número de especies (S) de una comunidad. Podemos analizar la relación entre el número de especies en distintas comunidades y el número de individuos por especie en distintas comunidades. Y hacer una curva con estos valores:

Curva de diversidad

Si tenemos muchas especies es de esperar que tengamos menos individuos de cada especie. Esto viene a indicar que un ecosistema tiene un número de individuos máximo.

Pero en esta gráfica no se pueden ver el número de especies raras y cuáles son corrientes.

Por ejemplo, si en un sistema hay cien individuos y diez especies, la relación individuos por especie es de diez. Pero puede ser que haya diez individuos por especie si la uniformidad es máxima. O el caso opuesto, es decir, que haya 91 individuos de una sola especie y un individuo de cada una del resto de especies.

Frecuencia o abundancia relativa.

Se tiene que calcular para cada especie. Es el tanto por ciento de individuos de cada especie en relación con el número total de individuos:

Gráfico de abundancia relativa.

Heterogeneidad.

La heterogeneidad combina la diversidad y la frecuencia relativa. Hay más heterogeneidad cuando hay más diversidad y cuando es más homogénea la frecuencia relativa. Por ejemplo, si tenemos un 10% de cada especie, veríamos muchos tipos de especies, es decir, más heterogeneidad. Si la mayor parte de los individuos pertenecen a una sola especie, tendríamos menos heterogeneidad.

Dominancia.

Las especies dominantes son las que ejercen un mayor influjo sobre el resto de la comunidad. Pueden ser una, o unas pocas. Por ejemplo, los árboles en el bosque son los que canalizan la energía, los que permiten que la luz pase a zonas inferiores. Imponen sus condiciones al resto de organismos vivos que quedan por debajo de ellos.

Organización estructural.

Se refiere a la disposición espacial de las distintas categorías de individuos y no solo en sentido horizontal de un plano, también en el vertical (estratificación). Hay una distribución por competencia.

Veamos un ejemplo.

Organización estructural.

Estructura trófica.

Relaciones alimentarias distintas entre las distintas especies de una comunidad. Da lugar a cadenas tróficas. Determina como se lleva a cabo el flujo de materia y energía.

La comunidad es un biosistemas, un sistema abierto que necesita una fuente de materia y energía constante. La fuente de energía suele ser la luz. En cada eslabón hay una pérdida de materiales y de energía.

Ecosistema.

El ecosistema es el conjunto de todos los seres vivos más el ambiente en el que viven, es decir, la comunidad o biocenosis más el biotopo. Las características del ecosistema pueden ser de dos tipos, de información y de energía.

En la información pueden ser referentes a la estructura, a la replicación y las transferencias de información. En relación a la estructura, el ecosistema sería un trozo de biosfera definida por unas características más o menos homogéneas. Deben incluir las características del biotopo y las características de los organismos vivos. La información se replica. La información acumulada se replica a lo largo del tiempo y se transmite. Aplicado a este nivel, sería el crecimiento de la población. La población crece hasta que puede, hasta que llegue a un equilibrio con el ambiente y con los demás individuos. La transferencia de información entre los distintos elementos son los que hacen que se constituya el nuevo nivel.

El medio influye sobre los organismos, los organismos sobre el medio y los individuos tienen una interrelación. Las transformaciones se verán también más adelante.

Si se está estudiando una especie en un ecosistema, hay que distinguir entre el hábitat y el nicho ecológico.

Hábitat.

El hábitat es el conjunto de ambientes o entornos en los que una especie se pueden desarrollar. Este hábitat está determinado por sus límites de tolerancia a los distintos factores ecológicos.

Un factor ecológico es cualquier factor físico o biológico que pueda influir en el desarrollo de una especie. Cualquier factor ecológico actuará como factor limitante cuando se encuentre por debajo de un mínimo o por encima de un máximo. Con que haya un solo factor que sea limitante, será suficiente para que la especie no se desarrolle.

Tolerancia y crecimiento óptimo para un factor físico.

Nicho ecológico.

Es más amplio, incluye al hábitat. Lo mide todo, realizando divisiones. Podemos hablar por un lado en el espacio, las divisiones pueden depender del hábitat. Según su posición, teniendo en cuenta que no es lo mismo un ser vivo que vive sobre una piedra que un ser vivo que vive debajo de esa misma piedra.

Otro aspecto sería su posición funcional dentro del ecosistema. Esto se refiere, sobre todo, a relaciones tróficas, a su posición trófica.

Dos especies no podrían, indefinidamente, ocupar el mismo nicho ecológico, ya que entrarían en competencia. Hay casos en los que parece que esto no se cumple, o no se ve claro, pero lo normal es que al final y según el ejemplo concreto, dos especies no ocupen el mismo nicho.

Flujo de Energía a Nivel de Ecosistema

Introducción.

 

El ecosistema es continuamente atravesado por un flujo de energía.

Los distintos elementos necesarios para construir la energía viva van a seguir unos flujos cíclicos llamados ciclos biogeoquímicos.

Flujos de Energía en el Ecosistema

Ciclo del carbono: Ciclo del carbono y fotosíntesis.

El uno producto químico del que se adquiere carbono es el dióxido de carbono. Es usado, sobre todo, por organismos autótrofos fotosintéticos. Se oxida y se reduce y se vuelve a recuperar.

La energía de la luz pasa a energía química y después se desprende como calor, que es una forma de energía inútil. No puede volver a ser utilizada.

La fuente primaria de energía de cualquier ecosistema es la radiación solar. Solo se aprovechan determinadas longitudes de onda. Hay fundamentalmente tres franjas de longitudes de onda, los ultravioleta, con longitudes de onda menores de 300nm, la luz infrarroja, con longitudes de onda mayores de 700nm y la luz visible con longitudes de onda entre 590 y 700nm.

La luz ultravioleta supone un 10% del total y es casi totalmente parada por el ozono. La infrarroja no es utilizable y llega alrededor del 45%. Solo provoca calentamiento. La luz visible es la que más se utiliza. Es la que menos reflejada o absorbida en la atmósfera, la que mejor llega. Supone un 45% del total. Su facilidad de atravesar fluidos hace que pueda realizarse fotosíntesis incluso debajo del agua.

Tampoco se aprovecha toda la radiación visible. Se utilizan sobre todo las bandas roja y violeta.

Aprovechamiento de radiaciones

 Cadenas tróficas: Transferencia de materia y energía.

A las vías de transferencia de materia y energía a través de los organismos de una comunidad se les denomina cadenas tróficas. Siguen una serie de niveles tróficos.

Cadenas tróficas.

 Podemos comparar esta cadena trófica con una vía metabólica más. Cada nivel sería uno de los metabolitos. La concentración sería el equivalente a la biomasa. Los metabolitos estarían en estado estacionario y cuando el ecosistema se encuentra en una situación normal, la concentración de todos los niveles son constantes. Son estructuras disipativas.

Hay distintos tipos de cadenas tróficas. Son diferentes las cadenas de depredadores a las cadenas de parásitos. Los organismos, sucesivamente, en los niveles se van haciendo menores en número y mayores en tamaño (aunque esto es muy general, no puede aplicarse siempre). Por ejemplo:

En el caso del parasitismo, ocurre justo lo contrario. Los depredadores son cada vez menores y más numerosos:

Prado → Vacas → Pulgas → Flagelados

Aquí parece que un individuo es comido por otro y este por otro. El pino no es solo comida para pulgones, hay otros seres vivos que se alimentan de él. Se van creando ramificaciones. Muchas veces un individuo, además, puede pertenecer a más de un nivel trófico.

Gráfico de cadenas tróficas.

Pirámides ecológicas.

Las pirámides ecológicas se pueden construir de distintas maneras: en fundón del número de individuos, de la biomasa o de la energía.

Una pirámide realizada en función del número de individuos podría presentar la siguiente forma:

 Pero también podría darse una pirámide como esta, cuando los productores son, por ejemplo, los árboles de un bosque:

 Y en el caso de que se hiciera una pirámide con parásitos, esta sería inversa, es decir:

 Como vemos, la pirámide de número de individuos puede ser muy diferente en función de la relación que se establezca. Pero si usamos la biomasa, obtendremos una pirámide triangular en los tres casos anteriores (los productores siempre suponen mucha más biomasa que los herbívoros y los parásitos). En cambio, volveríamos a tener una pirámide no triangular en el caso de ecosistemas acuáticos, en los que el productor primario es el fitoplancton. Lo que ocurre es que el fitoplancton, aunque con menos masa, se reproduce muy deprisa y ese valor no lo tenemos en cuenta a la hora de hacer la pirámide.

 Lo que igualará a todas las pirámides es la medición de la energía o la producción. La base de las pirámides es proporcional a la cantidad de energía que se fija por unidad de tiempo. En todos los casos habrá una pirámide triangular. Solo se utiliza un porcentaje de energía con respecto al nivel anterior. La pérdida de energía de un nivel a otro es aproximadamente de un 80-90%. De ahí que las cadenas tróficas solo tienen un número de escalones, habrá un momento en que no quede nada de energía aprovechable.

Producción.

Es la cantidad de energía transformada o fijada por unidad de tiempo, independientemente de cómo se produzca, es decir, puede que los individuos crezcan en tamaño o se estén reproduciendo (creciendo en número).

Podría medirse en Kcal/m2/día. Pero es difícil medir las Kcal. Se puede usar biomasa incorporada por unidad de tiempo, que no es lo mismo pero si una buena aproximación. Muchas veces y debido a esto, se confunde biomasa y producción de un nivel, que no están relacionados e incluso pueden tener una relación inversa.

Flujo de Producción

 El 1 es un sistema de renovación rápida, tiene una elevada producción y puede estar representando, por ejemplo, un prado de hierba verde que crece muy deprisa, siendo la salida los herbívoros que consumen esta hierba, por ejemplo. en el caso 2 tenemos menos producción, una salida menor, pero sin embargo obtenemos más biomasa. La poca producción podría ser por ejemplo un prado de hierba dura, que crece poco y casi no se reproduce.

A nivel de producción de una cadena trófica hay que distinguir entre varios tipos de producción, la primaria (P) que es la velocidad a la que el primer nivel produce la energía y la producción secundaria (Ps) que es la que producen los niveles superiores.

La producción primaria puede ser de dos tipos, la fotosíntesis y la respiración. Los demás tipos de producción solo tendrán una. Dentro de la producción primaria, tendremos la producción bruta (PB) que se refiere a la fotosíntesis en un tiempo dado, que queda representada por lo que la planta sintetizó en la fotosíntesis. La producción neta (PN) es la producción bruta menos lo que la planta consumió en la respiración durante ese tiempo, es decir, PN=PB-R1.

En los demás niveles ya no se habla de producción bruta. De lo que ha asimilado, habrá que restar la respiración y a eso se le llamará producción secundaria. PS=A-R.

Flujo de Energía en el Ecosistema

En este esquema, tenemos que:

• LT es la luz total. Supone alrededor de 3000Kcal/m2/día.
• La luz asimilada, LA es alrededor del 50% del total (1500Kcal/m2/día).
• La producción bruta, PB, es alrededor del 2%. Unos de 30Kcal/m2/día.
• R1 es la pérdida por la respiración. Supone una pérdida de del 50%. Por lo tanto nos quedan 15Kcal/m2/día.
• Tras la respiración nos queda la producción neta, PN, que es lo máximo que puede ser captado por el nivel siguiente.
• Existen más pérdida. Por una parte está la energía no utilizada, Nu.
• I1 es la energía disponible por el nivel siguiente. Es decir, lo que se comerá el herbívoro.
• Una parte de lo que coma el herbívoro, no podrá ser asimilado. Lo hemos denominado Na.
• Nos queda, por lo tanto, lo que ha asimilado el herbívoro, A1.
• Parte de lo que ha asimilado se pierde por respiración. Lo que queda es la producción secundaria 1, PS1. A1=R2+PS1. La PS1 es la producción secundaria de los herbívoros.

 El esto es una repetición de este nivel, volvemos a tener una pare que no se asimila y una parte que se pierde por respiración.

La energía no utilizada (Nu) y no asimilada (Na) de todos los niveles, constituida por materia orgánica, va a parar a los descomponedores. Estos lo transforman en calor y materia inorgánica.

El paso de un nivel al siguiente supone que se aproveche de un 10 a un 20%. De las 15Kcal/m2/día que quedan después de R1, en la PS2 quedan solo 0,15Kcal/m2/día.

Eficiencias ecológicas.

Son proporciones (porcentaje) entre el flujo de energía de una comunidad entre dos puntos distintos. Los podemos establecer como queramos, entre niveles o en un solo nivel. Tendríamos la eficiencia de absorción, es decir, la proporción que existe entre la energía absorbida en un nivel respecto a la del inferior, es decir:

En el caso de los herbívoros, sería el porcentaje entre I1 y La (luz absorbida). En carnívoros I sería el porcentaje entre I1 e I2.

En los productores no son el todo equivalentes, ya que no tienen nivel anterior.

La eficiencia de asimilación de un nivel será la asimilación de ese nivel respecto a la del nivel anterior. Es decir:

En los carnívoros será el porcentaje entre A2 y A1. En los herbívoros será el porcentaje entre A1 y PB (producción bruta).

En los productores podemos medir la asimilación basándonos en la relación entre la producción bruta y la luz absorbida (LA) o la luz total (LT). Como el resultado no es el mismo, debe quedar claro.

 La eficiencia de producción será la relación que existe entre la producción de un nivel respecto al del anterior. Es decir:

 En los carnívoros I será el porcentaje entre la PS2 (producción secundaria 2) y la PS1 (producción secundaria 1). En el herbívoro será el porcentaje entre la PS1 (producción secundaria 1) y la PN (producción neta).

Con los productores habría que indicar de nuevo con qué comparamos la producción neta (PN). Lo más habitual es relacionarlo con la luz total (LT).

En la práctica estas medidas son bastante difíciles de calcular. Los ecólogos han llegado al acuerdo de que, en todos ellos, el porcentaje rondará el 10%.

Hay otras eficiencias que se pueden medir dentro del mismo nivel:

Si vemos un esquema:

Esquema de eficiencias.

 Para que estas eficiencias tengan un significado práctico deben utilizarse las mismas unidades en numerador y denominador, consiguiendo así que el porcentaje sea adimensional.

En un ecosistema en el que ha evolucionado y se ha llegado a un clímax, la biomasa tiende a mantenerse constante. Dentro de un escalón se pierde tanto como se gana:

Flujos y biomasa constante.

 La producción viene a representar lo que e puede transferir para mantener la biomasa constante. La biomasa, para mantenerse constante se necesitará un mínimo de producción del nivel anterior, es decir, está condicionado por la producción del nivel anterior. Por lo tanto, la biomasa de todo el ecosistema viene regida por la producción primaria.