La Biosfera

1. Concepto de Biosfera y Exosfera

Biosfera

Es la capa de la Tierra constituida por el conjunto de los seres vivos.

Ecosistema

Está formado por una comunidad de seres vivos que coinciden en un espacio dado, más las relaciones que establecen entre sí y con el medio físico. En él se dan flujos de materia y energía que permiten el mantenimiento de la vida.

Ecotono

Zona que limita un ecosistema. Es una zona de transición entre dos ecosistemas.

Hábitat

Es el ambiente en el que puede vivir una población de una especie concreta. Es mejor definir el hábitat en función del grupo de especies que viven asociadas y que interaccionan unas con otras.

Ecosfera

Conjunto de ecosistemas que forman la Tierra.

2. Estructura del Ecosistema

Todos los ecosistemas constan de dos componentes básicos: el conjunto de seres vivos (la biocenosis o comunidad) y el medio físico en el que estos se desenvuelven (el biotopo).

Componentes de la Biocenosis

La biocenosis está formada por los seres vivos del ecosistema. Se relacionan entre sí y sus interacciones son la base del flujo de energía y el reciclaje de materia del ecosistema y de su dinámica. Las especies se distribuyen en grupos que ocupan un espacio determinado y cuyos individuos interaccionan más estrechamente entre ellos. Cada uno de esos grupos constituye una población.

Componentes del Biotopo

Está constituido por el espacio geográfico que ocupa el ecosistema y viene definido por todas las características propias de ese lugar. Estas características se pueden dividir en:

• Características del sustrato: hacen referencia al soporte sobre el que se asienta el ecosistema.
  • En los ecosistemas acuáticos la distancia a la fuente de luz origina una estratificación en profundidad.
  • En los ecosistemas terrestres las características son las del suelo.
• Características climáticas: derivan del clima reinante en la región.
• Características hidrológicas: hacen referencia a la cantidad y cualidades del agua presente en el ecosistema desde un punto de vista fisicoquímico.

3. El Flujo de Energía en el Ecosistema

Según cómo incorporan los seres vivos la materia y obtienen la energía, distinguimos dos tipos: autótrofos y heterótrofos.

Organismos Autótrofos

Son los únicos capaces de tomar materia inorgánica y transformarla en orgánica. Por eso también se los denomina productores. Se clasifican en:

• Fotoautótrofos: captan la luz para impulsar los procesos metabólicos que les permiten fijar la materia inorgánica. Los organismos utilizan la luz solar para romper ciertas moléculas y producir ATP. El ATP es utilizado para impulsar las reacciones que toman sustancias inorgánicas y las transforman en las diferentes biomoléculas que constituyen el cuerpo de esos organismos, o bien someterlas a procesos catabólicos que les permitan obtener moléculas ricas en energía como el ATP.
• Quimioautótrofos: utilizan entre sustancias inorgánicas como fuente de energía para impulsar los procesos metabólicos. Estos organismos dirigen los electrones liberados hacia cadenas proteicas, que les permiten obtener ATP.

Organismos Heterótrofos

Son los seres vivos que utilizan la materia orgánica previamente sintetizada por los autótrofos para poder realizar las funciones vitales. Podemos distinguir dos tipos: consumidores y descomponedores.

• Consumidores: son aquellos que transforman la materia orgánica producida por otros para obtener energía y formar sus propias biomoléculas. En función del organismo del que se alimentan podemos distinguir:
  • Primarios o herbívoros, que se alimentan directamente de organismos productores.
  • Secundarios o depredadores, que obtienen su alimento de los herbívoros.
  • Terciarios o superdepredadores: se alimentan de los depredadores.
  En función de la forma en que se encuentra el organismo del que se alimentan podemos distinguir:
  • Carroñeros o necrófagos: se alimentan de cadáveres.
  • Detritívoros o saprófitos: se alimentan de los desechos excretados por todos los demás seres vivos.
• Descomponedores: son aquellos que transforman los cadáveres y desechos en materia inorgánica, que queda disponible para que los productores la incorporen de nuevo a la cadena trófica.

4. Parámetros Tróficos del Ecosistema

Son las medidas que caracterizan el trasvase de materia y el flujo de energía en un ecosistema.

Biomasa

Es la cantidad de energía fijada como materia orgánica que constituye los seres vivos que forman parte de un ecosistema. A la hora de evaluar la biomasa, hay que tener en cuenta también la materia que constituye sus restos. A este conjunto de materia se la denomina necromasa. Mención aparte merecen las reservas de materia orgánica, que en un momento del pasado formaron parte de la materia de los ecosistemas y que en un futuro lo volverán a hacer.

Producción

Es la cantidad en que aumenta la biomasa de un nivel trófico determinado en un cierto tiempo.

Cada nivel trófico tiene su propia producción. La primaria (PP), es la cantidad de materia incorporada por los productores a partir de la radiación solar y la materia inorgánica. La de los productores secundarios es el resto de niveles.

• Producción bruta: (PB), cantidad total de materia incorporada por un nivel trófico en un cierto tiempo.
• Producción neta (PN): materia que queda almacenada para el crecimiento y la reproducción en cada nivel trófico por unidad de tiempo. PN = PB – R (respiración).

Productividad

La producción de un nivel trófico por sí misma tampoco resulta útil para comparar la dinámica trófica entre dos ecosistemas. La productividad es la relación que existe entre la producción neta y la biomasa de un nivel trófico. Se expresa en % y da idea de la velocidad con la que se renueva la materia orgánica. También se denomina tasa de renovación: productividad = P/B x 100.

Tiempo de Renovación o de Resistencia

Tiempo que tardan los individuos de un nivel trófico en renovar toda su materia orgánica. Tiempo de renovación = B/P

Eficiencia Ecológica

Mide el rendimiento en la transmisión de energía de un nivel trófico al siguiente. Eficiencia ecológica = PNi / PN i-1 x 100.

Otros Parámetros

• Eficiencia de los productores: relación entre la energía fijada por la producción primaria y la energía de la luz solar que llega a ese ecosistema.
• Pérdidas por respiración: mide la energía no incorporada del total asimilado.
• Rentabilidad del consumidor o eficiencia de producción bruta. Mide la cantidad de energía incorporada en función del alimento ingerido.

4. Factores Limitantes de la Producción Primaria

Dependen de la fotosíntesis. El lugar donde vive un productor viene determinado por la posibilidad de realizar la fotosíntesis y las condiciones del medio. En muchas ocasiones, basta un solo factor para que una especie no pueda vivir en un lugar. La ley de Liebig dice que el crecimiento de una planta depende de los nutrientes que se encuentran en menor proporción. La distribución de una especie está controlada por el factor ambiental para el que el organismo tiene un rango de adaptabilidad o control más estrecho.

Debemos tener en cuenta que la producción primaria puede verse influida por factores limitantes, capaces de impedir el desarrollo normal de un individuo.

Principales Factores Limitantes

• Humedad: el agua es el componente mayoritario y esencial en los seres vivos. La pérdida de agua es mayor cuanto menor sea la humedad relativa del aire. Los productores primarios terrestres han desarrollado multitud de adaptaciones para captar agua y evitar su pérdida.
• Temperatura: la fotosíntesis se ve favorecida por las temperaturas, aunque si esta aumenta mucho se desnaturalizan las enzimas y se detiene el proceso. Algunos productores se adaptan a las bajas temperaturas, así como adaptando su fotoperiodo y actividad.
• Nutrientes: la fotosíntesis depende de la presencia de nutrientes en las concentraciones adecuadas. El fósforo es el principal elemento limitante de la producción primaria, puesto que se encuentra en sales poco solubles en agua. El nitrógeno, necesario para la síntesis de proteínas, es otro elemento limitante. Casi todo el nitrógeno se encuentra en forma de N₂.
• Luz: es la forma de energía que los productores emplean para realizar la fotosíntesis. En los ecosistemas terrestres la luz no es un problema. En los ecosistemas marinos sí lo es, ya que la luz no llega a partir de cierta profundidad y no se puede realizar la fotosíntesis.
• Valencia ecológica: de una especie es el rango de tolerancia frente a un parámetro del ambiente que actúa como limitante.
  • Especies eurioicas o generalistas: toleran una gama amplia de condiciones.
  • Especies estenoicas o especialistas: toleran un intervalo pequeño de condiciones.

4. Relaciones Tróficas

Las relaciones tróficas que se dan en el seno de un ecosistema son las distintas interacciones consumidor-recurso que establecen los seres vivos que lo habitan, permitiendo la transferencia de energía.

Cadenas Tróficas

Es un recorrido lineal de la energía y la materia a medida que van siendo transferidas de productores a consumidores. Su longitud no suele ir más allá de los 4-5 niveles, debido a la pérdida de energía en los procesos metabólicos. En los océanos las cadenas tróficas son mayores debido a la tasa de renovación del fitoplancton.

Redes Tróficas

El conjunto de cadenas tróficas de un ecosistema conforman la red trófica de dicho ecosistema. Los puntos de unión entre cadenas los constituyen especies que pertenecen a más de una cadena trófica. Algunas especies se alimentan o sirven de alimento a muchas otras. Son las llamadas especies clave.

Del estudio de redes y cadenas tróficas sacamos que:

• Los seres vivos se agrupan en niveles tróficos.
• Las diferentes especies pueden vivir de alimentarse o alimentarse de especies acuáticas.
• La eliminación o reducción de poblaciones de un ecosistema puede alterar su continuidad.
• No todas las especies tienen la misma importancia trófica.
• La diversidad de las relaciones tróficas de un ecosistema es un buen indicador de su estado de conservación y evolución.

Pirámides Tróficas

Describen cómo se distribuye la materia o la energía contenida entre los diferentes niveles tróficos del ecosistema. Son representaciones más sintéticas que las cadenas y redes tróficas. En función del tipo de información que muestran:

• Pirámide de biomasa o energía: muestran la cantidad de biomasa de cada uno de los niveles tróficos representados. También pueden representar la cantidad de energía a la que equivale la biomasa producida por ese nivel trófico en un tiempo determinado. Puede aparecer invertida.
• Pirámide de números: cada escalón representa el número total de individuos en ese nivel trófico. Este tipo de pirámides da la misma importancia a todos los individuos, independientemente de su tamaño o biomasa. Este hecho impide que se puedan emplear para comparar ecosistemas.

Regla del 10%

Solo el 10% de la energía de un nivel trófico pasa al siguiente y puede ser utilizada por los individuos que lo conforman.

Ciclos Biogeoquímicos

Ciclo del Carbono

Es el principal componente de los seres vivos. Los productores lo toman en forma de CO₂ y lo fijan mediante la fotosíntesis en forma de biomoléculas orgánicas. Estas sustancias son utilizadas como fuente de energía mediante la respiración, transformándolas de nuevo en CO₂, que vuelve a la atmósfera. Parte del carbono de los seres vivos queda almacenado en la litosfera. De ahí es liberado mediante la combustión o la acción de los volcanes o mediante la meteorización de las rocas. El CO₂ de la atmósfera se disuelve en el agua de la hidrosfera, se transforma en ácido carbónico que se transforma en carbonatos que precipitan en forma de carbonato cálcico. El proceso tiene lugar en sentido contrario, disolviéndose el carbonato cálcico y transformándose en CO₂ que pasará a la atmósfera.

Ciclo del Nitrógeno

Casi todo el nitrógeno de la Tierra se encuentra en la atmósfera en forma de N₂, que no puede ser utilizado directamente por los seres vivos. Los productores pueden incorporar nitratos, que se producen cuando el agua reacciona con los óxidos producidos por la acción de los rayos solares y caen a la superficie en forma de lluvia ácida. No obstante, la gran mayoría son producidos a partir de N₂ por bacterias y hongos. Las bacterias producen NO₃^– a partir del NH₃ liberado al metabolizar desechos nitrogenados. La humanidad influye en el ciclo mediante la fijación industrial de N₂, la combustión a alta temperatura y el abonado excesivo.

Ciclo del Azufre

El principal depósito de azufre en la Tierra es la litosfera. Los productores incorporan el S en forma de sulfato, que es producido por la descomposición de la materia orgánica por bacterias. El poco sulfato que hay en la atmósfera se produce por la liberación de gases por los volcanes. El S se encuentra en la atmósfera en forma de H₂S, liberado en la descomposición anaeróbica de la materia orgánica o por los volcanes. El sulfato disuelto en los mares puede depositarse como roca evaporítica si estos se secan. Los sulfatos se forman por procesos ligados al magmatismo que liberan H₂S que reacciona con hierro y otros elementos metálicos y forma depósitos sedimentarios.

Ciclo del Fósforo

El principal depósito de P son los fosfatos depositados en los sedimentos marinos. Por esta razón, el P es el factor limitante de la producción primaria por excelencia. El fosfato que llega a los suelos es liberado por la meteorización del apatito. Los productores lo incorporan y son absorbidos hacia el mar donde precipitan. El P retorna al suelo como resultado de la descomposición microbiana de los restos biológicos. Los restos de los seres vivos marinos acaban en el fondo arrastrando con ellos el P que acabará formando depósitos sedimentarios. No obstante, asciende a la superficie en afloramientos. Las aves también producen excrementos ricos en fósforo.

Capacidad de Carga o Portadora de un Nivel Trófico o Sistema

Señalan la riqueza o cantidad de recursos, a adicción de la bruta de forma en el crecimiento de las poblaciones serán diversamente proporcional.

5. Dinámica y Autorregulación de las Poblaciones

Población

Es un grupo de individuos de la misma especie que pueden reproducirse entre sí y que se desenvuelven en un espacio y tiempo determinados.

Crecimiento de una Población

El crecimiento de una población depende de la capacidad de sus individuos para reproducirse, lo que se conoce como potencial biótico o tasa intrínseca de crecimiento de la población, y de las condiciones del medio, es decir, la resistencia ambiental. Depende del número de nacimientos y muertes que ocurran en la población y de la fertilidad de cada edad. Si se considera la resistencia…

Relaciones Interespecíficas

Son: depredación, parasitismo, mutualismo y competencia.

• Depredación: es la interacción entre dos especies caracterizada porque una, el depredador, se alimenta de la otra, la presa. Los nacimientos de depredadores dependen de que los adultos consigan las presas necesarias. Por otro lado, la mortalidad de las presas depende de que sean depredadas. Si el éxito del depredador aumenta, las poblaciones de su presa disminuirán, lo que a su vez hará más difícil que los depredadores tengan éxitos futuros. En definitiva, las poblaciones se encuentran reguladas por un bucle de realimentación negativo. Alfa (presa) y beta (presa para escapar) => dP/dt = (-r sub p + betaD) P ——- dD/dt = (-r subD + alfaP) D
• Parasitismo: interacción en la que un individuo de una especie obtiene su alimento a partir de los individuos de otra especie sin causarles la muerte. El parásito necesita entrar físicamente en contacto con el huésped para conseguir alimento.
• Mutualismo: interacción que se da entre los individuos de dos especies, de tal modo que ambos se benefician en algún aspecto.
• Simbiosis: interacción que se da entre los individuos de dos especies, en la que ambos se benefician hasta tal punto que no pueden vivir por separado.
• Competencia: interacción que puede darse entre los individuos de dos especies distintas (competencia interespecífica) por un mismo recurso. Puede darse este tipo de interacción entre los individuos de una misma especie (competencia intraespecífica). Como resultado, si dos especies conviven en un ecosistema, puede darse el caso de que solo sobreviva una de ellas, lo que se conoce como exclusión competitiva.

Nicho Ecológico

El nicho ecológico de una especie es el conjunto de condiciones en las que puede desarrollarse, sean estas bióticas o abióticas, las relaciones que establece con el medio y las adaptaciones que presenta para poder desenvolverse en él.

• Nicho potencial: aquel en el que todas las necesidades de una especie fueran plenamente satisfechas. Es un planteamiento teórico. También conocido como nicho ideal, fundamental o fisiológico.
• Nicho realizado: es aquel que en realidad ocupa la especie en el ecosistema. Se conoce como nicho efectivo. Describe la situación en la cual una determinada especie puede mantener poblaciones viables aun en presencia de condiciones adversas.

Ecosistema Clímax

Un ecosistema clímax es aquel cuya comunidad es estable en el tiempo respecto a las condiciones del medio, y que por tanto no puede aumentar su biomasa.

Sucesión Ecológica

Es la serie unidireccional de cambios que experimenta un ecosistema de modo natural, como consecuencia de su propia dinámica interna, que lo llevan a un estado de máxima estabilidad y equilibrio de las condiciones del medio.

Tipos de Sucesión Ecológica

• Sucesión primaria: comienza sobre un terreno que ha perdido todo rastro del ecosistema anterior. La sucesión comienza con la colonización por vegetales. Primero aparecen especies que se denominan pioneras, poco exigentes en requerimientos de recursos. Las etapas finales de la sucesión se caracterizan por la presencia de especies especialistas.
• Sucesión secundaria: se produce cuando ha desaparecido la comunidad existente en una zona. El proceso dependerá del grado de la perturbación. A partir de ahí se irán sucediendo las especies hasta alcanzar el estado clímax.

Cambios en las Sucesiones

Independientemente del tipo de sucesión, todas muestran un patrón de incremento general de la complejidad:

• Aumento de la diversidad de especies.
• Sustitución de especies.
• Aumento del número de nichos ecológicos.
• Aumento de la estabilidad.
• Aumento de la biomasa.
• Equilibrio entre la respiración y la producción primaria globales.

Regresiones

.  Son sucesiones enlas q las comunidades existentes son reemplazadas por otras mas sencillas como consecuencias de cambios o agresiones ambientales.