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ECOLOGÍA.
TEMA 14: Ámbito de estudio da
Ecología: Los sistemas biológicos
macroscópicos
"Ecología es la disciplina científica que trata sobre las relaciones de los organismos con sus ambientes pasados, presentes y futuros. Estas relaciones incluyen respuestas fisiológicas de los individuos, estructura y dinámica de las poblaciones, interacciones entre especies, organización de las comunidades y flujos de materia y energía en los ecosistemas".
El objetivo principal de la ecología es poner orden en la naturaleza, mediante la observación, planteamiento de hipótesis y experimentación, lo que nos lleva al planteamiento de nuevas ideas. Esto se basa en tres pilares:
a) el reconocimiento del organismo como la unidad fundamental de la ecología.
b) conocimiento de la historia natural de los organismos y sus ambientes.
c) la posición central del pensamiento evolutivo en el estudio de esta disciplina.
Tendencias actuales:
Dualidad en las aproximaciones conceptuales
- holismo : postula que los sistemas y sus propiedades, deben ser analizados en su conjunto y no a través de las partes que los componen.
- reduccionismo: tribuye la realidad exclusivamente a los constituyentes más pequeños del mundo e interpreta los niveles más altos de organización en términos de los niveles inferiores.
- enfoque funcional: la base del análisis son los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en el ecosistema y en especial el flujo de la energía y el ciclo de los nutrientes.
Holismo enfoque funcional
Reduccionismo enfoque interactivo
- enfoque interactivo : el ecosistema se concreta en una red de interacciones entre las poblaciones.
- Niveles de integración:
1- Organismos: la ecología se ocupa del modo en que los organismos se ven afectados por su ambiente biótico y abiótico y del modo en que los propios organismos influyen sobre el ambiente.
2- Poblaciones: o conjunto de organismos de la misma especie que habita un área determinado en un tiempo determinado y que mantienen regularmente un intercambio de genes mediante reproducción.
3- Comunidades: o conjunto de poblaciones de especies diferentes de animales y plantas que conviven en un lugar o biotopo determinado.
4- Ecosistema: es el conjunto formado por la comunidad biótica o biocenosis y el medio ambiente en que esta se desenvuelve, así como las relaciones establecidas entre los seres vivos que constituyen la biocenosis y de éstos con los factores abióticos que constituyen el medio físico.
-la autoecología : se ocupa del estudio de los organismos individuales en relación con su medio.
-la sinecología: se ocupa del estudio de los grupos de organismos en relación con su medio.
- Teoría general de sistemas
Un sistema se define como un conjunto de elementos de interacción e interdependencias recíprocas que forman un todo unificado. De manera más sencilla ha sido definido como " algo donde reconocemos partes separables que actúan unas sobre otras ".
- (^) Componentes del ecosistema :
- Sustancias Inorgánicas: C, N, CO2…
-Componentes orgánicos: Proteínas, Carbohidratos, Lípidos, Sustancias Húmicas.
-Substrato del ambiente, comprende el régimen climático y otros factores físicos.
- Productores : organismos autótrofos que sintetizan alimentos a partir de sustancias inorgánicas.
- Macroconsumidores (fagótrofos): Heterótrofos.
Otra división útil de los heterótrofos es:
- Biófagos: Consumidores de organismos vivos.
- Saprófagos: Consumidores de materia orgánica muerta
- Microconsumidores :
- Saprotrofos (descomponedores).
- Desintegradores.
- Osmótrofos (obtienen los nutrientes por absorción osmótica de sustancias disueltas)
- Funcionamiento del ecosistema
Puede describirse en términos de flujo de energía y circulación de materia:
ECOLOGÍA.
TEMA 15: El papel del ambiente en la evolución de los organismos.
- El papel de la variación en la evolución por selección natural
Según Darwin, se puede deducir que cualquier ser, si se modifica, aunque sea ligeramente, de alguna forma ventajosa para sí mismo, tendrá una mayor probabilidad de sobrevivir, y de este modo es seleccionado naturalmente.
Las poblaciones pueden adaptarse a su ambiente debido fundamentalmente a cinco hechos:
- Los individuos que constituyen la población de una especie no son todos idénticos.
- Una parte de esta variación es heredable, es decir determinada genéticamente.
- Todas las poblaciones poseen potencialmente la capacidad de reproducirse hasta invadir toda la tierra. Si esto no tiene lugar es porque la mayoría de los individuos mueren sin dejar descendencia.
- Como consecuencia de ello, no todos los individuos contribuyen por igual al conjunto de genes que pasarán a la generación siguiente ( diferencias de supervivencia y/o fertilidad).
c. Selección disruptiva: tiende a aumentar la variabilidad intra-poblacional y, para ello, favorece a los individuos en ambos extremos de la distribución fenotípica. Este proceso puede causar una discontinuidad en la distribución y una distribución bimodal.
Límites a la adaptación:
a. Fuerzas genéticas: mutaciones y flujos génicos (migraciones).
b. Cambios continuos en el medio ambiente.
c. La adaptación es un compromiso entre el tiempo y la energía disponible.
Teoría gráfica de la especiación, con tres niveles de actuación:
1.- El aislamiento reproductivo.
2.-Las dos poblaciones separadas geográficamente sufren una evolución independiente en sus respectivos medios.
3.- Si estas poblaciones vuelven a entrar en contacto y se ha desarrollado algún mecanismo de aislamiento reproductivo, el proceso de especiación ha finalizado.
- Mecanismos de aislamiento reproductivo:
a. Mecanismos prezigóticos:
b. Mecanismos poszigóticos:
Tipos de especiación:
- Factores que intervienen en el ajuste de los organismos en el ambiente:
- Factores genéticos:
- Efecto fundador (consecuencias derivadas de la formación de una nueva población de individuos a partir de un número muy reducido de éstos)
- Cuellos de botella (cuando ha experimentado un drástico descenso en el número de miembros en algún momento del pasado, llegando en algunos casos a estar al borde de la extinción)
- Ecotipos (subpoblación genéticamente diferenciada que está restringida a un hábitat específico, un ambiente particular o un ecosistema definido, con unos límites de tolerancia a los factores ambientales)
- Climas
- Polimorfismo genético (existencia en una población de múltiples alelos de un gen)
La temperatura indica la cantidad de energía calórica de un sistema. Este factor es uno de los esenciales a la hora de explicar la distribución de los organismos, tanto es así que la distribución de los principales biomas sobre la tierra son un reflejo de las principales zonas de temperatura.
- La temperatura y el metabolismo:
- Ley de Vant’t Hoff: según la cual la velocidad de una reacción se duplica para un aumento de 10 ºC
- Índice Q10, es la tasa de aumento de la velocidad metabólica por cada 10 ºC.
Q 10 = 10 x (M2-M1)/(t2-t1)
La temperatura como estímulo
La experiencia del frio es una evidencia para las plantas de que el invierno ha pasado y que el periodo es el adecuado para comenzar su crecimiento
- Tolerancias al frío y al calor
- Daños por heladas, adaptaciones: Incremento de solutos que varíen el pH Proteínas anticongelantes Carbohidratos solubles Incremento de glicerol en la hemolinfa de insectos
- Las temperaturas óptimas:
Plantas C4. Óptimo fotosintético entre 40-60 ºC
Plantas C3. Óptimo fotosintético entre 35-45 ºC.
- Efecto de altas temperaturas, adaptaciones:
Hojas con superficies plateadas o recubiertas de pelos que resultan muy reflectantes
Reducir el número de estomas para evitar pérdidas de agua
Aumentar la transpiración para refrigerar las hojas
- Regulación térmica en endotermos y ectotermos
- Homeotermos: poseen la capacidad de mantener su temperatura constante.
- Poiquilotermos: la temperatura corporal varía dependiendo de las condiciones ambientales.
Clasificación más realista:
- Endotermos: regulan su temperatura mediante la producción de calor dentro de su cuerpo.
- Ectotermos: depende de fuentes externas de calor.
✓ La temperatura y los endotermos
La capacidad de regular su temperatura permite a estos organismos mantener un nivel de actividad constante todo el año. Mantener la actividad constante se paga con un alto coste energético.
✓ Tiempo fisiológico
Duración de un proceso biológico en función de la temperatura. Se mide en grados/día.
23 ºC → 7ºC por encima del umbral → 10 días desarrollo total → 70 º día.
30 ºC → 14ºC por encima del umbral → 5 días desarrollo total → 70 º día.
✓ Respuestas y adaptaciones a la temperatura:
- Morfológicas: . Regla de Jordan : las poblaciones de peces o grupos afines de mares cálidos presentan menos número de vértebras. . Regla de Bergmann: en las especies politípicas de animales endotermos los ecotipos o razas tienen el tamaño tanto mayor cuanto menor es la temperatura media a la que viven. . Regla de Allen: en animales endotermos el tamaño relativo de las porciones (patas y apéndices) que salen de la masa principal del cuerpo es menor en los climas más fríos.
En los endotermos la relación superficie/volumen tiende a disminuir al bajar la temperatura. Es lo que se llama un crecimiento alométrico
Y = a·x b
- Si b=1, crecimiento isométrico
- Si b<1, crecimiento alométrico negativo
- Si b>1, crecimiento alométrico positivo . Regla de Gloger: relaciona el color con la temperatura. Los organismos serán tanto más oscuros cuanto más frío sea el ambiente en el que vivan.
- Fisiológicas:
Capacidad de aclimatación de un organismo a cambios de temperatura o lo que es lo mismo, la capacidad que tiene una especie para alejarse de su temperatura óptima.
. Límites de aclimatación: suele ocurrir que si un organismo se aclimata a temperaturas altas después no resiste las bajas y viceversa. . Calor y estratificación térmica: si no hay turbulencias en una masa de agua, la mayor cantidad de calor queda retenida en la capa superficial. La transmisión de calor por difusión es lenta lo que puede llevar a la formación de una termoclina.
tiene un mayor metabolismo y mayor consumo de oxígeno cuanto más dividida se encuentre.
Saturación de oxígeno: la cantidad de oxígeno en tanto por ciento del total de oxigeno que puede contener una masa de agua.
Estudia el comportamiento de los animales en sus medios naturales, en situación de libertad o en condiciones de laboratorio.
. Intenta averiguar la causa directa del comportamiento. . Intenta responder qué beneficios obtiene el animal de un comportamiento y qué ventajas evolutivas ha tenido para que este sea seleccionado. . Intenta responder a la pregunta: ¿cuándo apareció dicho comportamiento en la historia evolutiva de la especie? . Otro problema que aborda la etología es si un comportamiento tiene bases genéticas o es básicamente aprendido. . Aborda el problema de la demostración de existencia de una conciencia en los animales.
▲ La radiación solar:
La radiación solar es la única fuente de energía que puede ser usada en las actividades metabólicas realizadas por las plantas verdes. La cantidad de radiación que llega a la planta dependerá de la latitud (mayor a latitudes bajas), distancia entre la planta y el sol (varia estacionalmente), y de la cantidad de polvo presente en la atmósfera.
Balance cuantitativo de reparto de energía:
La eficiencia de conversión de energía luminosa en energía química es de 1.4 gramos de materia seca, equivalente a 25 kilojulios, por cada Megajulio de radiación interceptada, esto es, una eficiencia del 2.5%.
La cantidad de fotosíntesis realizada por las plantas dependerá de:
- La calidad: composición espectral de la luz . Fototropismo: orientación de la dirección de crecimiento de las plantas con relación a la luz. . Fotocinesis: fenómeno que describe el efecto directo de la luz sobre la actividad de los animales.
- La intensidad: determina la conversión de la radicación en energía
química.
- El fotoperiodo: controla los modelos de desarrollo de las plantas.
▲ Extinción de la radiación en el agua
Una parte de la radiación que llega a la superficie del agua se refleja.
La parte de radiación que penetra en el agua va perdiendo intensidad a media que desciende como consecuencia de la alta capacidad de absorción de la radiación solar en el agua, que se debe:
- A la dispersión: choques con moléculas disueltas y particular en suspensión.
La cantidad total de material sólido en gramos, contenido en un kilo de agua de mar cuando todo el carbonato ha sido convertido en óxido, el Bromo y Yodo remplazados por cloro y toda la materia orgánica totalmente oxidada.
- Según la salinidad podemos distinguir:
a. (^) Agua dulce: menos de 0’5 g/L de sales en disolución.
b. Agua salobre: puede ser de origen marino o continental y puede tener una gran variabilidad. Podemos distinguir dentro de este tipo:
i. Oligohalina: salinidad menor que el agua marina.
ii. Polihalina: salinidad mayor que el agua marina.
iii. Atalasohalina: la composición relativa de iones es diferente a la del agua de mar.
c. Agua salina: con una concentración próxima a los 35 g/L de sales en disolución. Según su resistencia a la salinidad podemos hablar de organismos:
i. (^) Eurihalinos: soportan altas variaciones en la salinidad, suelen ser especies típicas de zonas costeras.
ii. Estenohalinos: organismos que necesitan una salinidad constante para poder vivir, suelen ser especies de mar abierto.
iii. Halófilos: organismos que prefieren ambientes con elevada salinidad.
Los cambios externos de salinidad producen las correspondientes alteraciones en la concentración de fluidos internos. Estos cambios suelen venir acompañados de alteraciones en las proporciones iónicas de fluidos internos. Según la regulación osmótica tenemos:
- Especies poiquilosmóticas: mantienen el equilibrio osmótico con el agua que las rodea, cuando la salinidad varía, (arenícola marina, cerastodema edule, balanus balanoides)
- Homosmóticos: mantienen estable su medio interno a través de la osmorregulación o capacidad que tienen algunos organismos para controlar la concentración de iones en sus fluidos internos, independientemente de los cambios de salinidad del agua, (carcinus maenas, nereis diversicolor)
Los teleósteos marinos son hipotónicos. La concentración de sales en los fluidos internos es menor que en el agua de mar y por tanto el agua tiende a salir de sus tejidos por osmosis. Para contrarrestar el pez traga agua y la absorbe a través del intestino y orinan sales.
Varía con la temperatura con la salinidad y ligeramente con la presión. A 20 ºC y a presión atmosférica un agua de mar cuya salinidad sea de 35‰ tiene una densidad de 1.026. Por encima de 24.7‰, la temperatura a la que la densidad es máxima está por debajo del punto de congelación.
- Adaptaciones a la flotación
La mayoría de los protoplasmas, paredes celulares, esqueletos y conchas marinas poseen una densidad mayor que la del agua de mar y por ello tienden a hundirse. La mayoría de los zooplanctones tienen una densidad de 1.04. Y la de los tejidos de los peces de 1.07. En general hay dos formas mediante los cuales los organismos pelágicos pueden mantenerse a flote y regular su orientación y profundidad:
- Por natación: dinoflagelados, golpes de flagelos, peces…
- Por control de flotación.
Mecanismos de natación:
- Algas con vacuolas llenas de gas.
- Aceites, capas de grasa de mamíferos tejidos gelatinosos con densisades de 0’91.
Según la capacidad de variar la profundidad los organismos pueden ser:
- Euribáticos: organismo acuático que puede vivir en amplios márgenes de presión.
