La Biosfera



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La Biosfera

  • Biosfera: Es el conjunto formado por todos los seres vivos que habitan la Tierra. Los límites están entre los aproximadamente 6500 m de altitud y los 2900-3000 m de las profundidades oceánicas. No es uniforme en grosor ni en densidad.
  • 6500 m
  • 3000 m
  • Ecosfera: es el ecosistema planetario de la Tierra (la Tierra puede ser considerada como un ecosistema donde la atmósfera, hidrosfera, geosfera y los seres vivos se relacionan entre sí, directa o indirectamente, por ejemplo los organismos fotosintéticos producen oxígeno que se libera a la atmósfera y, a su vez, este oxígeno puede ser cogido de la atmósfera y usado por otros seres vivos).
  • Ecosistema: es un sistema dinámico formado por el conjunto de factores bióticos (comunidad o biocenosis) y factores abióticos (biotopo) y las interrelaciones entre ellos (sobre todo intercambios de energía y materia).
  • La biosfera es un término que se refiere al conjunto de todos los seres vivos que habitan la tierra y se puede considerar un sistema:
    • Dinámico
    • Abierto
    • Discontinuo
    • Interactivo con los otros sistemas terrestres (hidrosfera, atmósfera, geosfera)

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA BIOSFERA

  • POBLACIÓN: Conjunto de seres vivos de la misma especie que viven en un ecosistema en un momento determinado.
  • COMUNIDAD: Conjunto de seres vivos de diferentes especies que es equivalente a la biocenosis (o biosfera en relación al planeta).
  • ESTRUCTURA DE UN ECOSISTEMA : Se refiere a la forma en que disponen las poblaciones y las interrelaciones que tienen lugar entre ellos. Estas relaciones se basan básicamente en términos de FLUJO DE ENERGÍA Y CICLOS DE MATERIA
  • TEORIA DE SISTEMAS.
    • Desde el punto de vista de los modelos se considera que entre las poblaciones de seres vivos y el medio existen una serie de relaciones CAUSALES.
    • Desde el punto de vista termodinámico, la biosfera debe considerarse como un subsistema ABIERTO ( intercambia materia y energía), mientras que la Tierra en su conjunto sería un sistema CERRADO ( solamente intercambia energía).
  • Los componentes básicos de un ecosistema son...
  • Elementos abióticos
  • Productores
  • consumidores
  • Energía radiante
  • Respiración
  • Nutrientes
  • CO2
  • O2
  • H 2O
  • Consumo
  • Descomposición
  • Deposición
  • CO2
  • O2
  • H 2O
  • Nutrientes
  • Caída de hojas
  • Translocación

Dinámica de la ecosfera

  • El estudio de la ecosfera es muy complejo, se recurre a unidades más pequeñas, los ECOSISTEMAS.
  • Los ecosistemas son unidades naturales formados por componenetes vivos y no vivos que interactúan entre sí y cuyos límites son mas o menos definibles.
  • Se compone de:
  • Componentes vivos: BIOCENOSIS
  • Componentes no vivos: BIOTOPO
  • Así tenemos que:
  • ECOSISTEMA = BIOCENOSIS + BIOTOPO
  • ECOSFERA = BIOSFERA + BIOTOPO TERRESTRE (ATMÓSFERA, HIDROSFERA, GEOSFERA)

Biotopo

  • Se denomina así a una zona de características ambientales uniformes ocupada por una comunidad de seres vivos. Es un conjunto de factores físico-químicos abióticos que rodean a una comunidad y que se compone de un medio físico y unos factores del medio ( Factores abióticos)
  • MEDIO FÍSICO:
  • Es el lugar donde los seres vivos desarrollan sus funciones vitales. Básicamente hay dos tipos de medios: Líquido y gaseoso y ambos tienen un límite inferior sólido sobre el que se sustentan los organismos.
  • FACTORES ABIÓTICOS:
  • Son las características fisicoquímicas del medio ambiente. Cada medio tiene unas características propias y otras más generales. Vamos a estudiar como influyen algunos de estos factores en los ecosistemas: Temperatura, luz, humedad, composición química (gases, nutrientes...), salinidad, presión..
  • Factores físico-químicos de los biotopos
  • Humedad del aire
  • Dado que un 70% del peso de la materia viva es agua, los organismos que viven en el medio aéreo presentan importantes adaptaciones para evitar su pérdida.
  • En las plantas distinguimos plantas acuáticas o hidrofita, de zonas húmedas o higrofitasa y plantas de ambientes secos o xerofitas.
  • Los animales presentan diversas adaptaciones como una gruesa cutícula quitinosa (artrópodos) en climas secos, una fina membrana en ambientes muy húmedos (lombrices), etc.
  • Temperatura
  • En líneas generales, la vida es posible entre varios grados bajo cero y unos 50º C. Las plantas suelen resistir mejor que los animales las temperaturas extremas, la flora alpina soporta hasta -30º C. y las plantas de los desiertos hasta +60º. En el agua, y debido a su calor específico, las temperaturas no son tan extremas, la mayor parte de la masa de agua de los océanos oscila entre 2º y 4º C. En superficie, las temperaturas oscilan entre -2º y +30º C.
  • Respecto a la temperatura, los animales desarrollan dos estrategias, unos mantienen su temperatura constante, son los homeotermos (tienen gruesas capas de grasa, emigran cuando llegan los fríos, etc.) y otros, los poiquilotermos no la mantienen. Estos últimos se aíslan lo más posible, escondiéndose bajo tierra, o reducen al máximo su metabolismo o realizan un intenso ejercicio muscular para aumentar su temperatura (abejas).
  • Las plantas pierden sus hojas (moreras) o las presentan aciculares (pinos) reduciendo su metabolismo para evitar la congelación.
  • Entre las adaptaciones al calor cabe citar los hábitos crepusculares de los pájaros, el sudor de los mamíferos y la transpiración de las plantas.
  • Gases
  • Está formado por la zona de la atmósfera próxima a la superficie terrestre. La capa más baja de la atmósfera, denominada troposfera que es la que nos interesa aquí llega hasta los 12 km. de altura. La mezcla de gases que forman el aire es oxígeno (21%), nitrógeno (78%), anhídrido carbónico (0'03%), vapor de agua, etc. Además el aire contiene polvo, esporas, bacterias, polen, etc.
  • Salinidad
  • Llamamos salinidad a la concentración de sales minerales que posee disueltas el agua. En el agua de mar la salinidad media es de 35 gramos por litro. Si bien hay diferencias entre mares u océanos, así es mayor en el mar Menor que en el Mediterráneo y en éste es mayor que en el Atlántico.
  • Una forma de expresar la concentración de soluto en un disolvente es mediante la presión osmótica. Aquellos que la mantienen constante pese a las variaciones del medio se llaman homoosmóticos o eurihalinos, esto les permite sobrevivir en aguas de distinta salinidad (por ejemplo el salmón o la anguila).
  • Aquellos que no la mantienen, denominados poiquiloosmóticos o estenohalinos, no sobreviven a los cambios de salinidad.
  • Hay plantas capaces de resistir terrenos con muchas sales, así el Tamarix gallica o las plantas llamadas barrilas. Algunos animales tienen mecanismos especiales para eliminar el exceso de sal ingerida, así las tortugas tienen unas glándulas junto al ojo y las aves en el pico
  • La salinidad en el mar Muerto alcanza los 230 gramos por litro, por lo que resulta prácticamente imposible sumergirse.
  •  
  • Suelo
  • El suelo es un complejo dinámico formado por los productos de alteración de las rocas, junto con los restos orgánicos de los seres vivos. Es por tanto, el producto final resultante de la interacción entre litosfera, atmósfera y los seres vivos.
  • Los animales presentan diversas adaptaciones anatómicas al suelo según el tipo de vida que llevan. Así, los de costumbres hipogeas (bajo tierra) suelen ser alargados (lombrices) o tener patas para excavar (topos y grillos cebolleros). Los que viven sobre tierra, los llamados epigeos, presentan diversas adaptaciones, por ejemplo, en suelos pantanosos o blandos poseen en sus extremidades inferiores membranas interdigitales como los anfibios.

Biocenosis

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Está formada por los seres vivos y las relaciones que existen entre ellos.
  • Los seres vivos no viven solos ni aislados sino que se agrupan formando poblaciones de la misma especie y comunidades junto con otras especies.
  • FACTORES BIÓTICOS:
  • Son las relaciones que existen entre los diferentes seres vivos.
  • Pueden ser de dos tipos:
    • Intraespecíficas, cuando se producen entre individuos de la misma especie.
    • Interespecíficas cuando se producen entre individuos de las diferentes especies que habitan en el ecosistema.
  • Algunas de las relaciones que vamos a estudiar son: la depredación, el parasitismo, la simbiosis, el colonialismo, las asociaciones familiares....

Nicho ecológico

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Cada una de las especies del ecosistema tiene su HABITAT (espacio físico que reúne las condiciones físico-químicas adecuadas para que esa especie pueda vivir.
  • También, cada especie tiene su NICHO ECOLÓGICO, que supone el papel, la función que cada especie desempeña en el ecosistema. Es decir, el conjunto de circustancias, relaciones con el ambiente, conexiones tróficas y funciones ecológicas que definen el “oficio” en el ecosistema de esa especie determinada.
  • El concepto de nicho deriva de la competencia entre las especies, ya que si dos de ellas tienen el mismo oficio en el ecosistema, es decir, el mismo nicho ecológico, competirán entre sí y una de las dos especies quedará excluida.
  • Puede ser útil considerar al hábitat como la dirección de un organismo (donde vive) y al nicho ecológico como su profesión (lo que hace biológicamente). El nicho ecológico no es un espacio demarcado físicamente, sino una abstracción que comprende todos los factores físicos, químicos, fisiológicos y bióticos que necesita un organismo para vivir.
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Tres especies de garzas comparten un mismo hábitat, pero tienen distinto nicho ecológico. Anidan en distinto sitio, se alimentan de presas diferentes, su actividad no es la misma…..
  • 1
  • 2
  • 3
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Una sola especie puede ocupar diferentes nichos en distintas regiones, en función de factores como el alimento disponible y el número de competidores. Algunos organismos, por ejemplo, los animales con distintas fases en su ciclo vital, ocupan sucesivamente nichos diferentes.
  • Un renacuajo es un consumidor primario, que se alimenta de plantas, pero la rana adulta es un consumidor secundario y digiere insectos y otros animales.
  • En contraste, tortugas jóvenes de río son consumidores secundarios, comen caracoles, gusanos e insectos, mientras que las tortugas adultas son consumidores primarios y se alimentan de plantas verdes como apio acuático.
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Se pueden distinguir dos tipos de nichos:
  • Nicho ecológico potencial (IDEAL):
    • Es el que satisface todas las necesidades de una especie. Muy difícil de alcanzar (en laboratorio o en cautividad, pero no en la vida real)
  • Nicho ecológico real:
    • Es el nicho que ocupa una especie en condiciones naturales y donde influye mucho la competencia.
  • Existen especies muy próximas que ocupan nichos ecológicos distintos (murciélagos de América central) y otras especies que ocupan nichos equivalentes en zonas geográficas alejadas para evitar la competencia (canguro, bisonte, vaca…) A estos últimos tipos de especies se les denomina VICARIAS

u

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Mismo nicho ecológico, distinto hábitat
  • Mismo hábitat, distinto
  • nicho ecológico,
  • Eduardo Gómez
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  • Mismo nicho ecológico, distinto hábitat
  • Mismo hábitat, distinto
  • nicho ecológico,
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera

Relaciones tróficas: cadenas y redes tróficas

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • La materia y la energía circulan en los ecosistemas en forma de relaciones tróficas (relaciones alimentarias), que se producen entre los organismos, vivos o muertos.
  • NIVELES TRÓFICOS. Cada uno de los diferentes grupos de organismos del ecosistema que se alimentan de forma similar.
  • Las relaciones entre los diversos niveles tróficos se representan mediante CADENAS TRÓFICAS, en las que cada organismo ocupa una posición llamada ESLABÓN O NIVEL TRÓFICO. Hay tres grandes grupos o niveles tróficos:
    • Productores
    • Consumidores
    • Descomponedores
  • Cuando varias cadenas tróficas se entrecruzan forman REDES TRÓFICAS.
  • La representación se puede hacer mediante PIRÁMIDES TRÓFICAS.
  • El establecimiento de una relación ecológica entre los seres vivos componentes de la biocenosis se traduce en una transferencia de materia y energía entre todos los sistemas vivos.
  • De esta forma los mecanismos por los cuales la materia y la energía se transfiere de unos organismos (sistemas abiertos cibernéticos) a otros en el marco físicoquímico del biotopo se denominan RELACIONES TRÓFICAS.
  • Se representan mediante cadenas tróficas (simples o complejas-redes-) en las que cada eslabón es un nivel trófico.

Productores

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Son los ORGANISMOS AUTÓTROFOS, constituyen el primer eslabón de la cadena alimentaria. Pueden ser:
  • Fotoautótrofos:
  • Son organismos FOTOSINTÉTICOS. Usan la luz del sol. Algas verdeazuladas (bacterias fotosintéticas), algas eucariotas unicelulares ( protozoos fotosintéticos) y pluricelulares y el resto de las plantas.
  • Quimioautótrofos:
  • Usan energía procedente de reacciones químicas inorgánicas exotérmicas. Son las bacterias nitrificantes, sulfobacterias, etc.
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Se caracterizan por usar la energía solar para producir  moléculas orgánicas (por ejemplo hidratos de carbono) y otros compuestos que luego serán transformados en energía química.
  • Los productores constituyen el 99% de toda la materia orgánica del mundo vivo.
  • Son organismos capaces de captar y aprovechar la energía solar o lumínica (que es prácticamente toda la energía exterior que recibe el ecosistema) para transformar sustancias inorgánicas (agua, dióxido de carbono y sales minerales), pobres en energía química, en sustancias orgánicas, ricas en energía química.
  • En los ecosistemas terrestres, los principales productores primarios son las plantas superiores, las angiospermas y gimnospermas.
  • Los mayores productores primarios de los ecosistemas acuáticos son las algas que a menudo forman el fitoplancton en las capas superficiales de los océanos y lagos.
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Materia inorgánica
  • Materia orgánica (energía química)
  • Necesidades propias
  • Otros niveles tróficos
  • Respiración, crecimiento, etc

Consumidores

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Estos organismos aprovechan la materia orgánica de los productores para convertirla en materia orgánica propia.
  • Consumidores primarios: Se alimentan de los productores primarios y son los denominados herbívoros.
    • En la tierra, los herbívoros típicos incluyen insectos, reptiles, pájaros y mamíferos.
    • En los ecosistemas acuáticos (de agua dulce y salada) los herbívoros son típicamente pequeños crustáceos y moluscos. Estos, junto con los protozoos forman el zooplancton, el cual se alimenta del fitoplancton.
  • Consumidores secundarios: Este nivel está constituido por animales que comen otros animales, se alimentan de los herbívoros y por lo tanto son carnívoros, por ejemplo: halcón, orca, carpa, etc.
  • Consumidores terciarios: Se alimentan de los consumidores secundarios, y por lo tanto también son carnívoros (supercarnívoros), por ejemplo: león, cocodrilo, etc.
  • Se pueden establecer niveles superiores de cuarto grado, quinto... En la medida que se obtiene materia y energía de otro consumidor de grado inferior. Estas relaciones se dan fundamentalmente en ecosistemas marinos.

Saprófagos

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Es un tipo de consumidores. Se alimentan de materia orgánica muerta, pueden ser:
    • NECRÓFAGOS O CARROÑEROS. Se alimentan de cadáveres y materia orgánica descompuesta.
    • COPRÓFAGOS. Se alimentan de excrementos.
    • DETRITÍVOROS. (En biología los detritos son residuos, generalmente sólidos permanentes, que provienen de la descomposición de fuentes orgánicas -vegetales y animales-). Se alimentan de materia orgánica muy fragmentada (alto grado de descomposición), como los pólipos y las lombrices.
  • Ni los animales carroñeros (buitres, algunos córvidos, hienas, etc.), ni los coprófagos (escarabajos) ni los detritívoros se consideran descomponedores, ya que aprovechan los restos de animales muertos o en descomposición.
  • Otro tipo especial de consumidores. Usan más de una fuente de materia orgánica es decir ocupan varios niveles tróficos en función de su obtención de materia y energía en cada momento.
  • La especie humana puede comportarse como consumidor primario, secundario, terciario, de cuarto grado, etc, o varios a la vez.
  • Omnívoros

Descomponedores y/o transformadores

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Son organismos que aprovechan la materia y la energía que aún contienen los restos de seres vivos (cuerpos muertos, deyecciones, etc), descomponiendo la materia orgánica en materia inorgánica (descomponedores mineralizadores)
  • A este grupo pertenecen los hongos, bacterias (aerobias y anaerobias) y otros microorganismos, quienes segregan enzimas digestivas sobre el material muerto o de desecho y luego absorben los productos de la digestión (descomponedores saprofitos).
  • Estos organismos realizan en definitiva el RECICLADO DE LA MATERIA
  • Una cadena trófica es una relación lineal, unidireccional entre seres vivos que se alimentan unos de otros. Se representa mediante flechas que señalan la dirección de la transferencia de materia y energía.
  • Fitoplacton –> zooplacton –> sardinas –> atún
  • Cadenas tróficas

Redes tróficas

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Las múltiples interacciones existentes entre los individuos impide definir individualmente con claridad una cadena trófica, ya que, según las circunstancias, un depredador puede al mismo tiempo ser presa. Por ello es más propio hablar de red alimentaria o trófica.
  • En una red alimentaria cada individuo ocupa un nudo en una intersección de relaciones tróficas.
  • Si un nudo desaparece (extinción de una especie), el ecosistema en conjunto reajusta sus hábitos alimentarios, aunque este proceso es muy lento
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera

Ciclo de la materia

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • La materia es el vehículo de la transferencia de energía, que se transforma continuamente mediante reacciones químicas de OXIDO-REDUCCIÓN.
  • Cuando la materia se reduce, almacena ENERGÍA QUÍMICA y cuando se oxida, la libera en también en forma de ENERGÍA QUÍMICA O CALOR.
  • A diferencia de la Energía, la Materia puede circular en el ecosistema.
  • La circulación consiste en la transferencia desde los medios inertes en donde suele estar OXIDADA, hasta los seres vivos en donde aparece REDUCIDA y de nuevo a los medios inertes.
  • Los procesos implicados en estas transformaciones son LA FOTOSÍNTESIS Y LA RESPIRACIÓN.
  • La circulación de la materia en los ecosistemas es abierta, ya que siempre hay salida y entrada de organismos, fijación de gases, pérdidas por erosión, precipitación, gasificación, lixiviados...
  • Sin embargo, si tenemos en cuenta el sistema TIERRA, el CICLO de la materia puede considerarse CERRADO, aunque algunos materiales pueden quedar fuera del circuito durante mucho tiempo, permaneciendo en yacimientos.

Circulación de la materia

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera

Flujo de energía

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • En los ecosistemas, la energía fluye de un nivel trófico a otro de forma unidireccional, no forma un ciclo cerrado como la materia. De la energía solar que llega a la superficie de un ecosistema se aprovecha sólo un 1 % aproximadamente y se almacena mediante la fotosíntesis.
  • En el mismo ecosistema hay pérdida de energía, porque cerca de la mitad de la producción primaria es gastada por los productores en su metabolismo y se pierde como calor, y sólo la otra mitad está disponible para los consumidores como alimento (carbohidratos, celulosa, lignina, grasas, proteínas, etc.). En la cadena trófica, al pasar de un eslabón a otro, hay más pérdida de energía a través de la respiración y los procesos metabólicos de los individuos, porque el mantener vivo un organismo implica gastar, en forma de calor, parte de la energía captada; las sustancias no digeribles, que son excretadas o regurgitadas y descompuestas por los detritívoros; y la muerte de individuos, que ocasiona pérdidas, pero la energía es devuelta, en parte, por los desintegradores.

En el paso de energía desde el sol a lo largo de los diferentes niveles de las cadenas o redes tróficas hay una pérdida gradual de la misma (o transformación en forma de calor aumentando su entropía). Se estima en los ecosistemas terrestres en un 10% el índice de aprovechamiento de la energía almacenada en un nivel trófico que es utilizada en el nivel trófico siguiente en la síntesis de materia nueva perdiéndose el resto en procesos de respiración, producción de excrementos, reproducción y demás procesos vitales por lo cual el número de eslabones en una cadena alimentaria ha de ser, por necesidad, corto. Este hecho se conoce como la REGLA DEL 10% y constituye la base del planteamiento del estudio del flujo de materia y energía de la misma forma que se realizaban las de números, en forma de pirámides.

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Se supone que de un nivel trófico a otro no pasa más de un 10% de la energía del nivel anterior, y por eso las cadenas tróficas no pueden tener mas de 4 o 5 eslabones
  • En una cadena o red trófica, la energía que entra es igual a la acumulada en forma de materia orgánica en cada nivel mas la desprendida en forma de calor, excrementos, deyecciones, respiración y transpiración, luego también se cumple la primera ley de la termodinámica.

Flujo de energía en el ecosistema

  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • Productores
  • Consumidores primarios
  • Consumidores secundarios
  • Consumidor final
  • Calor
  • Energía solar
  • Calor
  • Calor
  • Calor
  • Calor
  • Eduardo Gómez
  • La Ecosfera
  • En el flujo de energía y de nutrientes inorgánicos, es posible hacer algunas generalizaciones:
    • La fuente primaria (en la mayoría de los ecosistemas) de energía es el sol.
    • El destino final de la energía en los ecosistemas es perderse como calor (disipación total de la energía, 2ª ley de la termodinámica).
    • La energía y los nutrientes pasan de un organismo a otro a través de la cadena alimenticia (trófica) a medida que un organismo se come a otro.
    • Los descomponedores extraen la energía que permanece en los restos de los organismos.
    • Los nutrientes inorgánicos son reciclados pero la energía no.
  • MATERIA
  • ENERGÍA S<0
  • ENERGÍA S>0


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