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TEMA 8. Ecología 1.-Concepto de ecosistema 1.1.-Definición de ecosistema 1.2.-Interacciones en los ecosistemas 2.-Interacciones bióticas 2.1.-Relaciones intraespecíficas 2.2.-Relaciones interespecíficas 3.-Dinámica de poblaciones 3.1.-Tasa de crecimiento 3.2.-Curvas de crecimiento 4.-Estructura de los ecosistemas 4.1.-La materia en los ecosistemas: los niveles tróficos 4.2.-Cadenas y redes tróficas 4.3.-La energía en los ecosistemas 4.4.-Pirámides ecológicas 5.-Sucesiones ecológicas 6.-Ciclos biogeoquímicos 1.-Concepto de ecosistema 1.1.-Definición de ecosistema -Ecosistema: conjunto de seres vivos (factores bióticos) y de elementos inertes (factores abióticos) que interaccionan entre sí. ECOSISTEMA 1.-Factores bióticos: conjunto de seres vivos de un ecosistema. -Población: conjunto de individuos de una mismas especie que vive en un lugar determinado. -Comunidad: conjunto de poblaciones de un ecosistema. 2.-Factores abióticos: conjunto de elementos inertes que forman un ecosistema: rocas, ríos, aire, nutrientes del suelo, oxígeno disuelto, viento, etc. Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados 1.2.-Interacciones en los ecosistemas Un ecosistema viene definido por: a) Conjunto de sus componentes: factores bióticos y abióticos. b) Interacciones entre sus componentes: procesos físicos, químicos y biológicos. Interacciones entre factores abióticos Interacciones entre factores abióticos y bióticos Interacciones entre factores bióticos Población de mirlos acuáticos Relieve montañoso Población de mosquitos Turbulencia del agua O2 disuelto Temperatura del agua Altitud Población de carpas Población de truchas O2 disuelto Población de truchas Población de garzas Población de nutrias 2.-Interacciones bióticas 2.1.-Relaciones intraespecíficas -Interacciones bióticas: son las diferentes relaciones que existen entre los seres vivos de un ecosistema. Se dividen en: -Relaciones intraespecíficas: entre individuos de la misma especie -Relaciones interespecíficas: entre individuos de especies distintas Relaciones intraespecíficas. Tipos: a) Competencia intraespecífica por los recursos: los individuos de una misma especie compiten por los recursos: alimento, luz, agua, lugares para la reproducción, madrigueras, etc. b) Competencia reproductora: normalmente los machos de una especie compiten entre ellos por fecundar a las hembras. De esta forma sus genes pasan a la siguiente generación. c) Cuidados parentales: alimentación y protección de los progenitores hacia las crías d) Agrupamientos familiares: individuos emparentados genéticamente se agrupan para cuidar de las crías e) Agrupamientos no familiares: individuos de una especie se agrupan para defenderse de los depredadores. En otras ocasiones colaboran para la obtención de alimento. f) Colonias: son asociaciones más complejas, entre miembros de una misma especie emparentados genéticamente, donde existen diferentes tipos o castas de individuos con distintas funciones (colmenas, hormigueros, termiteros) Pinar maduro Pinar en crecimiento Pinar inicial Competencia por la luz: en el desarrollo de un pinar, los individuos de crecimiento más lento, pierden acceso a la luz y terminan muriendo. Por este motivo, los pinos de un pinar suelen tener la misma altura. 4 1 2 Competencia por el alimento: en los buitres los individuos con más hambre son las más agresivos. A medida que se van saciando van dejando paso a los más hambrientosagresivos. 3 Competencia por el alimento entre hermanos (cainismo): los pollos de un mimo nido nacen con días de diferencia, presentando un distinto grado de crecimiento. Los mayores acceden prioritariamente al alimento. En años de escasez los más pequeños mueren. Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados 2.1.-Relaciones intraespecíficas. Competencia por los recursos 2.1.-Relaciones intraespecíficas. Competencia reproductora Competencia reproductora: los ciervos machos compiten por reproducirse con un grupo de hembras, pasando así sus genes a la siguiente generación. macho hembra Competencia espermática: es una variante de competencia reproductora. Durante la cópula el macho intenta asegurarse de que serán sus espermatozoides los que se unan a los óvulos o huevos de la hembra. 2.1.-Relaciones intraespecíficas. Cuidados parentales 2.1.-Relaciones intraespecíficas. Agrupamientos no familiares Colonias reproductivas Cardúmenes Agrupamientos estacionales o nocturnos Caza cooperativa 2.1.-Relaciones intraespecíficas. Agrupamientos familiares 2.1.-Relaciones intraespecíficas. Colonias Abeja reina (hembra fértil) Zángano (macho fértil) Obrera (hembra estéril) 2.2.-Relaciones interespecíficas. -Relaciones interespecíficas: son aquellas que se dan entre individuos de especies Tipo de relación Definición Especie A Especie B Competencia por los recursos -Los individuos de especies distintas compiten por los recursos: alimento, luz, agua, lugares para la reproducción, madrigueras, etc. - - Depredación -Los individuos de una especie (depredadores) se alimentan de individuos de otra especie (presa), produciéndoles la muerte. -El herbivorismo es una relación similar a la depredación pero no implica necesariamente la muerte de la planta por el herbívoro. + - Parasitismo -Los individuos de una especie (parásitos) se aprovechan de los de otra (huéspedes) sin causarle la muerte directa. + - Comensalismo -Los individuos de una especie (comensales) se aprovechan de los restos producidos por los de otra (huéspedes). + 0 Inquilinismo -Individuos de una especie (inquilinos) habitan o se refugian en individuos (o sus restos) de otra especie (huéspedes). + 0 Mutualismo -Son interacciones entre individuos de dos especies distintas, donde ambos salen beneficiados. Esta relación no es necesaria para la supervivencia de ambas especies. + + Simbiosis -Son interacciones estables e indispensables para la supervivencia de los individuos de las dos especies implicadas. + + Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados distintas. Nº de individuos 2.2.-Relaciones interespecíficas. Competencia por los recursos La competencia por los recursos entre individuos de dos especies distintas puede dar lugar a dos tipos de situaciones: Cistus albidus a) Exclusión competitiva: una especie elimina a otra porque accede a los recursos ventajosamente. b) Coexistencia: conviven las dos especies pero ambas disminuyen el tamaño de sus poblaciones (número de individuos) debido a que han de repartirse los recursos. Nº de individuos Nº de individuos Tiempo Cistus ladanifer Exclusión competitiva Cistus ladanifer Cistus monspeliensis Tiempo Tiempo Nº de individuos Nº de individuos Tiempo Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados Cistus albidus Coexistencia Sin competencia Sin competencia Cistus ladanifer Cistus monspeliensis Tiempo 2.2.-Relaciones interespecíficas. Depredación y herbivorismo RELACIÓN HERBÍVORO-PLANTA RELACIÓN DEPREDADOR-PRESA Lince ibérico y conejo. Variación de sus poblaciones e 2000-150 Conejos g 1500-100 1000-50 a f b c d 10 20 30 Tiempo (años) 40 50 Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados b) El número de depredadores influye en el número de presas. -Relación depredador-presa: a) A más conejos, más linces. b) A más linces, menos conejos. c) A menos conejos, menos linces. d) A menos linces, más conejos. -Influencia de otros factores: e) Años de lluvias (más conejos, más linces) f) Epidemias conejos (menos conejos, menos linces) g) Años de sequías (menos conejos, menos linces) Producción de bellota en encinas y población de ratones d a d' a' c c' b 1 2 b' 3 4 5 Tiempo (años) 6 7 8 Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados a) El número de presas influye en el número de depredadores. -Años de bellotera: los árboles y arbustos suelen presentar un ciclo bianual en la producción de sus frutos. De esta forma se controla el tamaño de las poblaciones de los herbívoros. Kg frutos Nº individuos -Existe un efecto bidireccional entre la variaciones en los tamaños de población (número de individuos) de los depredadores y de las presas: -Relación herbívoro-planta: a) Años de mayor producción de frutos: elevadas tasas reproductivas y crece la población de ratones en el siguiente año (a'). b) Años de menor producción de frutos: no existe alimento suficiente para mantener grandes poblaciones de ratones. Disminuye el tamaño de la población de ratones (b'). -Influencia de otros factores: c) Sequía (menor producción de la esperada y menos ratones al siguiente año (c')). d) Lluvias (mayor producción de la esperada y más ratones al siguiente año (d')). 2.2.-Relaciones interespecíficas. Parasitismo -PARASITISMO: es una relación interespecífica en la que una especie (parásito) se aprovecha de otra (huésped) sin causarle la muerte directa. -TIPOS DE PARASITISMO: 1.-Ectoparasitismo: el parásito vive en la superficie del huésped 2.-Endoparasitismo: el parásito vive en el interior del huésped 3.-Parasitoidismo: el parasitoide desarrolla parte de su ciclo vital (huevo-larva) como parásito, a expensas del huésped. Los adultos son de vida libre. Al final de la etapa de parásito se produce la muerte del huésped. macho hembra con huevos Ganchos Ventosas Garrapata Tenia humana Pulga Ácaro de la sarna Piojo humano ECTOPARÁSITOS Larva de escarabajo parasitada Nematodo Elefantiasis ENDOPARÁSITOS Oruga parasitada PARASITOIDES 2.2.-Relaciones interespecíficas. Comensalismo e inquilinismo. INQUILINISMO COMENSALISMO Comensalismo e inquilinismo: Huésped (mejillón) -En ambos tipos de relaciones interespecíficas los comensales/inquilinos obtiene beneficio sin perjudicar ni beneficiar al huésped. Comensal (urraca) Comensales (doradas) Huésped (buitre) Huésped (salmonete) Inquilinos (cirrípedos) Huésped (humanos) Huésped (tiburón) Comensales Huésped (gorgojo) Inquilinos (cirrípedos) Huésped (árbol) Comensales (cigüeñas) Comensales (ácaros) FORESIS: comensalismo de transporte Inquilino (epífita) Huésped (árbol) Inquilinos (abubillas) 2.2.-Relaciones interespecíficas. Mutualismo y simbiosis. Mutualismo y Simbiosis Estructura de un líquen -Son relaciones interespecíficas para las dos especies implicadas. ventajosas -La simbiosis implica una unión permanente y necesaria para la supervivencia de ambas especies. En el mutualismo las especies pueden vivir por separado. 1 2 Córtex superior (hongos) Médula (algas y hongos) Córtex inferior (hongos) Rizinas (hongos) Líquenes: simbiosis entre hongos y algas 3 3 1.-Algas: unicelulares o pluricelulares simples. Producen nutrientes por fotosíntesis que aprovechan los hongos. 2.-Hongos: organizados en filamentos (hifas). Dan estructura al líquen, retienen el agua para las algas y las protegen de la intemperie (tª, radiación, herbívoros) . Las ricinas fijan el líquen al sustrato (rocas, corteza, etc.). 1.-Pez payaso (protege de otros peces comedores de anémonas) y anémona (con sus tentáculos venenosos protege frente a depredadores). 2.-Hormiga (protege frente a depredadores) y pulgón (produce líquido azucarado -ligamaza- por el ano). 3.-Garcilla bueyera (desparasita al mamífero) y mamífero (sus ectoparásitos sirven de alimento a la garcilla). Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados SIMBIOSIS MUTUALISMO 3.-Dinámica de poblaciones 3.1.-Tasa de crecimiento -Población: conjunto de individuos de una especie que habitan un ecosistema determinado. -Tamaño de población (N): número de individuos de una población determinada. r = ∆N/No = (Nf-No)/No -Si r>0, la población crece. -Si r>0, la población disminuye -Si r=0, la población permanece estable FACTORES QUE CONTROLAN EL CRECIMIENTO DE UNA POBLACIÓN -Los factores que determinan la variación del tamaño de una población en un intervalo determinado de tiempo son la natalidad (B = nº de nacimientos), la mortalidad (M = nº de defunciones), la inmigración (I = nº de inmigrantes) y emigración (E = nº de emigrantes). ∆N = (B + I) - (M + E) M=22 ranas E=2 ranas tiempo p.e.: 1 año No = 80 ranas tiempo Nf = 90 ranas No = 80 ranas B=10 ranas I=5 ranas Nf = ? r = (90 ranas - 80 ranas) / 80 ranas = 0,25 Razón de crecimiento (%) = 0,25 x 100 = 25% La población de ranas en un año ha crecido (r>0) un 25 % con respecto a su población inicial. ∆N = (10 + 5) - (22 + 2) = -9 ranas ∆N = Nf-No Nf = No+ ∆N = 80 + (-9) = 71 ranas Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados -Es una variable que indica la variación del tamaño de una población en un intervalo de tiempo determinado: Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados TASA DE CRECIMIENTO DE UNA POBLACIÓN (r) 3.2.-Curvas de crecimiento -Son representaciones gráficas que indican las variaciones en el tamaño de una población a lo largo del tiempo. -Su análisis permite diferenciar distintas fases en el crecimiento de una población dentro de un ecosistema determinado. Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados Tamaño de población (N) k tiempo Fase A r>0 Fase A: crecimiento exponencial de la población. En condiciones óptimas, sin factores limitantes. Coincide con el potencial biótico de esa población. Fase B r>0 Fase C r≈0 Fase B: fase de crecimiento aminorado. Disminuye gradualmente el valor de "r", debido a los efectos de la competencia y otros factores limitantes (resistencia ambiental). Fase D r<0 -Potencial biótico: máxima capacidad teórica de crecimiento de una población, sin los efectos de los factores limitantes (resistencia ambiental). -Resistencia ambiental: conjunto de factores limitantes que afectan al crecimiento de una población: disponibilidad de recursos (competencia intra e interespecífica), factores climáticos, especies depredadoras y parásitas, microorganismos patógenos, etc. -Capacidad de carga del ecosistema: tamaño máximo que puede alcanzar una población en un ecosistema en condiciones estables. Fase C: fase de estabilidad. La población alcanza su tamaño máximo (K), con pequeñas oscilaciones causadas por factores estacionales (sequías, lluvias, heladas) Fase D: fase de colapso. El tamaño de la población puede disminuir bruscamente, por cambios en el ecosistema. Puede producirse la desaparición de la población (N=0) 3.2.-Curvas de crecimiento -Las especies pueden clasificarse según el modelo de crecimiento que presenten sus poblaciones: -Estrategas de la "r": presentan curvas de crecimiento exponencial, con fuertes oscilaciones en sus valores de N (tamaño de población). -Estrategas de la "K": presentan curvas de crecimiento sigmoidal, que tienden a un valor estable de N=K ESTRATEGAS DE LA "r" ESTRATEGAS DE LA "K" 1.-Especies propias de ecosistemas inestables. Sus poblaciones son muy variables, en función de las variaciones del ecosistema. Especies colonizadoras de nuevos ambientes. 1.-Especies propias de ecosistemas estables, con pocas variaciones. Como consecuencia las poblaciones presentan tamaños estables (N≈k). 2.-Elevadas tasas de natalidad, pero sin cuidado parental. Elevada mortalidad en condiciones desfavorables. 3.-Suelen ser anuales o bianuales. Crecimiento exponencial descendencia pero tiempo cuidado 4.-Organismos grandes: aves, mamíferos, árboles y arbustos. k Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados con 3.-Suelen ser especies longevas (de vida larga). Tamaño de población (N) Tamaño de población (N) 4.-Organismos pequeños: insectos, herbáceas, plancton, bacterias. 2.-Poca parental. Crecimiento sigmoidal tiempo Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados 4.-Estructura de los ecosistemas 4.1.-La materia en los ecosistemas: los niveles tróficos -La materia en los ecosistemas circula entre los organismos en forma de materia inorgánica y materia orgánica. A las transferencias de materia entre organismos se les llama relaciones tróficas. -La materia orgánica (m.o.) procede de la transformación de la m. inorgánica y de la energía solar gracias a la fotosíntesis: a) La m.o. es rica en energía b) Se transfiere de un organismo a otro en forma de alimento c) Es utilizada por los organismo como fuente de energía y para formar sus estructuras (células, tejidos). -La materia inorgánica (m.i.) es pobre en energía y procede de la descomposición de la materia orgánica muerta (m.o.m.). EL CICLO DE LA MATERIA -Niveles tróficos: tipos de organismos según sus relaciones tróficas: CONSUMIDORES SECUNDARIOS a) Productores (plantas y algas): organismos que transforman la materia inorgánica en materia orgánica. m.o. CONSUMIDORES PRIMARIOS CONSUMIDORES TERCIARIOS m.o.m. m.o.m. PRODUCTORES m.i. m.o.m. CARROÑEROS y DETRITÍVOROS m.o. m.o. m.o. m.i. c) Consumidores secundarios (depredadores, parásitos animales): toman la materia orgánica de los consumidores primarios. d) Consumidores terciarios (superdepredadores): se alimentan de los consumidores secundarios. m.o.m. DESCOMPONEDORES m.o.m b) Consumidores primarios (herbívoros, parásitos vegetales): toman directamente la materia orgánica de los productores. m.i. Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados e) Carroñeros y detritívoros: se alimentan de materia orgánica muerta. f) Descomponedores: transforman la materia orgánica muerta en materia inorgánica. 4.2.-Cadenas y redes tróficas -Cadenas tróficas: son representaciones lineales de las relaciones tróficas entre diferentes poblaciones de un ecosistema. Las flechas indican la transferencia de materia orgánica entre poblaciones -Redes tróficas: son representaciones más complejas y veraces de las relaciones tróficas dentro de un ecosistema. Se suelen representar para cada población varias relaciones tróficas con el resto de las poblaciones del ecosistema. CADENA TRÓFICA RED TRÓFICA Consumidor terciario Consumidor secundario Productor Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados Consumidor primario Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados 4.3.-La energía en los ecosistemas Energía solar Energía calorífica PRODUCTORES 1.-La materia circula y se transforma dentro del ecosistema: ciclo de la materia. Energía calorífica 2.--La energía fluye a través del ecosistema en forma de e. química (materia orgánica), entra como e. solar y sale gradualmente en forma de e. calorífica. Energía calorífica CONSUMIDORES PRIMARIOS FOTOSÍNTESIS CONSUMIDORES SECUNDARIOS Materia orgánica (energía química) m.o. m.o. m.o.muerta m.o.m. CONSUMIDORES Energía TERCIARIOS calorífica m.o. m.o.m. Energía calorífica CARROÑEROS y DETRITÍVOROS Materia inorgánica m.o.m. (poca energía química) DESCOMPONEDORES Energía calorífica Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados m.o.m. 4.4.-Pirámides ecológicas PRADERA -Tipos de pirámides ecológicas: C. 3os (2) a) Pirámide de números: representa el número de individuos en cada nivel trófico. Se suele expresar en nº individuos/m2 (ecosistemas terrestres) o en nº indiv./m3 (ecosistemas acuáticos o aéreos). b) Pirámide de biomasa: representa la biomasa (masa de los organismos de un lugar determinado) de cada nivel trófico. Se puede expresar en g/m2 o en g/m3. c) Pirámide de energía: representa la energía almacenada en cada nivel trófico. Los valores suelen expresarse en en Kcal/m2 o Kcal/m3. LAGUNA C. 3os (2) BOSQUE C. 3os (10) C. 2os (25) Consumidores primarios (675) Productores (1250) Número de individuos/m2 Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados -Pirámides ecológicas: son representaciones gráficas de la estructura de un ecosistema, en las que se relacionan los diferentes niveles tróficos con respecto a una característica determinada del ecosistema (número de individuos, biomasa o energía). BOSQUE C. 3os (4) C. 2os (12) C. 2os (200) C. 2os (60) Consumidores primarios (42) Consumidores primarios (1500) Consumidores primarios (900) Productores (810) Productores (10000) Productores (100) Energía (kcal/ m3) Biomasa (g/ m2) Pirámide invertida Número de individuos/m2 Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados 5.-Sucesiones ecológicas -Sucesión ecológica: conjunto de cambios que sufre un ecosistema a lo largo del tiempo. Estos cambios afectan a: -Factores abióticos: cambios en las características del suelo, en el relieve, radiación que llega a la superficie, viento, oscilación térmica, etc. -Factores bióticos: cambios en las poblaciones que componen el ecosistema a lo largo del tiempo. -Tipos de sucesiones: a) Sucesiones primarias: aquellas que parten de un terreno virgen, sin poblaciones previas (islas volcánicas, dunas, llanuras de inundación) b) Sucesiones secundarias: aquellas que se desarrollan a partir de un ecosistema afectado por una perturbación (incendio, tala, cultivo abandonado). Etapa inicial: Líquenes, musgos, pequeñas herbáceas Aromáticas, jaras, aulagas Matorral heliófilo: Lentisco, madroño, coscoja Matorral noble: Etapa clímax Roca desnuda a suelos esqueléticos, muy pobres en nutrientes Suelos poco profundos, con pocos nutrientes Suelos más profundos, con más nutrientes y retención hídrica Suelos maduros, más profundos y con mayor retención hídrica Bosque Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados A lo largo del tiempo (decenas de años): -Aumenta la biomasa, la estabilidad de los factores abióticos y las especies estrategas de la "K" -Aumenta el nº de especies (biodiversidad) excepto en la etapa clímax 6.-Ciclos biogeoquímicos -Ciclo biogeoquímico de un elemento: es la representación del conjunto de compuestos y transformaciones químicos que puede presentar un elemento químico en las diferentes capas terrestres: geosfera, biosfera, hidrosfera y atmósfera. CICLO DEL CARBONO CO2 atmosférico Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados Vulcanismo Disolución Difusión Combustión CO2 , CO (magma) CxOyHz (comp. orgánicos) COMBUSTIBLES FÓSILES Disolución Fotosíntesis-Nutrición CO3Ca (calcita) disuelto (comp. orgánicos) ** RespiraciónDescomposición Combustibles fósiles CARBÓN, PETRÓLEO CxOyHz (comp. orgánicos) CO2 Precipitación ExtracciónTransformación CxOyHz Disolución CxOyHz (comp. orgánicos) CO3Ca Fosilización parcial (calcita) Litificación * Fotosíntesis-Nutrición: El CO2 (atmosférico o disuelto) se transforma en componentes de los seres vivos (moléculas orgánicas, CXOYHZ) por la fotosíntesis. Esta materia orgánica pasa por el resto de los seres vivos a través de la nutrición. ** Respiración-Descomposición: El CO2 se libera de los seres vivos a través de su respiración y de la descomposición de la materia orgánica muerta (hojarasca, cadáveres, excrementos, etc.) 6.-Ciclos biogeoquímicos CICLO DEL NITRÓGENO Desnitrificación N2 atmosférico Comp. orgánicos (proteínas, ADN, ARN,...) Fijación natural Nutrición Comp. orgánicos Amonificación de la m.o.m. y de la orina Fijación atmosférica Fijación natural Por bacterias del suelo Fijación artificial (proteínas, ADN, ARN,...) Por bacterias y hongos descomponedores Por bacterias del suelo NH4 amonio Nitritación NO-2 nitritos Por bacterias del suelo Absorción y asimilación Material didáctico elaborado por Miguel Ángel Núñez Granados NO-3 Nitratación nitratos * Las leguminosas absorben directamente el N2 atmosférico por lo que no dependen de los nitratos que haya en el suelo (NO-3). Esta absorción se hace gracias a bacterias y hongos que viven en las raíces y que transforman el N2 del aire de los poros del suelo en nitratos (NO-3).