Apuntes, tema 1-16 - Apuntes de la asignatura de Ecología I, impartida en 3º de Grado en Biología. Profesor: Enrique Figueroa PDF

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Apuntes de la asignatura de Ecología I, impartida en 3º de Grado en Biología. Profesor: Enrique Figueroa...

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TEMA 1 El objeto de estudio de la Ecología y concepto de ecosistema Preguntas de desarrollo 1.-Discuta los puntos de vista reduccionista y holista sobre el ecosistema El reduccionismo manifiesta que podemos explicar las propiedades de entidades de orden superior (poblaciones, comunidades, ecosistemas) a partir del conocimiento de las unidades que lo constituyen (organismos) tomando como referencia la Teoría de la Evolución. Por tanto, para el reduccionismo, el todo (ecosistema) no es más que la suma de sus partes. Sin embargo, el punto de vista holista considera al todo más que la suma de las partes ya que otorga al ecosistema propiedades que no pueden explicarse a partir del conocimiento preciso de sus componentes individuales, comunidades de organismos y medio físico, sino que también hay que incluir el estudio de las relaciones entre todos sus componentes, adquiriendo así el ecosistema propiedades organísmicas. 2.-Explica porque la existencia de la vida no contraviene el segundo principio de la Termodinámica Debido al concepto de la neguentropía de Schrödinger que se define como la tendencia natural de un sistema a modificarse según su estructura y que se plasme en los niveles que poseen los subsistemas dentro del mismo, de manera que sistemas altamente organizados y complejos como son los seres vivos no contravienen el segundo principio de la Termodinámica ya que exportan desorden al medio al tratarse de sistemas abiertos. 3.-Define de tres maneras distintas el concepto de ecosistema a) Es un sistema formado por individuos de muchas especies, en el seno de un ambiente de características definibles, implicados en un proceso dinámico e incesante de interacción, ajuste y regulación, expresable bien como una secuencia de nacimientos y muertes o bien como un intercambio de energía, y uno de cuyos resultados es la evolución a nivel de especies y la sucesión a nivel de sistemas. b) Toda unidad o pieza de la Biosfera capaz de soportar un flujo de energía que permita simplemente el mantenimiento de la vida en alguna de sus facetas. c) Porción de biomasa cuyo soporte es un flujo de energía. 4.-Discute si es aplicable el concepto de ecosistema a una ciudad. Si aplicamos la definición de ecosistema de Ramon Margalef la ciudad puede considerarse un ecosistema al ser un ambiente de características, temperatura, humedad,

altura, precipitaciones, etc., definibles en el que cohabitan individuos de distintas especies que interaccionan dinámicamente entre sí y con el ambiente dando lugar a un proceso de homeostasis expresable como una secuencia de nacimientos y muertes y también como un flujo de energía cuantificable y cuyos resultados son la evolución a nivel de especies, esto se observa por ejemplo en animales domésticos que llevan relacionándose con el ser humano y sus asentamientos desde el Neolítico, y la sucesión a nivel de sistemas, observable en los cambios sufridos en una ciudad durante el transcurso del tiempo. 5.- Aplica el método científico al estudio de un problema ecológico de su elección. 6.- Discute los niveles de la sostenibilidad. Explique los principios que permiten alcanzar un desarrollo sostenible. Partiendo de la definición de desarrollo sostenible entendiéndolo como la actividad económica y social que satisface las necesidades de la generación presente sin afectar a la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades encontramos tres niveles de sostenibilidad. Así, nos encontramos con: la sostenibilidad económica que engloba el crecimiento industrial, agrícola, pesquero, ganadero, etc. la remuneración justa del empleo y la satisfacción de las necesidades básicas de la población. La sostenibilidad ecológica, es decir, la preservación de la biodiversidad, la conservación de los recursos y el mantenimiento del medio ambiente limpio. Por último, se encuentra la sostenibilidad social, en la que se incluyen el mantenimiento de estado del bienestar, la participación y la equidad social. Para que se pueda llevar a cabo un desarrollo sostenible es necesario que ningún recurso renovable se utilice a un ritmo superior al de su generación, que ningún contaminante se produzca a un ritmo superior al que pueda ser reciclado, neutralizado o absorbido por el medio ambiente y que ningún recurso no renovable deberá aprovecharse a mayor velocidad de la necesaria para sustituirlo por un recurso renovable utilizado de manera sostenible. Para que esto tenga lugar, es necesario un profundo cambio en los sistemas socioeconómicos que permita un desarrollo a menor ritmo que el actual, incluso algunos autores proponen un crecimiento cero, tanto a nivel económico como demográfico. 7.- Define sostenibilidad y huella ecológica La sostenibilidad, o desarrollo sostenible, se define como la actividad económica y social que satisface las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades. La huella ecológica es una medida del impacto ambiental generado por una ciudad (u otra forma de organización humana) sobre el medio teniendo en cuenta los ambientes de entrada y salida. Se expresa como la cantidad de área productiva valorada en hectáreas por habitante necesarias para producir los recursos que consumimos, asimilar los

residuos generados y absorber el dióxido de carbono expulsado a la atmósfera, calculándose el valor medio mundial en 2,3 hectáreas/ habitante.

Cuestiones tipo test 1. En la definición de ecosistema del Profesor Margalef figura explícitamente el concepto de nicho ecológico. FALSO 2. El Principio de Recolección Sostenible dice que la tasa de consumo de un recurso potencialmente renovable debe ser inferior a su tasa de renovación. VERDADERO 3. El concepto de huella ecológica se suele expresar en gigacalorías/año. FALSO 4. El valor medio de la huella ecológica mundial es de 4,0 hectáreas. FALSO 5. La existencia de la capa de ozono no es un mecanismo homeostático. FALSO 6. El punto de vista reduccionista del ecosistema nos conduce a la idea de ecosistema como concepto. VERDADERO 7. El enfoque cibernético del ecosistema tiene un punto de reduccionismo. VERDADERO

TEMA 2 La Teoría General de los Sistemas: aplicación y desarrollo en la Ecología Preguntas de desarrollo 1.- Características generales de los sistemas de energía Los sistemas tienen límites que los confinan en el espacio, sus elementos son las diferentes clases de sustancias que los componen, cada uno de los cuales son una unidad definida espacio-temporalmente y con atributos cuantificables, y entre ellos se establecen relaciones que definen la organización del sistema. Cada uno de los elementos y relaciones del sistema tienen un valor numérico que definen al sistema. Los sistemas tienen entradas y salidas de energía y materia y rutas donde las transportan y transforman, al igual que almacenamientos de ambas. Los sistemas tienden a alcanzar un equilibrio dinámico en el que la tasa de entrada de energía y materia se iguala aproximadamente la tasa de salida mientras se conserven constantes los almacenamientos. Cambios en las tasas de entrada y salida provocan la adquisición de nuevos equilibrios dinámicos, ya que los almacenamientos de energía y materia aumentan cuando aumentan las tasas y disminuyen cuando estas lo hacen, siendo menor la respuesta del sistema a los cambios en las tasas de entrada y salida cuanto mayor almacenamiento de energía y materia tengan.

2.- Aplica las características generales de los sistemas de energía a una ciudad La ciudad tiene unos límites bien definidos (fronteras) que los separan del entorno y están compuestos por diferentes clases de sustancias, tanto animales, vegetales e inorgánicas, con lugar real en el espacio y el tiempo y con atributos cuantificables que establecen relaciones entre ellos definiendo la ciudad como sistema, ya que

3.- ¿Qué es un modelo ecológico? ¿Cuáles son las razones para utilizarlos? Un modelo ecológico es la expresión formal de las relaciones entre las entidades de un ecosistema definidas en términos lógicos matemáticos o físicos. La palabra formal indica que la expresión final debe poder ser verificada con la realidad. En cuanto a su utilidad, los modelos permiten expresar de manera sencilla las relaciones entre las entidades básicas para la resolución del problema ya que reducen la ambigüedad y describen la complejidad con parsimonia. Además, son idóneos para percibir la función del ecosistema, así como su escala espaciotemporal de sus procesos dada la imposibilidad de realizar experimentos sobre determinados temas. 4.- Retroalimentación: concepto, tipos y papel en los sistemas La retroalimentación consiste en procesos que son cadenas cerradas de relaciones causales. Existen dos tipos de retroalimentación, la positiva y la negativa. La retroalimentación positiva es aquella en la que la variación de un elemento se propaga a lo largo de un bucle de manera que refuerza la variación inicial, generando así un comportamiento explosivo, divergente, es decir, un crecimiento (o decrecimiento) exponencial, dado que sus efectos son acumulativos. Un bucle de retroalimentación positivo abandonado a sí mismo conduce a la destrucción del sistema, por explosión o por detención de sus funciones. La retroalimentación negativa es aquella en la que la variación de un elemento se transmite a lo largo de un bucle de manera que ocasione una alteración que contrarresta la variación original, llevando así a cabo una acción autocorrectora. Un bucle de retroalimentación negativa conduce a un comportamiento convergente, propositivo, toda variación hacia el más implica una corrección hacia el menos, o viceversa. En cuanto al papel de la retroalimentación en los sistemas, su importancia es capital. La retroalimentación positiva es la base de la dinámica de cambio de los sistemas, el crecimiento y la evolución. En cambio, la retroalimentación negativa se encarga de mantener un equilibrio más o menos estable, impidiendo el colapso del sistema y permitiendo la autoconservación del mismo y su restauración.

Cuestiones tipo test 1. La no linealidad no es una manifestación de la noción de complejidad aplicada a los ecosistemas. FALSO 2. El modelo nos permite reflexionar sobre los procesos. VERDADERO 3. Los modelos isomórficos son representaciones exactas de la realidad. VERDADERO 4. En los sistemas abiertos de energía los elementos rara vez están organizados en niveles internos de jerarquía. FALSO 5. Una ciudad es un sistema cerrado de energía. FALSO 6. El estado de un sistema está definido cuando cada de sus propiedades (elementos y relaciones) tiene un valor numérico. VERDADERO

TEMA 3 Teoría de la complejidad en Ecología: Caos, Fractales y Percolación Preguntas de desarrollo 1.- Características de los sistemas complejos Los sistemas complejos son siempre sistemas abiertos de energía. Sus características se basan en su complejidad, ilustrada por: la diversidad, el sistema contiene un gran número de elementos diferentes; organización, los elementos establecen relaciones internas de jerarquía entre ellos, y estos niveles, o compartimentos, y sus elementos, están unidos por gran variedad de enlaces generándose una alta cantidad de conexiones; y por último, la no linealidad, ya que la mayor parte de las interacciones y relaciones generan comportamientos no lineales. 2.- Fractalidad Propiedad de algunos objetos que consiste en que el objeto presenta el mismo aspecto independientemente de la escala a la que lo observemos, generándose curvas autosemejantes a cualquier escala. La geometría fractal es el paralelo a la teoría del caos pero en el espacio y se engloba en la Teoría de la complejidad. La fractalidad aparece frecuentemente en la naturaleza, por ejemplo, los límites de las comunidades, la distribución de ramas en un vegetal o los tamaños de manchas de vegetación en una matriz de territorio responden a una geometría fractal. De manera que el estudio de la dimensión fractal permite medir la complejidad de diferentes paisajes por ejemplo 3.- Criticalidad Autoorganizada

Característica de los sistemas complejos adaptativos por la cual, estos sistemas se mueven en un espacio de parámetros de máxima capacidad para el cómputo de información, el límite del caos. De modo que estos sistemas se adaptan para procesar mejor la energía y generar estructuras, acercándose a un estado crítico en el que pequeñas perturbaciones pueden provocar que todo el sistema se vuelva caótico debido a la elevada conectividad que se da entre los elementos de este tipo de sistemas. De manera que esta propiedad hace que los sistemas se alejen del equilibrio para aumentar su complejidad, dando lugar a una ruptura de la simetría.

Cuestiones tipo test 1. El Caos es un subconjunto de la Complejidad. VERDADERO 2. Los procesos biológicos, ecológicos y sociales son no-acotados, no tienen un estado final. VERDADERO 3. Un sistema que se encuentra cerca del equilibrio reacciona unívocamente a una perturbación no muy fuerte regresando a su estado de equilibrio. FALSO 4. Los sistemas complejos adaptativos no son buscadores de pautas. FALSO 5. Sistemas con muchos grados de libertad, variables necesarias para describir el sistema, muestran comportamientos aleatorios. VERDADERO 6. Un conjunto de tres ecuaciones diferenciales entrelazadas dicta una dinámica extrañamente compleja. VERDADERO

TEMA 4 Organismos, ajuste ambiental y variabilidad genética en poblaciones naturales. La selección natural en el marco de los ecosistemas. Preguntas de desarrollo 1.- Concepto de polimorfismo genético y formas de mantenimiento de polimorfismos estables en hábitats heterogéneos El polimorfismo genético es la presencia simultánea, en el mismo hábitat, de dos o más formas discontinuas de una especie, en proporción tal que la menos frecuente de ambas no puede ser mantenida meramente por la mutación recurrente o la inmigración. En hábitats heterogéneos los polimorfismos pueden estabilizarse y mantenerse de varias maneras: los heterocigotos poseen mayor eficacia biológica pero, debido a mecanismos

genéticos, generan constantemente homocigotos menos aptos; puede actuar una selección disruptiva, de modo que se favorezcan los caracteres en los extremos del gradiente, apareciendo poblaciones polimórficas en posiciones intermedias; puede darse una selección dependiente de la frecuencia, de manera que cada uno de los morfos de las especies es más apto cuanto más raro o, por último, la selección puede actuar de distinta forma en las diferentes zonas del hábitat. 2.- Plantea un experimento que ponga de manifiesto la existencia de un híbrido en una comunidad vegetal. Tomando especímenes de distintos hábitats que manifiesten diferentes fenotipos y haciéndolas crecer a todas en las mismas condiciones de temperatura, luz, humedad, etc. se puede observar si existen diferencias genotípicas ya que en caso de no haberlas no habría diferencias significativas en sus fenotipos. 3.- Tipos de especiación. Indicar con ejemplos biológicos (real o figurado) Existen tres tipos de especiación: la alopátrica, en una población aparece algún tipo de barrera geográfica (ríos, montañas, etc.) que interrumpe el flujo génico y produce aislamiento reproductivo, de manera que ambas poblaciones evolucionan por separado en ambientes distintos, dando lugar a dos especies distintas. Por ejemplo, una población de ratones separados por el cambio de curso de un río da lugar a dos poblaciones aisladas que se adaptaran a sus distintos hábitats o que cambiarán debido a la deriva génica, de manera que tras un período de tiempo, aunque la barrera desaparezca, es imposible el cruce. La especiación simpátrica tiene lugar cuando se produce un aislamiento ecológico de parte de la población, cambiando las presiones ambientales y generándose un polimorfismo genético que puede llevar al surgimiento de dos especies distintas. Por ejemplo, la población de primates que habitaba grandes extensiones de bosques en Asia y África tuvo que adaptarse cuando estos desaparecieron a las grandes extensiones abiertas, mientras que otras poblaciones continuaron habitando en zonas forestales reducidas. El tercer tipo de especiación es denominada parapátrica, se produce cuando parte de una población ocupa un nuevo hábitat con condiciones ambientales distintas, ya sea por el agotamiento del hábitat nativo u otras razones, de modo que la presión ambiental conduce a la aparición de una nueva especie. Por ejemplo, una especie herbívora se desplaza por agotamiento de pastos a zonas más cálidas o con mayor cantidad de árboles adaptándose al nuevo hábitat. 4.- Tipos de selección y elementos de un árbol evolutivo Existen tres tipos básicos de selección natural: selección direccional, en la que se selecciona un fenotipo extremo, dando lugar a un cambio en la media poblacional con el tiempo, que será más lento si se trata de un carácter poligénico. En los ecosistemas

ocurre cuando se selecciona un extremo a favor o en contra como consecuencia de cambios ambientales. La selección estabilizadora tiende a favorecer los fenotipos intermedios en contra de los tipos extremos, provocando un cambio en la varianza sin afectar significativamente a la media. La selección disruptiva actúa contra los tipos intermedios y favorece los dos extremos. Esto dará lugar a una población bimodal para un determinado carácter. En cuanto a los elementos del árbol evolutivo, éstos son las líneas que representan cada especie, cada bifurcación de la línea representa un caso de especiación, si las líneas no llegan a la parte superior del árbol se trata de especies extintas, mientras que las que sí llegan son las especies existentes en la actualidad. El cambio fenotípico se representa mediante la pendiente de cada línea, una pendiente pronunciada indica cambio fenotípico lento, mientras que una pendiente más horizontal indica cambio fenotípico rápido. 5.- Plantea un experimento que ponga de manifiesto que dos formas de una misma especie en un ecosistema están o no genéticamente fijadas.

Cuestiones tipo test 1. Los alelos asociados con menores eficacias en los ecosistemas aumentan de generación en generación. FALSO 2. El reduccionismo, como objeción a la teoría sintética de la evolución, expresa que no se puede reducir el papel de la selección a la dinámica génica. VERDADERO 3. Un sistema en criticalidad autoorganizada muestra siempre una respuesta pequeña ante una misma perturbación. FALSO 4. En el límite del caos, algunas perturbaciones provocan pequeñas cascadas y otras avalanchas de cambio, distribuidas de forma exponencial. VERDADERO 5. La palabra exaptación implica que el ajuste de los organismos al cambio es un producto del pasado. VERDADERO 6. Un polimorfismo estable en un hábitat heterogéneo no puede mantenerse. FALSO

TEMA 5 Respuestas de los organismos a factores ambientales. La distribución de los organismos como respuesta a condiciones y recursos. El nicho ecológico.

Preguntas de desarrollo 1.- Tipos de migraciones y ejemplos. Existen tres tipos principales de migraciones: la conocida como de regreso múltiple, denominada así porque tiene lugar varias veces en la vida del animal, por ejemplo, la migración diurna de los murciélagos, entre las áreas de alimentación y las áreas de descanso; o la migración anual de las ballenas desde los mares antárticos a los tropicales. La migración de regreso único se da en especies que realizan un viaje de ida y vuelta una sola vez en su vida, por ejemplo, el salmón del Pacífico, que nace en los ríos, vive en estado adulto en el Pacífico y regresa al río para desovar antes de morir. Por último, la migración de un solo viaje, en la que el animal se desplaza al lugar de destino y nunca vuelve al lugar de donde partió, este tipo de migración lo llevan a cabo algunas especies de mariposas que se desplazan entre Europa septentrional y meridional. 2.- Concepto de nicho de Hutchinson. Nicho fundamental y nicho realizado. Hutchinson define el nicho ecológico como un hipervolumen de n-dimensiones en un sistema de coordenadas multiespacial, donde cada dimensión es un factor ambiental que afecta al organismo. El nicho fundamental se define como la gama potencial completa de factores físicos, químicos y biológicos que puede utilizar una especie, si no ti...