Trabajo de investigación sobre la Dinamica de los ecosistemas PDF

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Trabajo de investigación sobre la Dinámica de los ecosistemas...

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Ecosistemas y su dinámica Una gran parte de las relaciones que los seres vivos establecen con su medio ambiente, tiene como finalidad obtener la Materia y la Energía que necesitan para sobrevivir. Estas relaciones se denominan alimentarias o tróficas. Otros las conocemos como Cadenas Alimenticias. Una cadena alimenticia es el camino que une una especie con otra dentro de una comunidad. A través de la cadena la energía y los nutrientes son llevados de una especie a otra. Las cadenas alimenticias inician con los productores primarios, es decir aquellos quienes pueden producir su propio alimento; son las plantas quienes a través de la fotosíntesis obtienen todo lo que necesitan para alimentarse. A los productores primarios le siguen en el nivel trófico los consumidores; es decir aquellos que no pueden producir su propio alimento y por tanto necesitan alimentarse de otros. Dentro de los consumidores existen los primarios (por ejemplo, los herbívoros; aquellos que se alimentan de plantas), secundarios (por ejemplo, los carnívoros; aquellos que comen carne de animales herbívoros), terciarios, etc. reflejando su nivel o posición en el nivel trófico. El final de la cadena o red alimenticia puede considerarse cuando un animal o planta muere, sus restos quedan en el suelo en donde son descompuestos por otros animales, insectos o bacterias quienes incorporan nuevamente energía y nutrientes al sistema. En el desierto se tiene que usar la menor energía posible para poder sobrevivir; es decir que cada planta y animal tiene que saber cómo encontrar agua y comida lo más rápido posible y después saber cómo almacenarlas y transformarlas en energía para crecer y reproducirse.

Componentes Bióticos de un ecosistema Los componentes abióticos de un ecosistema son los componentes no vivientes. Los componentes bióticos son seres vivos que pueden ser categorizados de acuerdo con su fuente de alimento. Algunos seres vivientes son Autótrofos y otros Heterótrofos.

Autotrofos Son los seres que necesitan la luz para fabricar su propio alimento, son los vegetales o plantas, ya que absorben la energía solar para transformarla en energía química. Necesitan CO2, H2O, Clorofila (Pigmento de color verde que contienen todos los vegetales) y Energía Solar. procede del griego y significa "procesa su alimento por sí mismo". Es la capacidad de ciertos organismos de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. Los seres vivos como las plantas, las algas y ciertas bacterias (cianobacterias) que elaboran su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas y una fuente de energía que suele ser la luz. Estos seres son llamados fotosintetizadores.

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Los seres autótrofos son organismos capaces de sintetizar sus metabolitos esenciales a partir de sustancias inorgánicas. El término autótrofo procede del griego y significa que se alimenta por sí mismo. Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolitoautotróficos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitoautotróficos. Estos además son una parte esencial en la cadena alimenticia, ya que absorben la energía solar o de fuentes inorgánicas y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos llamados heterótrofos que los utilizan como alimento. Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protistas, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas.

Heterotrofos Los organismos heterótrofos, por lo tanto, son aquellos que se nutren de otros organismos para obtener la materia orgánica ya sintetizada porque no cuentan con un sistema de producción de alimentos independiente. Esto quiere decir que la obtención de energía, nitrógeno y carbono la logran a partir de alimentarse de otros seres vivos. Todos los animales y los hongos forman parte del conjunto de los organismos heterótrofos. Esta característica de su nutrición hace que los heterótrofos dependan siempre de otro ser vivo para su subsistencia, ya que obtienen su energía a partir de una fuente exterior de materia orgánica. La mayoría de los organismos heterótrofos son quimiorganotrofos y usan la energía que extraen de manera directa de las sustancias orgánicas. Unos pocos organismos heterótrofos forman parte del subconjunto de los fotoorganotrofos, que consiguen fijar la energía procedente de la luz.

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Si el organismo, en cambio, está en condiciones de generar su alimento mediante una sustancia inorgánica, se lo califica como autótrofo. Un ejemplo de organismo autótrofo son las plantas, que producen la energía que necesitan al estar en contacto con la luz y combinando ésta con el dióxido de carbono del aire y los minerales del suelo son capaces de producir su propia energia. Muchos organismos heterótrofos (como una vaca) se alimentan de organismos autótrofos (la alfalfa). No obstante, muchas veces puede ocurrir que un organismo heterótrofo (como un león) se alimente de otro organismo de iguales características (como una cebra).

Flujos de Energía El flujo de la energía es importante para entender cómo los elementos del entorno natural interactúan unos con otros. La energía puede ser definida como la capacidad de trabajo o llevar a cabo cambios en el movimiento o estado de la materia. Hay muchos tipos diferentes de energía: la energía solar, la energía magnética, la energía del sonido, la energía elástica, etc. Cuando usted está pensando en cada tipo de energía, trate de visualizar cómo el movimiento se crea por esta forma de energía. La comprensión de la energía le ayudará a entender cómo los distintos procesos se llevan a cabo en el entorno natural. Básicamente, cualquier trabajo que se realiza en el medio natural (cualquier movimiento de la materia) está vinculada a la energía. Ya se trate de las fuerzas de la energía del viento que susurran de las hojas de un árbol o el consumo de la energía solar por las plantas, la energía está presente en todas partes. Una forma útil de ver la energía en el ambiente natural es mirar en términos de flujos de energía. Podemos ver cómo fluye la energía entre objetos diferentes, y cómo diferentes objetos / organismos están relacionados con una fuente de energía inicial. Para explicar mejor este concepto, echemos un vistazo a la cadena alimentaria. Si pudiéramos ver como los organismos en un ecosistema son capaces de llevar a cabo su trabajo, veríamos que la comida sirve como una fuente importante de energía. Sin comida, un organismo en el medio natural no sería capaz de funcionar. Por ejemplo, si usted piensa en sí mismo, no puede funcionar correctamente (o trabajo) sin una alimentación adecuada. La comida sirve como una fuente de energía que el cuerpo usa para alimentar sus músculos. Sin la fuente regular de energía de los alimentos que en su cuerpo se descomponen será cada vez más difícil completar las tareas diarias. Pero si fuéramos a ver cómo la energía se distribuyen los alimentos en el entorno natural, que lo enlace a una fuente inicial de energía: la energía solar. La energía solar es el calor y la energía de la luz irradiada por el sol.

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A través de la fotosíntesis, las plantas y los árboles son capaces de utilizar la energía solar y CO2 para llevar a cabo sus actividades y crecer. Con una entrada constante de energía solar, son capaces de crecer o aumentar la biomasa, que se convierte en una fuente de energía para los herbívoros. Los herbívoros son animales que consumen plantas de energía para llevar a cabo sus actividades y aumentar la masa. Eventualmente, los herbívoros se conviertan en una fuente de energía para los carnívoros (animales que se alimentan de otros animales) que se convierten en una fuente de energía para otros carnívoros o humanos. Esta relación entre las plantas y otras especies de un ecosistema se llama la cadena alimentaria. Como puede ver, la cadena alimentaria se compone de los flujos de energía, a partir de la entrada de la energía solar y terminando con la creación de los alimentos. Sin embargo, el total de energía pasó de un organismo a otro es sólo el 10% del organismo anterior. Por lo tanto, a medida que avanza en la cadena alimentaria, hay una menor oferta de energía disponible. En consecuencia, los animales hacia la parte superior de la cadena alimentaria requieren una mayor cantidad de alimentos para satisfacer sus necesidades energéticas. Aunque existen numerosos ejemplos de flujo de energía en el medio natural, en la cadena alimentaria es particularmente instructivo, ya que revela cómo la energía solar es la base de toda la vida en un ecosistema, ya que las transferencias de un organismo a otro a través del proceso de los consumos de alimentos.

Niveles Tróficos Las relaciones alimentarias que se establecen entre los diferentes tipos de organismos que están presentes en la biocenosis, reciben el nombre de cadenas tróficas. En ellas, convergen los flujos de materia y energía. Las plantas, que corresponden a los principales organismos productores, elaboran su propio alimento a partir de elementos no vivos, tales como, agua, sales minerales, luz y gases de la atmósfera, como dióxido de carbono; por lo tanto, son la base de la cadena trófica. Luego, siguen los organismos herbívoros, que son aquellos que se alimentan de plantas, y reciben el nombre de consumidor primario, y luego lo organismos carnívoros, que se alimenta de herbívoros, y por lo tanto corresponden a consumidores secundarios. También, es posible encontrar organismos carnívoros, que se alimentan de otros carnívoros, y son consumidores terciarios. Finalmente, todos los organismos son degradados o vueltos a transforma en materia inorgánica por hongos y bacterias, que reciben el nombre de descomponedores.

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Para establecer relaciones alimentarias entre los distintos niveles tróficos, se utilizan las cadenas tróficas. Las cadenas tróficas se establecen entre los seres vivos presentes en un ecosistema, y se representan mediante esquemas. En ellas, se muestra el proceso de transferencia de materia y energía a través de una serie de organismos, en el que cada uno se alimenta del anterior y es alimento del siguiente. Normalmente, un consumidor se alimenta de más de una especie del nivel inferior y sirve de alimento a varias especies del nivel superior. Entre las distintas cadenas tróficas se establecen varias conexiones, por eso, para explicar gráficamente ese complejo sistema de relaciones, se establecen redes tróficas. Cada nivel de la cadena trófica se denomina eslabón. Cada eslabón obtiene la energía necesaria para la vida del nivel inmediato anterior; y el productor la obtiene del Sol. Por lo tanto, la energía fluye a través de la cadena. Durante el flujo de energía se produce una gran pérdida de ella en cada traspaso de un eslabón a otro, por lo cual un nivel de consumidor alto recibirá menos energía que uno bajo. Es por esta razón, que la longitud de una cadena trófica no va más allá de un consumidor terciario o cuaternario. Cuando un eslabón desaparece, también desaparecen los eslabones siguientes, pues, se quedan sin alimento. Además, se superpuebla el nivel inmediato anterior, pues, ya no existe su predador. También se desequilibran los niveles más bajos.

Pirámides ecológicas Las pirámides ecológicas son una representación gráfica del número, biomasa y contenido energético en los niveles tróficos de un ecosistema. Cada nivel trófico está representado por una capa o segmento en la pirámide, en cuya base se ubican los productores, luego los herbívoros y finalmente los carnívoros. La transferencia neta de energía entre los niveles tróficos tiene una eficiencia aproximada de 10%, transferencia poco eficiente que se le llama “ley del 10%”. Esto significa que la energía almacenada en los consumidores primarios; los herbívoros, corresponde sólo al 10% de la energía almacenada en los productores. En otras palabras, por cada 100 calorías de energía solar captadas por el pasto, sólo 10 calorías se convierten en biomasa de herbívoros y sólo 1 de los carnívoros. La pirámide de energía muestra la cantidad máxima de energía en su base y que va disminuyendo siguiendo la ley del 10% en los niveles superiores. Esto ocurre

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porque gran parte de la energía se invierte en metabolismo de los organismos de cada nivel y se mide como calorías invertidas en la respiración. Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos determinan la estructura de un ecosistema en función a la cantidad de organismos y la cantidad de biomasa presente lo cual también puede ser mostrado en pirámides. La pirámide de biomasa sirve para explicar la magnificación biológica o la concentración en la cadena de alimentos de sustancias que una vez liberadas al ambiente, los organismos de niveles tróficos inferiores incorporan, pero que no metabolizan y que, por el contrario, se acumula en su tejido graso, cuando esos individuos sean consumidos por los del nivel trófico superior, esta sustancia pasará a formar parte de sus cuerpos, pero la determinada cantidad de sustancia ahora estará distribuida en una menor cantidad de biomasa total, estando más concentrada y pudiendo causar daño.

Ciclos Biogeoquímicos La materia circula desde los seres vivos hacia el ambiente abiótico, y viceversa. Esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos, que son los movimientos de agua, de carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otros elementos que en forma permanente se conectan con los componentes bióticos y abióticos de la Tierra. Las sustancias utilizadas por los seres vivos no se "pierden" aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo período. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos. Nuestro planeta actúa como un sistema cerrado donde la cantidad de materia existente permanece constante, pero sufre permanentes cambios en su estado químico dando lugar a la producción de compuestos simples y complejos. Es por ello que los ciclos de los elementos químicos gobiernan la vida sobre la Tierra, partiendo desde un estado elemental para formar componentes inorgánicos, luego orgánicos y regresar a su estado elemental. En las cadenas alimentarias, los productores utilizan la materia inorgánica y la convierten en orgánica, que será la fuente alimenticia para todos los consumidores. La importancia de los descomponedores radica en la conversión que hacen de la materia orgánica en inorgánica, actuando sobre los restos depositados en la tierra y las aguas. Esos compuestos inorgánicos quedan a disposición de los distintos productores que inician nuevamente el ciclo. Los ciclos biogeoquímicos más importantes corresponden al agua, oxígeno, carbono y nitrógeno. Gracias a estos ciclos es posible que los elementos principales (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) estén disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos.

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Ciclo del carbono El carbono es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, porque proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida contienen carbono. Se lo encuentra como dióxido de carbono en la atmósfera, en los océanos y en los combustibles fósiles almacenados bajo la superficie de la Tierra. El movimiento global del carbono entre el ambiente abiótico y los organismos se denomina ciclo del carbono. El CO2 se encuentra: en el océano y en el agua dulce como en la atmósfera (gas) como CO2 disuelto, 3 (carbonato), (bicarbonato),

CO2HCO3Ca CO3(rocas calizas)

CO2 (en un 0,03%)

El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera o disuelto en el agua. El carbono (del CO2) pasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono, grasas y proteínas, y el oxígeno es devuelto a la atmósfera o al agua mediante la respiración. Así, el carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de ese modo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono. Gran parte de éste carbono es liberado: • •

en forma de CO2 por la respiración, o como producto secundario del metabolismo,

pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros, que se alimentan de los herbívoros. En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por descomposición, y el carbono que es liberado en forma de CO2, es utilizado de nuevo por las plantas. En resumen, los pasos más importantes del ciclo del carbono son los siguientes: • • • •

El dióxido de carbono de la atmósfera es absorbido por las plantas y convertido en azúcar, por el proceso de fotosíntesis. Los animales comen plantas y al descomponer los azúcares dejan salir carbono a la atmósfera, los océanos o el suelo. Bacterias y hongos descomponen las plantas muertas y la materia animal, devolviendo carbono al medio ambiente. El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera. Esto sucede en ambos sentidos en la interacción entre el aire y el agua.

Combustibles fósiles: En algunos casos el carbono presente en las moléculas biológicas no regresa inmediatamente al ambiente abiótico, por ejemplo, el carbono presente en la madera de los árboles. O el que formó parte de los depósitos de hulla a partir de restos de árboles antiguos que quedaron sepultados en condiciones anaerobias antes de descomponerse. Hulla, petróleo y gas natural son llamados combustibles fósiles porque se formaron a partir de restos de organismos antiguos y contienen grandes cantidades de compuestos carbonados como resultado de la fotosíntesis ocurrida hace millones de años.

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Efecto invernadero: A través de las actividades humanas se liberan grandes cantidades de carbono a la atmósfera a un ritmo mayor de aquel con que los productores y el océano pueden absorberlo, éstas actividades han perturbado el presupuesto global del carbono, aumentando, en forma lenta pero continua el CO2 en la atmósfera; propiciando cambios en el clima con consecuencias en el ascenso en el nivel del mar, cambios en las precipitaciones, desaparición de bosques , extinción de organismos y problemas para la agricultura. Gases como el CO2, ozono superficial (O3)4, óxido nitroso (N2O) y clorofluoralcanos se acumulan en la atmósfera como resultado de las actividades humanas, derivando en un aumento del calentamiento global, esto ocurre porque los gases acumulados frenan la pérdida de radiación infrarroja (calor) desde la atmósfera al espacio. Una parte del calor es transferida a los océanos, aumentando la temperatura de los mismos, lo que implica un aumento de la temperatura global del planeta. Como el CO2 y otros gases capturan la radiación solar de manera semejante al vidrio de un invernadero, el calentamiento global producido de este modo se conoce como efecto invernadero.

Ciclo del nitrógeno La atmósfera es el principal reservorio de nitrógeno, donde constituye hasta un 78 % de los gases. Sin embargo, como la mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para elaborar aminoácidos y otros compuestos nitrogenados, dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la gran cantidad de nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo constituye un factor limitante para el crecimiento de los vegetales. El proceso a través del cual circula nitrógeno a través del mundo orgánico y el mundo físico se denomina ciclo del nitrógeno. Este ciclo consta de las siguientes etapas: 1. Fijación del...