A continuación tenéis los contenidos de la unidad didáctica sobre la que trata principalmente este entorno personal de aprendizaje, aunque también se tratarán temas transversales, muy relacionados con la misma, y que son de gran interés para ayudar a adquirir la competencia en el conocimiento e interacción con el mundo físico.
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BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA
4º ESO
Bloque 4: La dinámica de los ecosistemas
Análisis de las interacciones existentes en el ecosistema: las relaciones tróficas. Ciclo de materia y flujo de energía. Identificación de cadenas y redes tróficas en ecosistemas terrestres y acuáticos. Ciclos biogeoquímicos.ECOSISTEMA
La ecología es la ciencia que busca regularidades en la aparente complejidad de la naturaleza. Esta ciencia describe la naturaleza en términos de materia, energía y organización. El nivel de estudio de la ecología es el ecosistema, una entidad que engloba la diversidad de organismos que habitan en el seno de un ambiente físico.
El ecosistema es una unidad funcional formada por la comunidad de seres vivos de igual o distinta especie que interactúan entre sí y con los factores fisico-químicos del medio en que habitan.
Entre todos los componentes del ecosistema se establece una relación de interdependencia dinámica, que es cambiante y le hace capaz de responder a los cambios ambientales que pueden producirse sobre el ecosistema. El tamaño del ecosistema es variable, puede ser el océano, una charca, un bosque tropical o un simple árbol caído en el bosque.
FACTORES LIMITANTES DEL MEDIO
Todas las especies del planeta se desarrollan y se reproducen dentro de unos valores físico-químicos del medio, denominados intervalo de tolerancia. Los márgenes del intervalo representan los límites de tolerancia, mas allá de los cuales la especie ya no puede sobrevivir. Entre esos límites hay unos valores óptimos para el crecimiento de la especie. A medida que la especie se aleja de esos valores, su supervivencia se hace más difícil, hasta llegar a ser imposible. El factor ambiental que impide, por exceso o por carencia, la presencia de un organismo en un determinado lugar se denomina factor limitante.
Área de distribución de las especies
Los factores limitantes determinan el área de distribución de las especies. Los principales factores limitantes son la disponibilidad de agua, la luminosidad, los nutrientes y la temperatura. El periodo de reproducción suele ser un momento crítico en que los factores ambientales pueden actuar como limitantes.
Para expresar el grado de tolerancia de las especies a un determinado factor se emplean los prefijos euri, que indica un amplio margen de tolerancia a un factor ambiental, y esteno, un estrecho margen de tolerancia.
Los organismos euri cuentan con más posibilidades de tener áreas de distribución amplias, mientras que las especies esteno están muy localizadas y suelen ser una forma de especialización a un medio concreto.
Las adaptaciones de los seres vivos al entorno
Las adaptaciones son las respuestas morfológicas o de comportamiento de los organismos para aprovechar las condiciones más favorables del medio.
Adaptaciones relacionadas con la temperatura
La vida puede existir solo dentro de unos márgenes de temperatura, entre 0 °C y 50 °C; ya que cuando esta es muy baja, no pueden darse las reacciones biológicas del organismo, y cuando es alta destruye las moléculas que son esenciales para la vida.
Los animales buscan ambientes con temperaturas adecuadas o bien crean ambientes internos adecuados. El mantenimiento de una temperatura constante depende del equilibrio entre la ganancia y la pérdida de calor. Según la fuente generadora de calor, que puede ser externa o encontrarse dentro del organismo, los animales pueden ser:
• Ectotermos: reciben el calor del exterior, por lo que su actividad vital depende de los cambios de temperatura del ambiente. La mayoría de los ectotermos acuáticos no pueden regular su temperatura y mantienen una temperatura corporal igual a la temperatura del medio acuoso externo; en ese caso, se los considera poiquilotermos. Los ectotermos terrestres, como los reptiles, regulan su temperatura corporal controlando la cantidad de calor que captan del exterior o reduciendo su actividad en vida latente, hasta la estación cálida.
• Endotermos: generan calor interno mediante la oxidación de moléculas, lo que les permite la regulación precisa de la temperatura corporal a pesar de las fluctuaciones de la temperatura del ambiente, por lo que las condiciones climáticas modifican poco su actividad. Esa es la razón por la que son buenos homeotermos.
Adaptaciones relacionadas con la luminosidad
La luz proporciona la energía que utilizan las plantas para la fotosíntesis. Los animales dependen del alimento producido por las plantas en este proceso, por lo que la luz no solo es un factor vital sino también un factor limitante. El fotoperiodo o número de horas de luz al día, influye en la actividad vital y en el comportamiento de los organismos. Determina el inicio de la migración o la época de celo en los animales y la floración en los vegetales. Los animales diurnos, nocturnos o crepusculares presentan diferentes estrategias adaptativas. Así, las aves y mamíferos de vida nocturna tienen ojos capaces de diferenciar nítidamente las formas de los objetos pero no los colores, mientras que en los de vida diurna ocurre lo contrario.
En el mar, la luz disminuye con la profundidad, de modo que pueden diferenciarse las siguientes zonas en función de la iluminación:
• Zona fótica. Es la zona iluminada que llega hasta los 200 m de profundidad, y en ella viven los organismos marinos. En toda esta zona hay luz, pero a partir de los 100 m de profundidad la luz es ya muy escasa y no es suficiente para que las algas y otros seres vivos realicen la fotosíntesis.
• Zona oligofótica. Entre 100 y 500 m de profundidad, la luz es muy escasa.
• Zona afótica. Se encuentra por debajo de los 500 m, hay oscuridad total y únicamente contiene organismos heterótrofos.
Adaptaciones relacionadas con la humedad
El agua es una necesidad fisiológica para todos los seres vivos y, por tanto, un factor que limita la vida en el medio terrestre. En las regiones áridas, la estrategia adaptativa de los organismos consiste en asimilar toda el agua posible cuando llueve y no perderla por transpiración. Las plantas adquieren el agua mediante largas raíces que llegan hasta los acuíferos profundos o reteniendo las gotas del rocío entre los pelos rígidos de las hojas. Disminuyen la transpiración cubriendo sus tallos y hojas con una gruesa capa de cera o reduciendo sus hojas a espinas. Los animales evitan la deshidratación mediante tegumentos más o menos gruesos que impiden la pérdida de agua, se vuelven nocturnos y permanecen escondidos o enterrados durante el día. En las regiones húmedas, la estrategia consiste en desarrollar mecanismos que eliminen el exceso de agua. Las plantas eliminan el exceso de agua a través de los finos pelos y tegumentos de las hojas donde la transpiración es muy activa.
La circulación de materia y energía en el ecosistema
La vida está organizada sobre un progreso de cambios de materia en los que la energía se transfiere, se degrada y no es recuperable. La energía que es usada directamente en las actividades vitales, llega al planeta en forma de radiaciones luminosas procedentes del Sol. Por medio de la fotosíntesis, entra en los organismos autótrofos y se transforma en energía química que se transfiere y circula, a través de los organismos heterótrofos, asociada a los compuestos químicos de los alimentos que ingieren.
En cada transferencia de energía hay una degradación de esta a calor, que se disipa y agrega al ambiente y no se puede recuperar. La energía fluye por el ecosistema en un flujo abierto. La materia orgánica que elaboran los organismos autótrofos pasa a los herbívoros y de estos a los carnívoros y a los detrívoros (descomponedores y transformadores), que la devuelven al medio degradada y mineralizada en moléculas inorgánicas para ser reutilizada de nuevo por las plantas. La materia circula dentro del ecosistema siguiendo un ciclo cerrado. En el ecosistema, la circulación del flujo abierto de la energía impulsa el ciclo cerrado de la materia. Por tanto, la vida en la Tierra depende en gran medida de dos procesos: el flujo de energía y el reciclado de materia.
Reciclado de la materia: los ciclos biogeoquímicos
Los ciclos biogeoquímicos expresan los caminos por los que circulan los nutrientes desde el ambiente no vivo (atmósfera, hidrosfera o corteza terrestre) hasta los organismos vivos, y de vuelta al ambiente no vivo. Un elemento químico, que en un momento concreto forma parte de un ser vivo, en otro momento es un constituyente del medio en el que vive el organismo. Estos ciclos, que están activados directa o indirectamente por la energía que proviene del Sol, son, entre otros, los del carbono y del nitrógeno.
Ciclo del carbono
El carbono forma parte de las moléculas que constituyen los seres vivos. Los vegetales absorben CO2 de la atmósfera o del agua, y mediante la fotosíntesis lo convierten en moléculas orgánicas, como la glucosa. El CO2 fijado por los seres autótrofos pasa a los organismos heterótrofos y a los descomponedores a través de su alimentación, y regresa al agua o a la atmósfera por medio de su respiración. Parte del carbono es retenido en la Tierra, durante largos periodos de tiempo, en los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) hasta ser liberado a la atmósfera como CO2 , cuando estos combustibles son extraídos y quemados.
Ciclo del nitrógeno
El nitrógeno está presente en la atmósfera, como moléculas de N2 , pero en esta forma solo puede ser aprovechado por ciertas bacterias (del género Clostridium, Rhizobium y Azotobacter) y algunas
cianofíceas (Anabaena y Nostoc), ya que estos microorganismos son capaces de fijar el N2 atmosférico y transformarlo en amoníaco, NH3. El NH3 es transformado en nitratos (NO3-) por la acción quimiosintética de las bacterias nitrificantes, y así puede ser utilizado por las plantas para formar los compuestos nitrogenados, proteínas y ácidos nucleicos. El nitrógeno regresa al suelo, en forma de amoníaco, con los productos de desecho de organismos vivos y de los cadáveres. En el suelo, de nuevo es transformado por las bacterias quimiosintéticas en nitratos, que son reutilizados por los seres autótrofos o incorporados a la atmósfera por las bacterias desnitrificantes que los transforman en N2
Los niveles tróficos del ecosistema
Todos los organismos de un ecosistema, muertos o vivos, son fuente potencial de alimento para otros. La transferencia de energía alimenticia a través de una serie de organismos, en el que cada uno se alimenta del precedente y es alimento del siguiente, se denomina cadena trófica. A cada organismo de la cadena se le asigna un nivel trófico o de alimentación dependiendo de lo que produce, come o descompone.
La cadena trófica se compone de los siguientes niveles tróficos:
• Productores. Primer nivel. Son los organismos autótrofos fotosintéticos, que utilizan la energía solar para sintetizar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas que toman del aire y del suelo. Son las cianobacterias, el fitoplancton y las plantas.
• Consumidores primarios. Segundo nivel. Seres que se alimentan de los productores primarios. Son los herbívoros.
• Consumidores secundarios. Tercer nivel. Son los organismos carnívoros que se alimentan de los consumidores primarios.
• Consumidores terciarios. Son los animales que se alimentan de los consumidores secundarios. Los consumidores secundarios y terciarios son los animales que cazan sus presas o bien son parásitos que sin matar a su hospedador se alimentan de él.
• Descomponedores y transformadores. Son los organismos que llevan a cabo el reciclaje de la materia, al descomponer la materia orgánica de los organismos muertos de cada nivel transformándola
en materia inorgánica que será utilizada nuevamente por los organismos autótrofos. Los descomponedores, bacterias y hongos, se alimentan de cadáveres, excrementos y residuos que transforman en compuestos inorgánicos; los transformadores, bacterias quimiosintéticas, obtienen la energía oxidando las moléculas inorgánicas que resultan de la actividad de los descomponedores.
Cadenas alimentarias
Las cadenas alimentarias describen de modo sencillo las relaciones tróficas (de alimentación) entre las distintas especies que forman un ecosistema y reflejan el sentido del flujo de materia y energía que atraviesa el ecosistema. En la mayoría de los ecosistemas es posible distinguir dos tipos de cadenas:
• Cadena de herbívoros: formada por productores (cianobacterias, fitoplancton, vegetales), consumidores primarios (herbívoros) y consumidores secundarios (carnívoros).
• Cadena saprofítica o de detritus: compuesta por descomponedores (seres que se nutren de materia orgánica muerta, cadáveres, excrementos) y transformadores (bacterias que oxidan las moléculas inorgánicas resultantes de la actividad de los descomponedores).
Rendimiento energético en el ecosistema
La acción recíproca entre los individuos de cada nivel trófico se traduce en una estructura trófica definida y característica de cada ecosistema que se puede expresar, en forma gráfica, mediante pirámides ecológicas que sitúan en la base el nivel de los productores. Los niveles sucesivos (consumidores primarios, secundarios, etc.) son los demás escalones hasta el ápice. Cada población pierde en su respiración una fracción importante de la energía que recibe, de forma que la energía que fluye por un nivel trófico es la décima parte de la que fluye por el nivel precedente. Esto quiere decir que la energía que atraviesa un ecosistema se divide por diez en cada paso de nivel trófico, o lo que es lo mismo, en cada paso de nivel trófico se pierde cerca del 90% de la energía utilizable. Por esta condición del flujo de energía, la longitud de una cadena alimentaria no va más allá de cinco eslabones.
Para caracterizar cada nivel trófico se utiliza la biomasa expresada en gramos de materia viva por unidad de superficie o volumen. La producción de cada nivel trófico expresa el aumento de biomasa por unidad
de superficie o volumen y unidad de tiempo (g/m2 /año). La productividad se utiliza para expresar la relación entre producción y biomasa y mide la cantidad de energía producida en un ecosistema, nivel trófico
o población en un momento dado. La importancia de cada nivel trófico en el ecosistema puede evaluarse en términos de biomasa, número de individuos o productividad. Estos valores pueden expresarse en forma de pirámides ecológicas.
Biodiversidad en los ecosistemas
Biodiversidad significa riqueza de especies. Refleja el número de especies diferentes que viven en los ecosistemas. La biodiversidad se manifiesta en distintas escalas de la vida, la diversidad genética, la variedad de especies y la cantidad de individuos por especie, así como la complejidad interna de los ecosistemas y la diversidad de los ecosistemas.Desde hace 600 millones de años, el número de especies ha ido aumentando en nuestro planeta, aunque no de forma constante sino intercalado con masivas desapariciones de especies en cortos periodos de tiempo. En la actualidad hay descritas cerca del millón y medio de especies, aunque se estima que podrían llegar hasta los 100 millones.
El ser humano, con sus acciones, ejerce una gran influencia sobre los ecosistemas al provocar desajustes en sus componentes abióticos o bióticos, que le hacen perder su capacidad de autorregulación y su estabilidad.
La biodiversidad se pierde al alterar, fragmentar o destruir hábitats, por medio de la agricultura, la industria, el urbanismo o la contaminación; por sobreexplotación de especies a causa de la caza, el coleccionismo, el
sobrepastoreo, la sobrepesca o el comercio de especies protegidas; o al introducir especies procedentes de otros ecosistemas que desplazan o depredan a las especies autóctonas.
La biodiversidad es una de las mayores riquezas que posee el planeta. Influye en la composición atmosférica y la estabilidad del clima, en la circulación de elementos químicos, en la formación de suelos y es una fuente de recursos energéticos, alimenticios y de materias primas para la industria farmacéutica y química. La variedad de ecosistemas en el planeta y la diversidad de genes han posibilitado y posibilitarán la evolución de las especies. Cuanto mayor es el número de interacciones que se establecen en los ecosistemas, es decir, cuanto mayor es su diversidad, más estables permanecen en el tiempo. Por ese motivo la conservación de la diversidad biológica se ha convertido en una preocupación global.
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