MATERIAL EXTRA PARA CLASE...
INTRODUCCIÓN
La palabra ecología es de acuñación reciente y fue
propuesta por vez primera por el biólogo alemán Ernst Haeckel en 1869. Deriva
del vocablo griego oikos que significa casa. En sentido literal ecología es la
ciencia o el estudio de los organismos en su casa, esto es, en su medio.
Ecología se define como el estudio de las relaciones de los organismos o grupos
de organismos entre sí y con su medio. Le
ecología se ocupa especialmente de la biología de grupos y de procesos funcionales en la tierra, en los
mares y en el agua dulce.
En ecología el término población incluye grupos de
individuos de cualquier clase de organismos. En forma análoga, el término
comunidad incluye en el sentido ecológico todas las poblaciones que habitan en
un área determinada. La comunidad y el ambiente inerte funcionan juntos cual un
sistema ecológico o un ecosistema. Biocenosis o biogeocenosis, son equivalentes
de modo general a comunidad y ecosistema respectivamente. El sistema biológico
mayor y más aproximadamente autosuficiente que conocemos se designa a menudo
como biosfera o ecosfera, que incluye
todos los organismos vivos de la tierra que actúa recíprocamente con el medio
físico como un todo, de modo que se mantenga un sistema de estado fijo
intermedio en el flujo de energía entre la alta contribución de energía del Sol
y el sumidero térmico del espacio.
Desde el punto de vista de la interdependencia, de
las relaciones recíprocas y de la supervivencia, en organismo individual no
puede sobrevivir por mucho tiempo sin su población, del mismo modo que tampoco
el mundo del órgano podría subsistir por mucho tiempo sin su organismo. Y en
forma análoga, en la comunidad no puede existir sin la circulación de
materiales y la corriente de energía del ecosistema.
En un
ecosistema cada nivel presenta características únicas, cuyo
estudio ayuda al conocimiento de los otros niveles, pero no explican
nunca por completo, lo que ocurre en ellos. Es decir, que cada nivel posee
características que el conocimiento del nivel inmediatamente inferior sólo
explica en parte.
En otros términos, no todos los atributos de un
nivel superior se dejan predecir si conocemos solamente las propiedades del
nivel inferior. Por ejemplo, las propiedades del agua no se dejan predecir si
sólo conocemos las propiedades del hidrógeno y del oxígeno. Así tampoco pueden
predecirse, a partir del conocimiento
de poblaciones aisladas, las
características de los ecosistemas. El principio de integración funcional que
comprende propiedades complementarias a medida que crece la complicación de la
estructura es uno de los principios particularmente importantes que deben
tenerse en cuenta en ecología.
MODELOS
El modelo es una formulación que imita un fenómeno
del mundo real y por medio del cual podemos efectuar predicciones. En su forma
más sencilla, los modelos pueden ser verbales o gráficos. Si las predicciones
cuantitativas han de ser razonablemente buenas, los modelos han de ser
estadísticos y matemáticos. Por ejemplo, la formulación matemática que reflejan
los cambios que tienen lugar en una población de insectos, y mediante la cual
pudieran predecirse cifras de la población en un momento determinado, se
consideraría como un modelo biológicamente útil.
No necesitamos en modo alguno una enorme cantidad
de información acerca de muchísimas variables para construir modelos
matemáticos reveladores de la dinámica de una población. No se supone que los
modelos sean copias exactas del mundo real, sino simplificaciones que revelen
los procesos claves necesarios para la predicción.
PRINCIPIOS BÁSICOS SOBRE ECOSISTEMAS
ECOSISTEMA
Los organismos vivos y su ambiente inerte están
inseparablemente ligados y actúan recíprocamente entre sí. Cualquier unidad que
incluya la totalidad de los organismos (es decir, la comunidad) de un área
determinada que actúan, en reciprocidad con el medio físico de modo que una
corriente de energía conduzca a una estructura trófica, una diversidad biótica
y a ciclos materiales (es decir, intercambios de materiales entre las partes
vivas y las inertes) claramente definidos dentro del sistema, es un sistema
ecológico o ecosistema.
Desde un punto de vista trófico, el ecosistema tiene
dos componentes:
- un componente autotrófico,
en el que predominan la fijación de energía de la luz solar, el empleo de
sustancias inorgánicas simples, y la construcción de sustancias complejas,
y
- un componente
heterotrófico, en el que predominan el empleo, la readaptación y la
descomposición de materiales complejos.
Desde un punto de vista descriptivo podemos
considerar los siguientes elementos:
Componentes Abióticos
-1- Sustancias inorgánicas, que intervienen
en los ciclos materiales
-2- Sustancias orgánicas, que enlazan lo
biótico y lo abiótico
-3- Régimen climático, como temperatura y
otros factores
Componentes Bióticos
-4- Productores, organismos autotróficos,
como plantas verdes
-5- Consumidores, (macroconsumidores)
organismos heterotróficos, como animales
-6- Desintegradores,
(microconsumidores, saprófitos) organismos heterotróficos como bacterias y
hongos, que desintegran los compuestos complejos, absorben algunos de los
productos de descomposición y liberan al medio sustancias simples susceptibles
de ser utilizadas por los productores.
Desde un punto de vista funcional
un ecosistema pueden analizarse apropiadamente en términos de:
1- Circuitos de energía
2- Cadenas de alimentos
3- Tipos de diversidad en tiempo y espacio
4- Ciclos nutricios (biogeoquímicos)
5- Desarrollo y evolución
6- Control (Cibernética)
El ecosistema es la unidad funcional básica,
porque incluye tanto organismos (comunidades bióticas) como un ambiente
abiótico, cada uno de los cuales influye sobre las propiedades del otro, siendo
necesarios ambos para la conservación de la vida.
El concepto de ecosistema es y debe ser vasto,
siendo su principal función en el pensamiento ecológico la de subrayar las
relaciones forzosas, la interdependencia y las relaciones causales, esto es, el
acoplamiento de componentes para formar unidades funcionales.
Ejemplos:
un estanque, un lago, un bosque, un cultivo de laboratorio.
El conjunto podrá considerarse como un ecosistema
si los componentes principales están presentes y operan juntos produciendo
alguna clase de estabilidad funcional.
Una de las características universales de todos
los ecosistemas, es la acción recíproca de los elementos autotróficos y
heterotróficos entre sí. Con mucha frecuencia estas funciones están
parcialmente separadas, por cuanto están
estratificadas una sobre otra, teniendo lugar el mayor metabolismo
autotrófico en las capas superiores donde se dispone de energía lumínica, y
ocurriendo el metabolismo heterotrófico más intenso en la parte inferior, en la
cual la materia orgánica se acumula en suelos y sedimentos. Por otra parte, las
funciones básicas están también parcialmente separadas en el tiempo, por cuanto
puede darse un plazo considerable en el empleo heterotrófico de los productos
de los organismos autotróficos.
Esta separación en espacio y tiempo conduce a una
clasificación conveniente de los circuitos de energía:
1- circuito
de pastoreo, se refiere al consumo directo de plantas vivas o parte de la
planta
2- circuito
de detritus orgánico, que comprende la acumulación y descomposición de
materiales muertos, es decir, de la materia orgánica en partículas que se
produce en la descomposición de organismos muertos.
Desde el punto de vista funcional, las partes
vivas y no vivas de los ecosistemas están tan entretejidas en la textura de la
naturaleza, que resulta difícil separarlas.
La mayoría de los elementos vitales y de los
compuestos orgánicos se encuentran ambos no sólo dentro y fuera de los
organismos vivos, sino que se hallan en un estado de flujo constante entre lo
vivo y lo no vivo.
Hay algunas sustancias que parecen ser exclusivas de
uno u otro estado. El ATP se encuentra en el interior de células vivas; en
tanto que las sustancias húmicas, que
son productos finales resistentes de la descomposición, no se encuentran nunca
en las células. Otros compuestos complejos, ADN y Clorofilas, se encuentran
ambos dentro y fuera de los organismos, pero se hacen no funcionales fuera de
la célula.
Pueden concebirse los tres componentes vivos
(productores, fagótrofos y saprótrofos) como los "tres reinos funcionales
de la naturaleza", puesto que se basan en el tipo de nutrición y la fuente
de energía utilizados. Estas categorías ecológicas no deben confundirse con los
reinos taxonómicos.
Conviene subrayar que la clasificación ecológica
es más bien una clasificación de función que de especies como tales. Algunas
especies de organismos ocupan posiciones intermedias, en tanto que otras son
capaces de modificar su modo de nutrición según las circunstancias ambientales.
CONTROL
BIOLÓGICO DEL MEDIO
Los organismos individuales no sólo se adaptan al
medio ambiente físico, sino que, por su acción concertada en los ecosistemas,
adaptan también el medio geoquímico a sus necesidades biológicas.
Si bien todo el mundo se da cuenta de que el medio
abiótico controla la actividad de los organismos, no siempre nos percatamos de
que los organismos influyen a su vez sobre el ambiente abiótico y lo controlan
de muchos modos. En efecto, tienen lugar cambios incesantes en la naturaleza
física y química de los materiales inertes por organismos que devuelven nuevos
compuestos y fuentes de energía al medio ambiente.
Sin duda, más que cualquier otra especie, el
hombre trata de modificar el medio ambiente físico para satisfacer sus
necesidades inmediatas, así desbarata y aún destruye cada vez más los
componentes bióticos que son necesarios para su existencia fisiológica. Puesto
que el hombre es un heterotrófo y un fagótrofo que prosperan mejor cerca del
extremo de cadenas complejas de alimentos, su dependencia con respecto al medio
subsiste, por mucho que sus técnicas se perfeccionen. Las grandes ciudades no
siguen siendo más que parásitos en la biósfera, si consideramos los recursos que acertadamente se han
designado como vitales, esto es, el
aire, el agua y los alimentos. Cuanto mayores son las ciudades tanto más le
piden al campo circundante, y tanto mayor es el peligro de que perjudique al
medio natural, su huésped.
LA PRODUCCIÓN Y LA DESCOMPOSICIÓN EN LA NATURALEZA
Cada año se producen en la Tierra, por organismos
fotosintéticos, aproximadamente unos cien mil millones de toneladas de materia
orgánica. Una cantidad aproximadamente equivalente se vuelven a oxidar en
dióxido de carbono y agua, durante el mismo intervalo, como resultado de la
actividad respiratoria de los organismos vivos. Pero el equilibrio no es
exacto.
Químicamente, el proceso fotosintético comprende
el almacenamiento de una parte de la energía de la luz solar como potencial en
energía química de los alimentos. Esto implica una reacción de oxidación y
reducción:
CO2 + 2H2A --- luz ---
(CH2O) + H2O + 2A
siendo la oxidación
2H2A ------
4H + 2A
y la reducción
4H + CO2 ------
(CH2O) + H2O
Para las
plantas verdes, en general la "A" es oxígeno; es agua que se
oxida con liberación de oxígeno gaseoso, y el dióxido de carbono es reducido a
hidratos de carbono, con liberación de agua.
En la fotosíntesis
bacteriana, por otra parte, el H2A (el reductor) no es agua sino una
combinación inorgánica de azufre, como ácido sulfhídrico (H2S) o un compuesto
orgánico. Por consiguiente, no se libera oxígeno en la fotosíntesis bacteriana.
Las
bacterias fotosintéticas juegan
un papel secundario en la producción de materia orgánica. Sin embargo, pueden
funcionar en condiciones desfavorables para el desarrollo general de las
plantas verdes y desempeñan un papel en el ciclo de ciertos minerales en
sedimentos acuáticos. Son anaerobios forzosos y se encuentran en la capa
limítrofe entre las zonas oxidativas y reducidas, en sedimentos, o en el agua
donde la luz es poco intensa.
En contraste, las
bacterias fotosintéticas no sulfurosas son por lo regular anaerobios
facultativos; pueden funcionar a sí mismo como heterótrofos en ausencia de luz,
al igual que muchas algas. Así pues, la fotosíntesis bacteriana puede ser útil
en el agua contaminada y eutroficadas, pero no constituye en un sustituto de la
fotosíntesis regular, generadora de oxígeno. Las bacterias quimiosintéticas, se consideran a menudo como
productores, pero lo cierto es que en términos de su función en los ecosistemas
son elementos intermedios entre lo autótrofos y los heterótrofos. Estas
bacterias obtienen su energía para la asimilación del dióxido de carbono en
componentes celulares no por fotosíntesis, sino mediante la oxidación química
de compuestos inorgánicas simples como, por ejemplo, la de amoníaco en nitrito, de nitrito en nitrato, de sulfuro en
azufre, y de hierro ferroso en férrico. Pueden desarrollarse en la oscuridad,
pero la mayoría requiere oxígeno.
Debido a su capacidad para funcionar en lugares
oscuros (sedimentos y suelos), las bacterias quimiosintéticas no sólo
desempeñan un papel en la recuperación de alimentos, sino que rescatan energía
que en otros casos se perdería.
Si consideramos la respiración en sentido amplio
como "toda oxidación biótica que produce energía" es importante
identificar los diversos tipos que existen, a saber:
1- Respiración
aeróbica: el oxígeno gaseoso es el receptor de hidrógeno (oxidante).
2- Respiración
anaeróbica: el oxígeno gaseoso no interviene. El electrón absorbente
(oxidante) es un compuesto distinto de lo oxígeno.
3- Fermentación:
también anaeróbica, pero un compuesto orgánico es aquí el electrón aceptor
(oxidante).
El tipo 1, es el inverso de la fotosíntesis
regular. Es el medio por el cual todas las plantas y los animales superiores,
obtienen su energía para la subsistencia y para la formación de material
celular. La respiración completa produce dióxido de carbono, agua y material
celular, pero el proceso puede ser incompleto, dejando compuestos orgánicos que
contienen todavía energía susceptible de ser utilizadas posteriormente por
otros organismos.
En cuanto a la respiración sin oxígeno, está
restringida en gran parte a los saprófogos (bacterias, levaduras, mohos,
protozoos). Las bacterias del metano son buenos ejemplos de anaerobios
forzosos, que descomponen compuestos orgánicos con producción de metano (CH4),
mediante la reducción de carbono orgánico o de carbonato.
Las bacterias de respiración anaeróbica del tipo
2, reducen sulfato en gas sulfhídrico, que pueden subir de los sedimentos
profundos a los poco profundos, donde pueden actuar otros organismos, como las
bacterias fotosintéticas.
Las levaduras son ejemplos de fermentadores,
desempeñan un papel fundamental en la descomposición de residuos.
Muchas clases de bacterias son capaces de
respiración tanto aeróbica como anaeróbica; pero los productos finales de las
dos reacciones serán distintos, y la cantidad de energía liberada será mucho
menor en el caso de las condiciones anaeróbicas.
En resumen, aunque los saprófagos anaerobios son
componentes minoritarios en la comunidad, son importantes en el ecosistema
porque ellos solos son capaces de respirar en los lugares apartados y oscuros
sin oxígeno del sistema. Así rescatan energía y materiales para la mayoría de
los aerobios.
De modo tal que lo que podría parecer un método
ineficaz de respiración, resulta contribuir a la explotación eficaz de energía
y materiales en el ecosistema en su conjunto.
La sencilla clasificación en autótrofos,
fagótrofos, saprótrofos constituye un buen instrumento de trabajo para la descripción
de la estructura ecológica de una comunidad biótica, en tanto que los términos
"producción, consumo y descomposición" son útiles para describir
funciones generales. Toda vez que la especialización en la función propende a
traducirse en una mayor eficacia bajo las condiciones competitivas de la
naturaleza, los organismos evolutiva mente más avanzados parecen limitarse a un
ámbito más bien angosto de función, dejando la tarea de llenar las lagunas a
organismos menos especializados. La versatilidad metabólica de las bacterias,
los protozoos y las algas no tienen nada de sorprendente si recordamos que el
ATP se forma en la célula del mismo modo tanto en la fotosíntesis como en la
respiración, esto es, mediante transferencia de electrones de un reductor a un
oxidante a través de los citocromos. En la fotosíntesis, el reductor y el
oxidante se forman dentro de la célula a expensas de la energía lumínica, en
tanto que en la respiración éstos se obtienen ya listos del medio ambiente.
Los microorganismos sintetizan los elementos
orgánicos necesarios y proporcionan la sincronización perfecta del ecosistema,
puesto que pueden adaptarse rápidamente a condiciones cambiantes.
La relación entre la velocidad total de producción
y la velocidad de descomposición es la que reviste mayor importancia en la
biósfera en su conjunto. El juego recíproco de estas funciones opuestas
controla nuestra atmósfera y nuestra hidrósfera.
Actualmente el hombre toma más de lo que
restituye, poniendo en peligro el equilibrio vital que existe en la naturaleza.
La descomposición resulta de procesos tanto
abióticos como bióticos, como en el caso de los fuegos en praderas y en bosques
como factor limitativo y como factor desintegrador de detritus y que liberan
grandes cantidades de dióxido de carbono y otros gases a la atmósfera y de
minerales al suelo. Sin embargo son los microorganismos heterotrófico o
saprófogos los que en última instancia atacan los cuerpos muertos de plantas y
animales. Por consiguiente, la descomposición tiene lugar mediante
transformaciones de energía dentro de
los organismos y entre ellos.
No todas las partes de los cuerpos de plantas y
animales se desintegran a la misma velocidad. Los productos más resistentes a
la descomposición terminan formando las sustancias húmicas.
Pueden distinguirse tres etapas en la
descomposición:
1- la formación
de detritus por acción física y biológica
2- la producción
de humus y la liberación de elementos orgánicos solubles, por acción de los
saprófogos
3- la mineralización más lenta del humus. Muchos
elementos orgánicos forman compuestos complejos con alimentos minerales que
refuerzan la absorción por las plantas. Una de las formas es el proceso llamado
quelación, es decir, la formación
compleja con iones metálicos, que mantienen elementos en solución y no tóxicos,
en contraste con las sales de metal.
Muchos de los materiales tóxicos que el hombre
vierte al medio ambiente, como herbicidas, pesticidas y efluentes, causan
graves trastornos debido a su ritmo lento de degradación.
Además el hombre acelera la descomposición:
1- quemando materia orgánica almacenada en
combustibles fósiles
2- mediante prácticas agrícolas que aumentan la
velocidad de descomposición del humus.
HOMEOSTASIS
Homeostasis es el término empleado para significar la
tendencia de los sistemas biológicos de resistir al cambio, de permanecer en
estado de equilibrio. Los ecosistemas son capaces, lo mismo que sus poblaciones
y organismos componentes, de autoconservarse y autoregularse.
La existencia de mecanismos homeostáticos en
diferentes niveles de la organización biológica es ya bien conocido. Observamos
que el equilibrio entre los organismos y el medio, puede mantenerse también por
factores que se resistan al cambio en el sistema en su conjunto. Algunas poblaciones
son reguladas por la densidad, que es retroalimentadas por medio de mecanismos
de conducta para aumentar o reducir la reproducción (el "productor"),
manteniendo así el volumen de la población dentro de límites establecidos.
Otras poblaciones, en cambio, no parecen ser capaces de autolimitación, sino
que están controladas por factores externos. Los mecanismos de control que
funcionan a nivel del ecosistema incluyen los que regulan el almacenamiento en
la liberación de elementos nutritivos y en la producción y la descomposición de
sustancias orgánicas.
El juego entre los ciclos de materiales y la
corriente de energía en ecosistemas grandes, producen una homeostasis
autocorrectora, sin que se requiera el control o punto fijo alguno exterior.
Es importante destacar que existe el
"altiplano homeostático" como una serie de niveles o pasos; a medida
que aumenta la tensión, el sistema
aunque controlado, podrá no estar en condiciones de volver exactamente al mismo
nivel anterior. Por ejemplo, el dióxido de carbono introducido a la atmósfera
por la actividad del hombre, es absorbido en gran parte, pero no totalmente,
por el sistema de carbonato del mar; a medida que le entrada aumenta, los
nuevos niveles de equilibrio son ligeramente superiores. En estas condiciones
un cambio aún ligero, puede producir eventualmente efectos de gran
consecuencia.
Un control homeostático verdaderamente bueno,
viene solamente después de un período de ajuste evolutivo. Nuevos ecosistemas
con nuevas combinaciones de parásito y huésped, propenden a oscilar más
violentamente y a ser menos capaces de resistir las perturbaciones externas que
los sistemas maduros, en los que los componentes han tenido la oportunidad de
adaptarse mutuamente.
La idea actual de los ecosistemas y la comprensión
de que la humanidad forma parte de los ciclos biogeoquímicos complejos, con un
poder creciente para modificar los ciclos, son conceptos básicos de la ecología
moderna y también un punto de vista de suma importancia en relación con los
asuntos humanos en general y en la conservación de los recursos naturales.
De este modo, si la comprensión de los sistemas
ecológicos y de la responsabilidad moral entre los hombres logra mantener el
paso con la capacidad del hombre para efectuar cambios, el concepto actual de la
"explotación ilimitada de los recursos" cederá el paso a la
"inventiva ilimitada para la perpetuación de una abundancia cíclica de
recursos.
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