Ecosistemas

1
Ecosistemas

• Capítulo 48

2
Ecosistema

• Una asociación de organismos y su entorno
  físico, interconectados por el flujo de energía
  constante y el movimiento cíclico de materiales.

3
Modos de Nutrición

• Autótrofos
• Capturan la luz solar o energía química
• Productores primarios producen materia orgánica.
• Heterótrofos
• Extraen energía de otros organismos o desechos
  organicos
• Consumidores, descomponedores, detritívoros

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Modelo Simple de Ecosistema
Entrada de energía del Sol
Energía fluye en una dirección
FOTOAUTOTROFOS (plantas, otros productores)
Reciclaje de nutrientes
Materiales fluyen en forma cíclica
HETEROTROFOS (consumidores, descomponedores)
Salida de energía (principalmente calor)
5
Tipos de Consumidores

• Herbívoros
• Carnívoros
• Parásitos
• Omnívoros
• Decomponedores
• Detritívoros
• Carroñeros

Clasificación en base a su tipo de alimento.
6
Niveles Troficos

• Posición dentro de una cadena o red alimentícia
• Todos los organismos en un nivel trófico dado
  están separados de la fuente de energía del
  ecosistema por el mismo número de pasos de
  transferencia
• Los productores están localizados más cerca de la
  fuente de energía y son el primer nivel trófico.

7
Niveles tróficos en una pradera
Consumidores de 4to. nivel (heterótrofos)
5to
Carnívoros máximos, parásitos, detritívoros,
descomponedores
Consumidores de 3er. nivel (heterótrofos)
4to
Carnívoros, parásitos, detritívoros,
descomponedores
Consumidores de 2do. nivel (heterótrofos)
3er
Carnívoros, parásitos, detritívoros,
decomponedores
Consumidores de 1er. nivel (heterótrofos)
2do
Herbívoros, parásitos, detritívoros,
decomponedores
Productores primarios (autótrofos)

1er
Fotoautótrofos, Quimioautótrofos
8
Cadena Alimenticia
Gavilán
Cuervo

• Una secuencia en línea recta de quién se como a
  quién
• Las cadenas alimenticias simples son muy raras en
  la naturaleza

Serpiente
Larva de mariposa
Plantas
9
Red alimenticia en las Pradera de pastos altos
Gavilán
batitú
cuervo
serpiente
rana
coyote
comadreja
tejón
araña
gorrión
tuza de abazones
camañol
lombrices, insectos
ardilla
Pastos, plantas compuestas
10
Pérdida de Energía

• La transferencia de energía no es 100 eficiente
• Un porcentaje de energía se pierde en cada
  transferencia
• La pérdida de energía limita el número de niveles
  tróficos del ecosistema

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Two Types of Food Webs
Red alimenticia de ramoneo
Red alimenticia detrital
Entrada de energia
Entrada de energia
Transferencias
Transferencias
Productores (fotosintetizadores)
Productores (fotosintetizadores)

descompone- dores
pérdidas de energía como calor metabólico y
exporta-ción neta del ecosistema
energía en desechos y restos orgánicos
herbívoros
decomposers
pérdidas de energía como calor metabólico y
exportación neta del ecosistema
energía en desechos y restos orgánicos
detritívoros
carnívoros
detritivores
descompone-dores
Salida de energía
Salida de energía
Figure 48.7 Page 871 
12
Red trófica 1

• Debido a la pérdida de energía en cada paso de la
  red trófica, la biomasa total de cada nivel se va
  reduciendo.
• Esto limita el número de niveles que pueden
  existir, según sea la cantidad de PP disponible.

13
Red trófica 2

• Parte de la PP no es consumida por los
  herbívoros, y se pierde en los sedimentos o en el
  suelo del bosque como detrito.
• También hay una pérdida en cada nivel trófico
  por muertes y producción de desechos metabólicos.

14
Red trófica 3

• Esta Materia Orgánica (MO) es utilizada por los
  descomponedores bacterias y hongos.
• Los descomponedores enriquecen la MO en la que
  están inmersos dándole un mayor contenido
  proteico.

15
Red trófica 4

• Algunos animales se especializan en alimentarse
  de este detrito enriquecido, por lo que los
  elementos contenidos en el mismo regresan a la
  red trófica.
• En el océano este proceso se conoce como el ciclo
  microbiano.

16
Amplificación Biológica

• Una susbstancia no degradable o que se degrada
  lentamente, se va concentrando cada vez mas en
  los tejidos de organismos localizados en los
  niveles tróficos mas altos de la red alimenticia

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DDT en redes alimenticias

• Pesticida sintetico prohibido su uso en USA desde
  1970
• Las aves que son carnívoros acumulan DDT en sus
  tejidos, produciendo cascarones de huevos
  quebradizos

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DDT en un Estuario en NY (1967)
Residuos de DDT (ppm de peso humedo del
organismo entero vivo)
75.5 18.5 13.8 3.57 2.07 1.28
0.94 0.42 0.33 0.30 0.26 0.16 0.083 0.040
0.00005
Polluelo de gaviota de pico anillado (Larus
delawarensis) Gaviota argéntea (Larus
argentatus) Halieto (Pandion haliaetus) Garza
verde (Butorides virescens) Pez aguja del
Atlántico (Strongylira marina) Lenguado del
verano (Paralychthys dentatus) Bolin (Cyprinodon
variegatus) Almeja dura (Mercenaria
mercenaria) Brotes de hierba (Spartina
patens) Insectos voladores (mayoria
moscas) Caracol de fango (Nassarius
obsoletus) Camarones (promedio de varias
muestras) Alga verde (Cladophora
gracilis) Plankton (principalmente
zooplankton) Agua
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Productividad Primaria

• Es la tasa o velocidad (instantánea) con que los
  autótrofos de un ecosistema fijan del CO2 en
  compuestos orgánicos ricos en energía (glucosa).
• Biomasa peso de un grupo de organismos presentes
  en el ecosistema.
• Producción peso total producido por los
  organismos de un ecosistema en un periodo dado.

20
Productividad Primaria

• La productividad primaria bruta (PPB) es la tasa
  total de fotosíntesis de un ecosistema durante un
  intervalo dado
• La productividad primaria neta (PPN) es la tasa
  con que los productores almacenan energía en sus
  tejidos, en exceso de la tasa de respiración
  aeróbica (R).

PP Neta PP Bruta - Respiración
21
Factores que afectan la productividad primaria

• Condiciones climáticas temperatura, humedad y
  luz.
• Disponibilidad de elementos nutritivos además del
  CO2.
• Variación estacional
• Variación por habitat

22
Gradiente vertical de PAR
PAR Radiación fotosintéticamente activa
23
PP en un lago

• Disminuye en zonas profundas por falta de luz.
• En la superficie ocurre el fenómeno de
  fotoinhibición.
• Máximo ocurre justo antes del mediodía.

24
Productividad Primaria

• Algunos valores típicos de PP en ecosistemas

25
La productividad varía en el espacio y con las
estaciones del año
Fig. 47-10, p.850
26
Pirámide de biomasa en Silver Springs,Fl

• Ecosistema aquático en Florida
• Estudio a largo plazo de la red alimenticia de
  ramoneo

gr/m2
carnívoros de 3er nivel (pez aguja, lobina de
boca grande)
1.5
consumidores de 2do nivel (peces, invertebrados)
1.1
descomponedores, detritívoros (bacterias,
cámbaros)
Consumidores de 1er nivel (peces herbívoros,
tortugas, invertebrados)
37
productores primarios (algas, zostera, plantas
con raices)
809
5
27
Pirámide del Flujo de Energía

• Productores primarios captan cerca de un 1.2 de
  la energia solar que entra al ecosistema
• 6-16 se transfiere al próximo nivel

Descomponedores detritívoros 5,080
21
Carnívoros máximos
carnívoros
383
herbívoros
3,368
20,810 kilocalorias/ metro cuadrado/año
productores
Figure 48.11 Page 874
28
Flujo de energía en Silver Springs
ENTRADA DE ENERGIA
Energía solar incidente no aprovechada 1,679,190
(98.8)
1,700,000 kilocalorias
20,810 (1.2)
Pérdida de energía como calor metabó- lico y
exportación neta del ecosistema
Productores
Energia en desechos y restos organicos
Al siguiente nivel trófico
3,368
4,245
13,197
Herbivores
383
2,265
720
Carnívoros
21
272
90
Top carnivores
16
5
Descomponedores, detritívores
5,060
20,810 1,679,190
SALIDA DE ENERGIA
Figure 48.12 Page 874
Flujo Anual Total de Energia
1,700,000 (100)
29
Todo calor al fin y al cabo

• En cada nivel trófico, la energía total recibida
  del nivel previo, es utilizada en en funciones
  metabólicas
• Esta energía es liberada como calor y liberada al
  ecosistema
• Eventualmente, toda la energía es liberada como
  calor

30
Ciclos Biogeoquímicos

• El flujo de nutrientes del ambiente a los
  organismos vivos y regresan al ambiente
• Es el principal depósito de nutritientes del
  ambiente

31
Ciclo geoquímio
Principal reservorio del elemento nutritivo
fracción del nutriente disponible para el
ecosystema
herbívoros, carnívoros, parásitos
productores primarios
detritívoros, decomponedores
Fig. 47-14, p.852
32
Tres Categorias

• Ciclo Hidrológicos
• Agua (oxígeno,hidrógeno)
• Ciclo Atmosféricos
• Nitrógeno and carbón
• Ciclos Sedimentarios
• Fosforos and sulfuro

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Ciclo Hidrológico
Atmósfera
precipitación sobre tierra 111,000
vapor de agua llevado por el viento 40,000
evaporación de las plantas terrestres
(transpiración) 71,000
evaporación hacia oceano 425,000
precipitación hacia oceano 385,000
flujo de agua superficial y subterranea 40,000
Tierra
Oceáno
Figure 48.14 Page 876
34
Experimento en la cuenca de Hubbard Brook, NH

• La cuenca hidrológica fue experimentalmente
  desforestada
• Toda el agua superficial que drenaba de cada
  cuenca fue medida
• Remoción de la vegetación causo un incremento de
  6-veces en el contenido de calcio en el agua
  escurrida

35
Experimento en Hubbard Brook
pérdida de la cuenca perturbada
Momento de la desforestación
pérdida de la cuenca no perturbada
Figure 48.15 Page 877
36
Ciclo del Carbono

• El carbono se mueve a través de la atmosfera y
  las redes alimenticias en su camino hacia y desde
  el oceano, sedimentos y rocas
• Los sedimentos y las rocas son los depósitos
  principales

37
Ciclo del Carbono Ecosist. marino
Figure 48.16  Page 878
38
Ciclo del Carbono Ecosist. terrestre
atmósfera
quema de combustibles fósiles
acción volcánica
respiración aerobica
quema de madera
fotosíntesis
rocas terrestres
sedimentación
meteorización
redes alimenticias terretres
agua del suelo
turba, combustible fósil
muerte, enterramiento, compactación en tiempo
geológico
lixiviacion, escurrimiento
Figure 48.16  Page 878
39
Archeobacterias consumidoras de metano (rojo) y
bacterias consumidoras de sulfato (verde) en
griteas marinas.
Archeobacterias productoras de metano.
hidratos de metano
Fig. 47-30, p.865
40
Carbono en los Oceanos

• El carbono en los oceanos estan presentes
  principalmente en forma de carbonato y
  bicarbonato disuelto en el agua.
• Las corrientes marinas transportan el carbono
  disuelto.

41
Carbono en la Atmósfera

• El dióxido de carbono (CO2) es la forma mas
  abundante de carbono en la atmósfera
• El dióxido de carbono entra en la atmósfera
• Respiración aeróbica, acción volcánica, quema de
  combustibles fósiles
• Eliminado por fotosíntesis
• En el mar también es acumulado por organismos que
  producen conchas y esqueletos de CaCO3. Este
  proceso es afectado por el pH del agua.

42
Efecto Invernadero

• Gases de invernadero impiden el escape del calor
  desde la superficie terrestre

Parte del calor que irradia la superficie
(infrarojo) pasa a la atmosfera
Gases invernadero (CO2, ozono, vapor de
agua,metano) atrapan mas calor cerca de la
superficie
Radiacion solar calienta la superficie terrestre
Figure 48.18, Page 880
43
Calentamiento Global

• Incremento a largo plazo en la temperatura de la
  atmósfera baja de la Tierra y su correlación con
  los niveles de CO2 atmosférico

Figure 48.19, Page 881
44
Concentración del CO2

• Los niveles de dióxido de carbono varian con la
  estación
• El nivel promedio esta aumentando constantemente
• Quema de combustibles fosiles y la deforestacion
  han contribuido a este incremento

45
Otros Gases Invernadero

• Clorofluorocarbonos (CFC) gases sintéticos
  usados en plásticos y en refrigeración
• Metano - producido por las termitas y bacterias
  anaeróbicas
• Oxido Nitroso producidos por bacterias,
  fertilizantes y desachos animales

46
Ciclo del Nitrógeno

• Nitrógeno es un componente de proteínas y ácidos
  nucleicos
• El principal depósito es en la atmósfera en forma
  de nitrógeno gaseoso (N2)

47
Ciclo del Nitrógeno
Figure 48.21 Page 882
Nitrógeno gaseoso (N2) en la atmósfera
fixación de nitrógeno por la industria
redes alimenticias terrestres
absorción por autótrofos
excreción, muerte, decomposición
absorción por autótrofos
fertilizantes
NO3- en suelo
fijación de nitrógeno
Desechos y restos nitrogenados
destrification
NH3-,NH4 en suelo
amonificación
2. Nitrificación
NO2- en suelo
lixiviación
1. Nitrificación
lixiviación
48
Fijación de Nitrógeno

• Las plantas no pueden metabolizar el nitrógeno
  gaseoso
• Bacterias que fijan nitrógeno convierten el gas
  de nitrógeno en amoníaco (NH3)
• Amonio (NH4) y amoníaco pueden ser utilizado por
  las plantas

49
Amonificación Nitrificación

• Bacterias y hongos son responsables de la
  amonificación
• conversión de desechos de nitrogenados en
  amoníaco
• Bacterias nitrificantes actuan sobre el amoniaco
  para producir nitritos (NO2-) y nitratos (NO3-)

50
Pérdida de Nitrógeno

• El nitrógeno es frecuentemente un factor
  limitante en los ecosistemas
• El nitrógeno es eliminado del suelo por
  lixiviación y escurrimiento
• Bacterias desnitrificantes convierten los
  nitratos o nitritos en nitrogeno gaseoso.
• En ambientes anóxicos existe el proceso de
  Anamox oxidación anaeróbioca del amonio que
  produce N2.

51
Impacto Humano

• La actividad humana incrementa la tasa de pérdida
  de nitrógeno debido a la desforestación de
  bosques y pastizales
• El contenido de nitrógeno en el agua y aire
  incrementa por el uso de fertilizantes y la quema
  de combustibles fosiles
• Poco o mucho nitrógeno compromete el crecimiento
  de las plantas

52
Ciclo del Fósforo

• El fósforo es un componente de los fosfolípidos
  y todos los nucleótidos
• Es el factor limitante más comun en ecosistemas
  naturales
• El principal reservorio de fósforo es la corteza
  terrestre no tiene fase gaseosa

53
Ciclo del Fósforos
Figure 48.23, Page 884
explotación
FERTILIZANTE
GUANO
excreción
agricultura
absorción por autótrofos
absorción por autótrofos
meteorización
redes alimenticias marinas
Redes alimenticias terrestres
Disuelto en agua del suelo, lagos y rios
lixiviación, escurrimiento
disuelto en el agua de mar
muerte, descomposición
muerte, descomposición
asentamiento
meteorización
sedimentación
levantamiento en tiempo geológico
ROCAS
SEDIMENTOS MARINOS
54
Efectos Humano

• En países tropicales (con poco fósforo en suelo),
  la desforestación y conversión de pastizales,
  agota su contenido
• En países desarrollados, el escurrimiento de
  fósforo hacia arroyos, ríos, lagos y estuarios
  promueve la eutroficación

55
Fig. 47-28, p.863