Tema 2

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Tema 2

  1. 1. Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 1. Definiciones: biosfera y ecosistema 2. Mecanismos de obtención de materia y energía en los ecosistemas 3. Niveles tróficos: productores, consumidores y descomponedores 4. Flujo de energía en los ecosistemas 5. Ciclos de materia en los ecosistemas 5.1. El ciclo del carbono 5.2. El ciclo del nitrógeno 5.3. El ciclo del fósforo 5.4. El ciclo del azufre 6. Parámetros tróficos 7. Factores limitantes de la producción primaria 8. Pirámides ecológicas
  2. 2. <ul><li>Biosfera : conjunto formado por todos los seres vivos que habitan la Tierra. </li></ul><ul><li>Ecosistema : sistema natural integrado por componentes vivos y no vivos que interactúan entre sí. </li></ul><ul><li>Bioma : diferentes ecosistemas que hay en la Tierra. </li></ul>Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 1. Definiciones
  3. 5. Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 2. Mecanismos de obtención de materia y energía en los ecosistemas <ul><li>Según la fuente de energía: </li></ul><ul><ul><li>Fotosintéticos: emplean energía solar como fuente de energía. </li></ul></ul><ul><ul><li>Quimiosintéticos: su energía procede de reacciones de óxido – reducción. </li></ul></ul><ul><li>Según el tipo de materia: </li></ul><ul><ul><li>Autótrofos: sintetizan su propia materia utilizando materia mineral y CO 2 como fuente de carbono. </li></ul></ul><ul><ul><li>Heterótrofos: utilizan materia orgánica ya elaborada. </li></ul></ul>
  4. 6. Utilidad de la energía en el metabolismo celular de los organismos productores La radiación solar es transformada mediante la fotosíntesis en energía química, que queda fijada a la materia orgánica fabricada durante el proceso.
  5. 7. Utilidad de la energía en el metabolismo celular de los organismos consumidores La biomasa / energía incorporada por los consumidores con el alimento es utilizada, a través del metabolismo celular, en su actividad vital (anabolismo, locomoción, calor corporal, etcétera).
  6. 8. Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 3. Niveles tróficos <ul><li>El mecanismo de transferencia energética de unos organismos a otros se representa mediante cadenas tróficas , formadas por varios eslabones o niveles tróficos : </li></ul><ul><ul><ul><li>Productores </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Consumidores </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Descomponedores </li></ul></ul></ul><ul><li>Las cadenas tróficas se forman uniendo los niveles tróficos según el sentido de transferencia de energía. </li></ul>
  7. 10. <ul><li>PRODUCTORES </li></ul><ul><li>Son organismos autótrofos capaces de captar y transformar la energía lumínica en energía química mediante la fotosíntesis. La materia fabricada la emplean para mantener sus procesos vitales mediante la respiración celular. El resto de energía se transfiere al resto de niveles tróficos. </li></ul>
  8. 11. <ul><li>CONSUMIDORES </li></ul><ul><li>Son organismos heterótrofos que utilizan directa o indirectamente la materia formada por los autótrofos. </li></ul><ul><ul><li>C. primarios: toman la materia de los productores (herbívoros o parásitos de plantas) </li></ul></ul><ul><ul><li>C. secundarios: toman alimento de los C. primarios (carnívoros de 1º orden o parásitos de herbívoros) </li></ul></ul><ul><ul><li>C. terciarios: se alimentan de los C. secundarios. (carnívoros de 2º orden o parásitos de carnívoros) </li></ul></ul>
  9. 12. <ul><li>DESCOMPONEDORES </li></ul><ul><li>Se alimentan de restos orgánicos de seres de los niveles anteriores, contribuyendo al reciclado de los nutrientes: </li></ul><ul><ul><li>Transformadores: originan moléculas orgánicas e inorgánicas sencillas (hongos y bacterias) </li></ul></ul><ul><ul><li>Mineralizadores: liberan sales solubles al medio, que serán aprovechadas por los productores. </li></ul></ul>
  10. 15. Una misma especie puede alimentarse o servir de alimento a varias especies de distinto nivel trófico. La eliminación o introducción de una especie o grupos de especies o, incluso, la variación de sus poblaciones pueden tener graves consecuencias para el resto del ecosistema. El conocimiento de la red trófica de un ecosistema puede ser de gran utilidad para determinar su estado de conservación.
  11. 16. fitoplancton (productores) Zooplancton (herbívoros, consumidores primarios) depredadores del plancton (consumidores secundarios) organismos desintegradores carnívoros grandes (consumidores terciarios) depredadores (consumidores secundarios) animales pacedores (herbívoros consumidores primarios) hierbas marinas (productores)
  12. 17. Las redes tróficas marinas se basan tanto en el fitoplancton como en las praderas de hierbas marinas de las plataformas continentales: algas de gran tamaño y fanerógamas como Posidonia oceanica, Zostera marina ... Un hecho singular de la red trófica marina basada en el fitoplancton es que su biomasa es mucho menor que la del zooplancton, al que sirve de alimento. Esto es debido a que la producción del fitoplancton es muy elevada al poseer, a su vez, una alta tasa de renovación.
  13. 18. <ul><li>Para que exista vida en nuestro planeta ha de recibir constantemente energía solar, que mantiene los procesos vitales, y después sale en forma de energía calorífica. </li></ul><ul><li>En cada transformación de energía, parte se pierde en forma de calor, por lo que el aporte de energía solar es continuo: FLUJO DE ENERGÍA. </li></ul>Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 4. Flujo de energía en los ecosistemas
  14. 20. <ul><ul><li>Los niveles tróficos disponen de mucha más energía de la que consumen. La asimilación energética de los productores es muy baja. Un porcentaje muy elevado de la energía disponible en cada nivel trófico no se utiliza. </li></ul></ul>Modelo de flujo de energía en un ecosistema de lago de una zona templada. (Las unidades se expresan en cal/cm 2 /año.)
  15. 21. <ul><li>En cada nivel trófico, se pierde un porcentaje de energía, cumpliéndose la regla del 10% , según la cual sólo el 10% de la energía almacenada en un nivel trófico, es aprovechada por el siguiente nivel trófico. Por este motivo, en una cadena trófica el número de eslabones no es ilimitado, por que a partir de cierto número no habría energía disponible. </li></ul>
  16. 22. <ul><li>Estos ciclos comprenden una serie de caminos realizados por la materia que escapa a la biosfera a través de otros sistemas (atmósfera, hidrosfera, litosfera) antes de retornar a ella. Estos ciclos tienden a ser cerradas y son movidos por el flujo energético. </li></ul>Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 5. Ciclos de la materia en los ecosistemas
  17. 23. El ciclo del carbono CO 2 atmósfera CO 2 hidrosfera respiración incendios forestales productores fotosíntesis fijación bioquímica disolución por carbonatación combustión (combustibles fósiles) vulcanismo descomponedores restos orgánicos consumidores respiración carbón, petróleo, rocas carbonatadas
  18. 24. El ciclo del nitrógeno El nitrógeno, a pesar de constituir el 78 % en volumen de la atmósfera, no puede ser asimilado como tal por la mayoría de los organismos. El nitrógeno atmosférico (N 2 ) debe ser fijado en forma inorgánica asimilable como anión nitrato (NO 3 - ) antes de integrarse en la materia viva. Los procesos de amonificación, nitrificación y desnitrificación, mediados por microorganismos (bacterias y hongos), son esenciales en el ciclo del nitrógeno. La fijación industrial de nitrógeno (fertilizantes) es superior en un 10 % la la fijada de forma natural por los ecosistemas terrestres, lo que puede provocar una rápida eutrofización de los medios acuáticos.
  19. 25. El ciclo del nitrógeno N 2 atmosférico fijación por quimiosíntesis fijación atmosférica leguminosas Rhizobium NO 3 − (nitrato) Pseudomonas Nitrobacter Nitrosomonas NO 2 − (nitrito) NH 3 (amoniaco) descomponedores restos orgánicos productores consumidores fijación industrial (fertilizantes) desnitrificación (en anaerobiosis)
  20. 27. El ciclo del fósforo Es un nutriente sedimentario, ya que todas sus fases ocurren en la litosfera. Tiene gran importancia ecológica al actuar como limitante de la producción de los ecosistemas. Las actividades humanas interfieren en él al incorporar grandes cantidades de este nutriente en forma de abonos y fertilizantes. Una buena parte del fósforo se desvía de la red trófica de los ecosistemas por sedimentación. El arrastre por el agua del exceso de fósforo no incorporado por los ecosistemas agrícolas provoca la eutrofización de los medios acuáticos. aves marinas depósitos de excrementos (guano) arrastre por el agua sedimentos profundos abonos productores consumidores restos orgánicos descomponedores procesos orogénicos procesos erosivos rocas fosfatadas
  21. 29. El ciclo del azufre La mayor parte del ciclo del azufre se desarrolla en la litosfera (rocas, suelo, sedimentos) y solo una pequeña proporción se difunde a la atmósfera en forma gaseosa, como H 2 S y SO 2 , principalmente. (SO x : óxidos de azufre, DMS: dimetilsulfuro). En las zonas mineras, la oxidación de los sulfuros metálicos provoca la acidificación de las aguas de drenaje. La acción humana es responsable de la emisión a la atmósfera de grandes cantidades de azufre en forma de SO 2 , como consecuencia de la combustión de los combustibles fósiles.
  22. 30. El ciclo del azufre SO x H 2 SO 4 SO x H 2 S DMS fitoplancton sulfuros metálicos, carbones y petróleos, rocas con sulfuros H 2 S SO 4 2 − S descomponedores restos orgánicos consumidores productores combustión (combustibles fósiles) vulcanismo meteorización minería H 2 SO 4 H 2 SO 4
  23. 32. Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 6. Parámetros tróficos <ul><li>Biomasa (B): es la cantidad en peso de materia orgánica viva o muerta de los distintos niveles tróficos de un ecosistema. Se mide en kg, g, o mg; o bien en unidades de energía cal o kcal. También se pueden referir a una unidad de área: kg/m 2 . </li></ul><ul><li>Producción (P): mide la cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico (o el aumento de biomasa por unidad de tiempo). Nos da idea de la biomasa disponible para la utilización por parte de un nivel trófico superior sin poner en peligro la estabilidad del sistema. (g/m 2 /día) </li></ul><ul><ul><li>P. primaria : es la energía fijada por los organismos autótrofos o aumento de biomasa de los productores. </li></ul></ul><ul><ul><li>P. secundaria , que corresponde al resto de niveles tróficos. </li></ul></ul><ul><ul><li>P. bruta (Pb), es la cantidad de energía fijada por unidad de tiempo. </li></ul></ul><ul><ul><li>P. neta (Pn), es la energía almacenada en cada nivel trófico (o el alimento disponible para los herbívoros) Pn = Pb – R (R = respiración ) </li></ul></ul>
  24. 34. <ul><li>Productividad o tasa de renovación (p), es el cociente entre la producción neta y la biomasa. Expresa la nueva materia formada a expensas de la ya existente. Por ejemplo: </li></ul><ul><ul><li>Un árbol fabrica 200 kg nuevos de materia cada año, luego la producción es alta, pero la productividad es baja al comparar con la biomasa ya existente. </li></ul></ul><ul><ul><li>Un pastizal anual fabrica 185 kg, que es menor que en caso anterior, pero la productividad es mayor pues días antes allí sólo había semillas. </li></ul></ul><ul><li>Tiempo de renovación : es el inverso de la productividad, y expresa el período que tarda en renovarse un nivel trófico. </li></ul><ul><li>Eficiencia : mide el rendimiento de un nivel trófico o de un sistema, mediante el cociente salidas/entradas: </li></ul><ul><ul><li>Eficiencia de productores: energía asimilada /energía incidente </li></ul></ul><ul><ul><li>Cantidad de energía incorporada a cada nivel trófico respecto al total asimilado (Pn/Pb) </li></ul></ul><ul><ul><li>Rentabilidad de los consumidores (Pn/total ingerido) </li></ul></ul><ul><li>Según el aprovechamiento energético y la regla del 10%, es más eficiente una alimentación a partir del primer nivel pues se aprovecha más la energía y se podrá alimentar a mayor número de individuos. </li></ul>
  25. 35. Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 7. Factores limitantes de la producción primaria <ul><li>Temperatura y humedad : la eficacia fotosintética aumenta al hacerlo la temperatura y humedad, pero hasta un límite, pues si aumenta mucho las proteínas se desnaturalizan. </li></ul><ul><ul><li>En los climas secos y cálidos, los organismos se adaptan a la sequía. Las plantas C4 (maíz, mijo, caña de azúcar) poseen un crecimiento rápido, y en los desiertos presentan adaptaciones morfológicas (largas raíces, hojas transformadas en espinas, tallos suculentos para acumular agua, estomas hundidos), y un metabolismo CAM que fija CO 2 durante la noche y cierran los estomas por el día. </li></ul></ul><ul><ul><li>Con temperatura baja, predominan las plantas anuales herbáceas, que desarrollan estructuras subterráneas hibernantes, y aparece un fotoperíodo. </li></ul></ul>
  26. 36. <ul><li>Falta de nutrientes : los nutrientes son necesarios para la biosíntesis de ciertas biomoléculas: </li></ul><ul><ul><li>CO 2 : es necesario para aumentar la fotosíntesis, pero con mucha cantidad se satura por falta de otros. </li></ul></ul><ul><ul><li>Fósforo: como está insoluble en la litosfera se libera de manera muy lenta, tardando en renovarse de 10 5 – 10 8 años). </li></ul></ul><ul><ul><li>Nitrógeno. </li></ul></ul><ul><ul><li>Las plataformas costeras son productivas pues el oleaje agita el fondo, así como el aporte de nutrientes por los ríos. </li></ul></ul>
  27. 37. <ul><ul><li>El reciclado de nutrientes por los descomponedores se ve dificultado por la distancia que hay entre donde se produce la materia orgánica y donde se degrada. </li></ul></ul>
  28. 38. AFLORAMIENTOS
  29. 39. <ul><li>Disposición de las unidades fotosintéticas . </li></ul><ul><li>Los pigmentos fotosintéticos de las plantas captan longitudes de onda que están en la zona visible del espectro electromagnético (400 – 700 nm). La luz incide sobre las unidades de captación de los cloroplastos, que se hacen “sombra” unas a otras. Cada unidad de captación tiene un centro de reacción en el que la energía lumínica es transformada en energía química. Así, al aumentar la intensidad lumínica, aumenta la fotosíntesis, pero cuando esta intensidad alcanza un nivel determinado, se satura, de forma que responde con mayor eficacia a las pequeñas intensidades de luz del amanecer y del atardecer (P.e: agua y embudo) </li></ul>
  30. 40. Pirámides de energía del bosque y del litoral. <ul><li>Pirámide de energía </li></ul><ul><ul><li>Cada escalón representa la cantidad de biomasa o energía por unidad de tiempo, es decir, la producción de cada nivel trófico. </li></ul></ul>Tema 2. Circulación de materia y energía en los ecosistemas 8. Pirámides ecológicas
  31. 42. Pirámides de biomasa de un lago en una zona templada. Las unidades se expresan en mg (peso seco)/m 3 . Pirámides de biomasa En cada escalón se expresa la cantidad de masa biológica por unidad de superficie.
  32. 43. Pirámides de números de la pradera y el bosque templado en verano. (Número de individuos/1 000 m 2 .) <ul><li>Pirámides de números </li></ul><ul><ul><li>En cada escalón se incluye el número total de individuos de cada nivel trófico. </li></ul></ul>

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