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La Coctelera

Categoría: II Biología en los ecosistemas

13.CIRCULACIÓN DE ELEMENTOS CONTAMINANTES

El hombre ha hecho circular por los ciclos naturales de los ecosistemas sustancias y elementos químicos, perjudiciales o tóxicos, que o bien no existían por ser creación del mismo hombre, o bien se hallaban anteriormente en la biosfera en concentraciones insignificantes. En principio se pensó que las tierras y los mares eran grandes y podrían diluir con facilidad las sustancias adicionadas; no se tuvo en cuenta el fenómeno de la concentración biológica. Muchas de estas sustancias y elementos entran en las cadenas tróficas y al no ser degradadas o excretadas se van acumulando en los tejidos de los organismos en concentraciones cada vez mayores. Son las especies de niveles tróficos altos de vida larga las que acumulan más estos tóxicos, lo que hace que sean especialmente vulnerables.

En la lucha contra las plagas agrícolas se han utilizado grandes cantidades de DDT. Al ser su descomposición más lenta que su difusión, se encuentra en lugares muy alejados de donde fue introducido. Además, su rápida difusión obliga a repetidas fumigaciones, lo que lógicamente aumenta la concentración de este producto en el lugar donde existe la plaga. El DDT, soluble en las grasas, se acumula en los tejidos adiposos, interfiere en los sistemas nerviosos y en la disposición de calcio en huevos de aves o valvas de moluscos. Debido a la contracción biológica, el uso del DDT afecta más a las especies útiles al hombre que a las que pretende combatir, puesto que las plagas son producidas por las especies más dotadas para la multiplicación y para el desarrollo de mecanismos de resistencia.

Cada día son desarrollados nuevos insecticidas y herbicidas y a una primera generación de estos productos le sucede actualmente una segunda de características similares, estando en preparación una tercera basada fundamentalmente en productos naturales más específicos para controlar los ciclos reproductores en los insectos y otros organismos.

El uso industrial de metales pesados, ha hecho que éstos, anteriormente fuera de los ciclos biológicos, sean dispersados por la biosfera, entren de manera apreciable en las cadenas tróficas de los ecosistemas y se concentren, resultando muy perjudiciales para los organismos.

El hombre está aumentando los elementos radioactivos en la biosfera, derivados principalmente de explosiones de ensayos nucleares y centrales nucleares productoras de energía eléctrica. Las radiaciones dañan las estructuras vivas y aunque estén en concentraciones bajas pueden producir efectos mutagénicos y cancerígenos en las diferentes especies a las que afectan.

12. LOS CICLOS SEDIMENTARIOS

Ciclo del nitrógeno. Cuando un animal o planta muere, el nitrógeno de sus proteínas es degradado por los descomponedores a amoníaco. El amoníaco es oxidado a nitritos, y éstos, finalmente a nitratos, debido a la actividad de otros grupos bacterianos. De los nitratos es de donde las plantas obtienen el nitrógeno para formar sus proteínas que, pasará a los animales que se alimenten de ellas, de éstos a los carnívoros, retornando los restos de todos ellos, bajo la acción de los descomponedores, a amoníaco, con lo que se completa el ciclo. Parte de este nitrógeno no se recicla, yendo a parar a los estratos profundos de los suelos o a los sedimentos de los fondos de lagos y océanos, donde tienen lugar procesos de desnitrificación y una parte es devuelta como nitrógeno gaseoso u óxidos nitrosos a la atmósfera.

Los óxidos de nitrógeno son perjudiciales para la vida, interaccionan con la capa de ozono que protege a la Tierra de la radiación ultravioleta y se sitúan entre los principales contaminantes atmosféricos. El ciclo pronto dejaría de ser tal si no existieran diversos grupos de procariotas (bacterias cianofíceas) capaces de fijar directamente a sus constituyentes biológicos el nitrógeno.

Ciclo del fósforo. El fósforo es el principal elemento limitativo del crecimiento de las plantas y las algas. No tiene compuestos gaseosos y la reserva principal de este elemento está militada a las fosforinas y apatitos.

Los vegetales son solo capaces de asimilar fosfatos solubles, y la transformación de los compuestos existentes en los minerales a los estados asimilables es realizada por las bacterias. Una vez incorporado a compuestos orgánicos, el fósforo es transferido de unos organismos a otros o remineralizado por los descomponedores a fosfatos solubles para ser reutilizado. El problema del fósforo es su poca abundancia y su propensión a formar compuestos insolubles que se sedimentan en el fondo de lagos y océanos y que resultan excluidos del ciclo por largos períodos.

La intervención humana en los ciclos sedimentarios es la de acelerar el proceso de sedimentación de estos elementos en los fondos marinos. Los hombres tienen que sintetizar nitratos y extraer grandes cantidades de fosfato de los depósitos terrestres para su uso extensivo.

11. EL CARBONO: PRINCIPAL COMPONENTE DE LA BIOMASA" href="http://judiky.lacoctelera.net/post/2006/01/24/11-carbono-principal-componente-la-biomasa" rel="bookmark">11. EL CARBONO: PRINCIPAL COMPONENTE DE LA BIOMASA

Los seres vivos están constituidos fundamentalmente por compuestos de carbono, nitrógeno y fósforo, existiendo en los mismos por cada parte de fósforo quince de nitrógeno y cien de carbono.

El carbono inorgánico de la atmósfera (en forma de dióxido de carbono) o disuelto en el agua (en forma de bicarbonato principalmente) es incorporado por las plantas terrestres y las algas, realizándose además entre atmósfera y agua un intercambio recíproco. De dichos productores pasa en forma de compuestos orgánicos a los consumidores y luego a los descomponedores, o bien directamente a estos últimos. La respiración de productores, consumidores y descomponedores lo devuelve de nuevo en forma de dióxido de carbono a la atmósfera o al medio acuático.

Una devolución adicional a la atmósfera se produce a través del proceso no biológico de la combustión.

En determinadas condiciones, el carbono se va del ciclo, debido a la deposición de materia orgánica como turba, carbón, petróleo, o la de conchas y caparazones en forma de rocas carbonadas; además, algunas plantas acuáticas liberan carbonato cálcico como subproducto de la fotosíntesis. Estos carbonatos precipitados se mezclan con la arcilla formando margas que con el tiempo se pueden compactar y formar calizas. Este carbono puede retornar a la atmósfera, mediante la desintegración y la disolución de las rocas carbonadas, la combustión del carbón y petróleo y la actividad volcánica.

Las plantas y animales de la biosfera reciclan anualmente del 0,25 al 0,30% del carbono presente en el dióxido de carbono atmosférico y en los bicarbonatos y otros compuestos que se hallan en los océanos, lo que equivale a que se recicle todo este carbono otra vez cada 300 o 400 años. El intercambio de dióxido de carbono de la atmósfera con el mar es bastante lento; por ello, para intervalos cortos de tiempo podríamos considerar los ecosistemas acuáticos y terrestres separadamente. Entonces tendríamos en ellos ciclos más rápidos: el dióxido de carbono atmosférico circularía en unos ocho años. Serán fácilmente apreciables las perturbaciones que el hombre introduzca.

Desde 1880, el contenido de dióxido de carbono de la atmósfera se ha incrementado en un 14%. De aquí se podrían derivar cambios climáticos, ya que el dióxido de carbono actúa como pantalla de madera que permite el paso de la luz, pero obstaculiza el retorno del calor irradiado por la superficie terrestre al espacio (efecto de invernadero). De no existir este efecto se calcula que la temperatura media de la Tierra sería de -23ºC en lugar de los 15ºC.

10. PRODUCCIÓN PRIMARIA EN LA TIERRA

De toda la energía que llega a la Tierra procedente de el Sol, los ecosistemas aprovechan una parte muy pequeña.

De todas las moléculas que componen la materia viva, no hay practicamente más de dos tipos capaces de captar la energía de la luz: las clorofilas, pigmentos verdes de las plantas, y los carotenoides, pigmentos anaranjados de las plantas y constitutivos de los ojos de los animales.

En las plantas, estas moléculas son capaces de captar la energía luminosaa procedente del Sol y transferirla a otra moléculas en forma de energía química, para transformarla en el dióxido de carbono de la atmósfera, incorporando a la planta el carbono a partir del cual se formará materia orgánica nueva.

Un tercio de un gramo de clorofila extendido uniformemente en un metro cuadrado, absorbe el 99% de la luz que incide sobre él. La cantidad de clorofila que contienen los ecosistemas acuáticos es inferior y está contenida en las algas microscópicas del plancton. Estas se situan en las aguas limpias y transparentes en los primeros 100m de profundidad.

En los ecosistemas terrestres la cantidad de clorofila es del orden de un gramo por metro cuadrado. Parecería una cantidad excesiva; pero, hay que tener en cuenta que la concentración de clorofila en las hojas es de 350 mg por m^2 de hoja, y que están inclinadas con diferentes ángulos respecto a los rayos de luz, razón por la cual, los árboles han tenido que desarrollar una superficie esférica de captación.

Si tenemos en cuenta todo esto, podemos observar que el aumento de biomasa por unidad de tiempo tiene un limite que viene determinado por la cantidad de clorofila por metro cuadrado que absorbe la totalidad de luz, y el carbono que ésta puede fijar y que resulta ser más de un gramo por metro cuadrado y por hora. Si consideramos este valor teóricoy el de la energía que nos llega del Sol, la eficiencia de la fotosíntesis llega a ser de un 3% en las mejores condiciones. La vida ha evolucionado hacía un mínimo compatible con el mantenimiento de una organización complicada.

La producción primaria nunca alcanza este valor máximo. Las producciones más altas se dan en cultivos de plantas tales como el maíz o la caña de azúcar. Estas son plantas denominadas C4 porque presentan un tipo especial de fotosíntesis que permite una mayor producción, y es propio de las gramíneas tropicales. En los ecosistemas naturales estos valores son variables, siendo la producción media de los ecosistemas terrestres unas tres veces superior a la de los marinos. Los valores máximos de producción se alcanzan en las selvas tropicales y son del mismo orden que los cultivos de plantas C4.

09.FLUJO DE ENERGIA EN LOS ECOSISTEMAS

El flujo de la energía no puede ser cíclico, puesto que un ecosistema necesita para funcionar un aporte continuo de energía. Esta energía tiene que venir de un nivel trófico inferior hasta que se alcance el nivel de los productores.

La observación de los ecosistemas hizo ver que, a medida que se ascendia por la escala de transferencia energética, cada nivel trófico estaba menos representado que el anterior, tenía menor número de individuos, y estos eran generalmente más grandes. Elton definió este sistema como pirámides de individuos y observó que las transferencias de energía se realizaban mediante cadenas tróficas simples que estaban entrelazadas formando redes. Se vió que las pirámides eltonianas no se cumplian, sobre todo cuando la vegetación arbórea ocupaba el primer nivel, ya que alimentandose de un solo árbol puede haber un gran número de insectos, pájaros u otros animales. Por ello, comenzó a caracterizarse la biomasa, el peso total de un nivel trófico determinado. La forma de la pirámide escalonada se obtenía solamente cuando se construían con las medidas de producción (biomasa nueva que se produce por unidad de tiempo).

Liendeman, proporcionó un nuevo enfoque, proponiendo que el proceso básico de la dinámica trófica es la transferencia de energía de un nivel trófico a otro, de manera que en cada nivel el sistema vivo pierde energía. En cada paso, la energía transferida es mucho menor. La energía transferida por los productores se va devolviendo constantemente al mundo inanimado en forma de calor. La pérdida de energía útil limíta el número de niveles tróficos. La energía disponible al final es tan pequeña que los animales situados en los niveles altos frecuentemente se alimentan en varios niveles, e incluso algunos de plantas, y se hacen omnívoros.

La constante reorganización de la materia, asociada a la circulación de nutrientes, implica una enorme pérdida de energía en forma de calor que es irrecuperable. Mediante cálculos realizados en ecosisteams acuáticos, se observa que la producción en cada nivel trófico es el 10% de la del nivel anterior. Estas producciones representan lo que va quedando del flujo de energía que va ascendiendo hasta los otros nieveles tróficos.

En los ecosistemas terrestres el porcentaje de producción que pasa de un nivel a otro es todavía menor.

Los ecosistemas tienden a mantener un equilibrio en el que cada nivel trófico retire biomasa del anterior, pero de tal manera que la que retire sea igual a la que produzca el nivel precedente en el mismo tiempo.

La biomasa que se puede mantener en un nivel trófico depende de su producción. La producción expresa la energía que puede ser traspasada a un nivel superior.

08. CICLOS DE LA MATERIA

Los ecosistemas se pueden concebir como unidades procesadoras de energía. Sin embargo, en general no están limitados por la energía, sino por la disponibilidad de los nutrientes, que son reciclados continuamente. Liebig, en 1840, fue quien precisó los requerimientos minerales de las plantas y formuló la ley del mínimo que lleva su nombre. Según la ley, aunque un proceso dependa de muchos factores , está controlado realmente por aquel factor cuya intensidad o concentración en el sistema se aproxime más al valor que hace que el proceso se detenga. Sin embargo, el concepto de que existe un ciclo de nutrientes que pasan de la materia orgánica de un ser vivo al mundo inorgánico, y viceversa, fue expresado por primera vez por Thienemann en 1918. En 1926, el mismo autor introdujo el lenguaje "económico" en el estudio d elos ecosistemas, considerando que todo ecosistema estaba compuesto de tres grupos de organismos funcionalmente importantes:

1) Los productores, organismos que son capaces de producir alimento con una funte de energía externa (la solar).

2) Los consumidores, que son los animales que necesitan consumir otros seres vivos para obtener la energía y la materia.


3) Los reductores (desomponedores), que pueden obtener energía de los restos vegetales o animales y, al mismo tiempo qeu satisfacen sus necesidades metabólicas y de crecimiento, efectuan un trabajo de gran utilidad: la mineralización de la materia orgánica (descomponen los materiales constitutivos de las plantas y animales y sus excrementos en compuestos simples, inorgánicos, qeu podrán ser utilizados de nuevo por los productores).

Las cadenas tróficas pueden ser muy complejas o tan sencillas como: hombre --> mejillón --> hombre.

El ciclo de los nutrientes se desarrolla en los ecosistemas según un eje vertical, y los ecosistemas presentan una heterogeneidad y estructuarción vertical condicionada por la luz y la gravedad.

El agua absorbe las radiaciones solares mucho más que el aire, y el desarrollo de la vida vegetal solo es posible en unos 100 m de profundidad. La vida acuática está sometida a la continua explotación lo que contribuye a un transporte hacia abajo de la materia orgánica y de sus elementos constituyentes. Los animales qeu comen algas y los que comen otros animales desarrollas migraciones verticales importantes, que comen arriba y excretan o son comidos más abajo, acelerando un transporte vertical de los nutrientes.

En los ecosistemas terrestres no son los árboles quienes controlan el siclo de los nutrientes. En efecto, estas plantas toman agua con nutrientes minerales por las raices, y las sustancias asciende por el tallo hacia las hojas, gracias a la energía solar que hace evaporar el agua qu llega hasta éstas. Las plantas, cpntrolando la caída de las hojas y frutos, regulan también el retorno al suelo de los elementos biogénicos.

07. UN NIVEL DE ORGANIZACIÓN: LOS ECOSISTEMAS

La ecología se define como la biología de los ecosistemas. La idea de la existencia de los ecosistemas como un nivel de organización de la vida se desarrolla entre 1930 y 1940. Varios autores propusieron nombres. el nombre que ha prevalecido fue el propuesto por Tansley, quien definió ecosistema como un sistema completo, compuesto por organismos y el complejo total de factores físicos que forman el ambiente que les rodea. La biosfera está constituida por un mosaico de ecosistemas y cada uno de ellos puede ser parte de otro más amplio, hasta llegar finalmente a toda la cubierta de la Tierra.

Un ecosistema es cualquier retazo de la biosfera delimitado de alguna manera por unas características más o menos definibles. Estos retazos se componen de una comunidad de individuos de diferentes especies, cuya composición y abundancia dependen del medio fisico que le rodea y que modifica su actividad vital.

Hay que pensar en un ecosistema como un nievel de organización formado por individuos de muchas especies que se mantienen a si mismos y persisten a través del tiempo untilizando una fuente de energía externa, normalmente el Sol. Solo hay una excepción: los ecosistemas de los valles de fractura en los centros de expansión oceánica, que utilizan la energía de la Tierra.

A pesar de no encontrarse en el mismo espacio geográfico, todos los ecosistemas están compuestos por una misma serie de grupos de organismos que se pasan materia y energía de unos a otros. Cada grupo constituye un nivel trófico indicativo del número de pasos necesarios para que los organismos puedan obtenre materia y energía.

En el estudio de los ecosistemas se han desarrollado dos enfoques. El primero se basa en la descripción de los sistemas de distribución y abundancias de las diferentes especies o poblaciones. El otro estudia los ecosistemas desde el punto de vista trófico, basado en la circulación de la materia y la energía. El primero de estos puntos de vista, aunque es anterior, es el que más ha contribuido a desarrollar una visión global de los sistemas ecológicos.