Introducción a la Ecología

Introducción histórica a la Ecología

• El término Ökologie fue acuñado en 1860 por Ernst Haeckel, naturalista y filósofo alemán.
• Los científicos que investigan la ecología son ecólogos.
• La ecología se divide en:
  • Autoecología: estudio de especies individuales y sus relaciones con el medio ambiente.
  • Sinecología: estudio de comunidades y sus relaciones con el medio ambiente.
• Los ecólogos se especializan en:
  • Ecología del comportamiento.
  • Ecología de poblaciones.
  • Ecología de comunidades.
  • Paleoecología.
• Sir Arthur Tansley (1871-1955), botánico inglés, fundó la British Ecological Society y acuñó el término ecosistema en 1935.
• Ecosistema se refiere a los componentes abióticos y bióticos considerados como un todo.
• La ecología es una ciencia compleja que utiliza biología, química, geología, matemáticas y física.
• Charles Darwin (1859) explicó el ajuste entre organismos y ambiente mediante la adaptación por selección natural.
• Darwin propuso la "selección natural", donde los organismos con mejores habilidades sobreviven y se reproducen.
• La biología estudia los niveles de organización desde células hasta ecosistemas.
• El concepto de jerarquías implica niveles de complejidad en el Universo.
• La biología se puede estudiar desde el funcionamiento de una célula hasta una comunidad de organismos.
• Individuo: organismo unicelular o pluricelular.
• Población: grupo de individuos similares que se aparean en un área geográfica limitada.
• Comunidad: relación entre grupos de diferentes especies.
  • Ejemplo: conejos, coyotes, víboras, ratones, aves y cactus en el desierto.
• Ecosistema: relación entre un grupo de organismos y su medio ambiente.
• Biosfera: suma de todos los seres vivos y su medio ambiente, incluyendo biomas con diferencias y similitudes.
  • La Tierra es una gran Biosfera con distintos climas, océanos y continentes.
  • Hipótesis Gaia: visión de una Biosfera autosuficiente.
• Biomas: grupos de ecosistemas con componentes abióticos y bióticos similares.
  • Ejemplo: tundra, estepa, bosques caducifolios y desiertos en una porción de un continente.

Concepto de comunidad

• Es cualquier grupo de poblaciones de organismos vivos en un área o hábitat (Krebs, 1978)
• Grupos de poblaciones de especies que coexisten en el mismo espacio y tiempo (Begon, 1986).
• Es la asociación completa de vegetales y animales interdependientes en un área (Clarke, 1963).
• Las interrelaciones en la comunidad, junto con la adaptación al ambiente, influyen en la evolución de las especies coexistentes.
• Las interrelaciones influyen en los parámetros poblacionales, determinando la abundancia relativa de los organismos.
• Las interrelaciones determinan atributos funcionales como el flujo de energía y materia.
• Las interacciones entre poblaciones tienden a ser desequilibradas y cíclicas, mientras que las interacciones de niveles superiores tienden a la estabilidad pulsante.
• Los grandes ecosistemas son más estables que sus componentes individuales y tienen tiempos de resiliencia diferentes.
  • Un bosque puede tener árboles centenarios junto con arbustos, pequeños mamíferos, hierbas anuales e insectos.

Ejemplo de comunidades

• Grupos de organismos similares en un hábitat, por ejemplo, insectos acuáticos fluviales.
• Se refiere a grupos especializados como los insectos depredadores o detritívoros acuáticos de un río.
• El término "gremio" o "grupo funcional" se emplea más apropiadamente para un grupo definido de organismos que explotan el ambiente de forma similar.
• La comunidad es el resultado de procesos evolutivos que adaptan las especies al ambiente y entre sí.

Estructura física de la comunidad

• La mayor variedad animal se encuentra en las comunidades con mayor estratificación, debido a la variedad de hábitats.
• La distribución horizontal forma parches que reflejan cambios físicos como el tipo de suelo, perturbación, luz, humedad y nutrientes.
• La disposición horizontal influye en la diversidad de vida y está relacionada con las interacciones intra e interespecíficas.

Estructura biológica de la comunidad

• Las especies dominantes son las más numerosas, con mayor biomasa, acaparan el espacio o contribuyen al flujo de energía.
• La diversidad de especies de una comunidad se puede caracterizar por la riqueza y la equitatividad.
• La riqueza de especies es el número de especies, la equitatividad el reparto de los individuos.
• Los zoólogos estudian especies relacionadas (comunidades de mamíferos o aves en un bosque o prado)
• Los botánicos utilizan el término "asociación" para comunidades de plantas con una composición definida.
• Los ecólogos hablan de comunidades autótrofas y heterótrofas.
• Bosques y prados son autótrofas, los arroyos forestados, cuevas, troncos caídos son heterótrofas.
• La zonación implica cambios en la estructura física y biológica de la comunidad y es común en ambientes terrestres y acuáticos.
• La zonación presenta transiciones graduales o cambios abruptos entre comunidades.
• Donde se encuentran dos o más comunidades se forma un borde y el área de solapamiento es el ecotono.

Fragmentación del hábitat

• La fragmentación del hábitat puede resultar en comunidades de borde.
• Las áreas más grandes albergan más especies que las pequeñas, su número depende de la inmigración y extinción.
  • La inmigración depende de la distancia de la isla a una ruta de inmigrantes potenciales.
  • La extinción depende del tamaño de la isla.
• Las poblaciones en hábitats fragmentados forman metapoblaciones, cuyo mantenimiento depende del movimiento de individuos y la diversidad.

Propiedades emergentes de la comunidad

• Son atributos que no se aprecian en individuos o poblaciones, sino en una coexistencia.
• Incluyen resiliencia, productividad, estructura trófica, diversidad, persistencia, dominancia, estabilidad, riqueza, homeostasis, abundancia, escala y sucesión.
• Estructura trófica: distribución de la biomasa entre niveles tróficos, como carnívoros y productores primarios.
• Diversidad: puntos calientes de biodiversidad, con el 44% de plantas vasculares y el 35% de vertebrados confinados en 25 puntos críticos del 1,4% de la superficie terrestre.
• Diversidad funcional: procesos biológicos y químicos como el flujo de energía y el reciclaje de materia, necesarios para la supervivencia.
• Diversidad ecológica: variedad de ecosistemas acuáticos y terrestres.
• Diversidad genética: variedad del material genético dentro de una especie o población.
• Diversidad de especies: número y abundancia de especies en diferentes comunidades.

Estructura física de la comunidad en ecosistemas terrestres

• La estructura física de la comunidad viene dada por los factores abióticos como la profundidad, el flujo del agua o la salinidad en ambientes acuáticos.
• En bosques, el tamaño, la altura de los árboles, la densidad y la dispersión de las poblaciones la definen.
• La estructura se divide en formas de crecimiento, como arbustos y árboles, que a su vez se subdividen en hoja perenne de aguja o de hoja ancha.
• En los ecosistemas terrestres, la estructura está definida en gran medida por la vegetación.
• La estructura vertical sobre tierra refleja las formas de vida vegetal.
• En ecosistemas acuáticos, la estructura queda determinada por los factores físicos como los perfiles de luz, la temperatura y el oxígeno.
• Los estratos verticales en terrestre son el arbóreo, el arbustivo, el herbáceo, el lianoide y el epifítico.
• El sistema útil fue el sistema de Raunkiaer (1903), este clasifica las formas de vida según la relación entre tejidos meristemáticos y la altura del suelo.
• Una forma de vida es su altura sobre el suelo y los tejidos perennes.
• Los Fanerófitos presentan yemas perennes de posición aérea; incluyen árboles y arbustos de más de 25 cm y son de climas cálidos o húmedos.
• Los Hemicriptófitos tienen yemas perennes superficiales, protegidas por el suelo y las hojas; muchas forman rosetas y son de climas templados.
• Los Terófitos son plantas anuales cuyo ciclo vital transcurre de semilla a semilla en una estación; son típicos de desiertos y pastizales.
• Los Caméfitos tienen yemas perennes sobre el suelo, protegidas por las hojas y la nieve; son de climas fríos y secos (ártico).
• Los Criptófitos tienen yemas perennes subterráneas, protegidas de heladas y sequía; son de climas fríos y húmedos
• Los Epifitos crecen sobre otras plantas y sus raíces son aéreas.

Estructura física en comunidades acuáticas

• La profundidad y el flujo del agua influyen en la estructura de las comunidades acuáticas como las de peces.

• No todos los ecosistemas acuáticos se rigen por la misma estructura funcional.

• Lóticos: ríos

• Tienen un flujo longitudinal unidireccional, son poco profundos, dinámicos y heterogéneos.

• Cada parte del río constituye un ambiente física y químicamente diferenciado.

• Estructuralmente se caracterizan por tres dimensiones.

• Longitudinalmente, se diferencian las pozas y zonas de rápidos.

• Horizontalmente, se diferencian la zona mojada, la zona de canal activo y la zona de ribera.

• Verticalmente se diferencian la superficie del agua, la columna de agua y la zona béntica.

• En la zona béntica es importante el hiporheos.

• Las condiciones físicas de los ríos son

• Luz: la luz limita la fotosíntesis por la turbulencia del agua o el sombreado del cauce.

• Temperatura: afecta a todos los procesos biológicos.

• Movimiento del agua: redistribuye alimento y organismos.

• Lénticos: lagos

• Tienen estructuras más variables, y en ellas se considera la profundidad, las fluctuaciones verticales,etc.

• Incluyen lagunas, lagos, humedales, la costa y el océano.

• Pueden presentar termoclinas, gradientes de nutrientes y luminosidad.

• En los ríos grandes es importante la luz por la producción primaria de los sistemas y en los más pequeños se limita la producción por la capa vegetal. +Transparencia indica más penetración de la luz y menos turbidez, a mayor turbidez, menos penetración de la luz.

• En medios de agua léntica la penetración de la luz depende de los nutrientes (verdosos) y de compuestos orgánicos disueltos (amarillo-marrón).

• La temperatura depende de la profundidad y puede generar estratificación de las capas de agua como consecuencia de los cambios de densidad

Estratificación vertical de comunidades terrestres y acuáticas.

• Similitudes:
  • Fijación de energía en el estrato superior.
  • Descomposición en el estrato inferior.
• Diferencias:
  • Estratificación física: comunidades acuáticas.
  • Estratificación biológica: comunidades terrestres.
• Estrato autótrofo: Fija la energía solar, manufactura materia orgánica y sustancias inorgánicas.
• En las comunidades terrestres y acuáticas existe una estructura biológica similar.
• Se concentra en las copas de los bosques, en la capa herbácea de los prados y en la capa superior del agua.
• El estrato heterótrofo usa el carbono para obtener energía mediante el herbivorismo, la depredación y la descomposición.

Atenuación de la luz

• A medida que bajamos las capas, es decir, cuanto más abajo estemos en la vertical, menor será la cantidad de luz que llega.
• Esta disminución se da con mayor fuerza en los ecosistemas acuáticos, fundamentalmente en aguas turbias.
• Para calcular la profundidad, se utiliza esta fórmula:
  • 𝐼𝑍 = 𝐼0𝑒−𝑘𝑑 𝑧
• En la estratificación vertical de comunidades acuáticas determinan la penetración de luz.
• En verano, los lagos bien estratificados presentan
• Epilimnion: capa de agua en libre circulación.
• Metalimnion: se caracteriza por la termoclina.
• Hipolimnion: Capa densa de agua fría a 4°, con baja concentración de oxígeno y capa de barro en el fondo.
• Basándonos en la luz, se reconocen también
• Zona superior trogofénica, dominada por el fitoplancton donde se realiza fotosíntesis
• Zona superior trofolítica donde la descomposición está más activa

Atenuación de la luz en los bosques

• En los bosques las hojas atenúan la luz a medida que disminuye en las capas.
• El porcentaje de luz depende de la densidad de la vegetación y del ángulo en el que se encuentran las hojas.
• 𝐼𝑍 = 𝐼0𝑒−𝑘𝑑 𝐿𝐴𝐼𝑧
• En los árboles como los hayedos o los encinares, las hojas están dispuestas en posición horizontal para absorber la mayor cantidad de luz.

LAI

• Se habla de gradientes de clorofilas, carotenoides u otros pigmentos (mayores clorofilas en las capas superiores, mayores carotenoides en las inferiores)
• Permite comprender los factores clave para clasificar las comunidades.
• La estructura vertical de un bosque proporciona la estructura para albergar la vida animal.
• Un sistema boscoso posee varias capas.
• Zona de copas: Se puede decir que cuanto menos densa ésta, más nutrientes para desarrollarse.
• Sotobosque: árboles jóvenes y arbustos altos que pueden alcanzar la zona de copas.
• Capa de arbustos: los más pequeños.
• Capa herbácea o de tierra: dependiendo de la humedad del suelo y los nutrientes.
• Suelo forestal.

Zonación vertical

Tiene efectos sobre la vida animal en la comunidad. Hay relación entre la diversidad del follaje con las especies de aves (a mayor estratificación, mayor diversidad y espacio habitable)

Estructura física de la comunidad

• Respecto a la comunidad, esta se ofrece con la variedad animal ya que esta viene proporcionada en razón de la diversidad de los hábitats.

Estratificación Horizontal

• La disposición de las influencias ambientales y biológicas y la estructura y fertilidad del suelo, así como la distribución de luz y sombra y las variaciones.
• La disposición, la distribución de las comunidades se relacionan con las interacciones.
• Es así como cuando el paisaje es más heterogéneo, se da una mayor proliferación de número de especies.

Microclimas, Bordes y Ecotonos.

• Se dan a todas las escalas y varían sus condicionantes. Normalmente condiciones locales , así como el grado de alteración del ganado, variará si hay pastoreo o pisoteo en el mismo.
• También manchas debidas a patrones reproductivos o relaciones. Entre especies, como en algunas Especies que interfieren en el ambiente.
• Los Ecotono surgen en la transición y varían las especies de mezcla con las colindantes y por especies, también oportunistas. Dependen de la longitud y anchura. Ocurre que el límite se deba también a cambios de geomorfía.
• Habrá bordes permanentes en el tiempo , los inherentes, y otros temporales inducidos.
• Éstos últimos cambiaran y son debidos a alteraciones.
• Especie con mucha predisposición a colonizar estos ecotonos.
• Lo que podemos encontrar en estos escenarios, con especies invasoras , especies invasoras o estrategas de la R, con su capacidad de colonizar.

Heterogeneidad temporal : Estacionalidad

A: Tropico de Costa Rica B: Herbáceas

• Integración de las especies para minimizar que se solapen. Caducifolio de la estación seca con la floración.

Herbaceas

• Los cambios de fenómenos estacionales según la fenología. Regularidad y duración al cambio vegetal. Las hierbas uniformemente espaciadas hacia lo largo del verano, se transformará, con la floración .

Gradual .

• Los niveles de polinización dependerá del momento y esto ayuda a la floración que depende de la vegetación. De la luz según el punto con respecto entre lo que se pueda desarrollar.
• Una hipótesis: La transformación en el tiempo- sucesión.
• Variación temporal de la comunidad, a través del espacio , siendo la densidad (Sucesión), un nuevo trabajo ante cualquier perturbación.
• Transparencia es la similitud de patrones en especies . En espacios y tiempos determinados , debido a las investigaciones.