04 Tema 4 Ecologia y evolucion - Ciencias … · Uniones evolutivas – las especies que están en el ... helechos, coníferas y plantas con flor. 5.Animalia ... las bayas de los

TEMA 4: ECOLOGÍA Y EVOLUCIÓN

BIOLOGÍA BI 1

Evidencia de las secuencias de ADN para ayudar en la clasificación

Hylobates syndactylus (siamang)

Hylobates concolor (white cheeked gibbon)

Hylobates klossi (Kloss's gibbon)

Hylobates lar (white headed gibbon)

Pongo pygmaeus (orangutan)

Pan troglodytes (common chimpanzee)

Pan paniscus (pygmy chimpanzee)

Homo sapiens (humano)

Gorilla gorilla (gorila)

1 Clasificación 1.1 ¿POR QUÉ CLASIFICAR A LOS ORGANISMOS?

La clasificación en biología es el ordenamiento de los organismos vivos en grupos. Se ganan muchas ventajas mediante la clasificación de organismos.

? Identificación de especies – es más fácil averiguar a qué especie un organismo corresponde con organismos clasificados más que en un catálogo desorganizado. ? Valor predictivo – si varios miembros de un grupo tienen una característica, otras especies

en este grupo probablemente también tendrán esta característica. ? Uniones evolutivas – las especies que están en el mismo grupo probablemente compartan

características debido a que han evolucionado desde un ancestro en común, de modo que la clasificación de grupos puede ser usada para predecir cuánto han evolucionado.

1.2 ESPECIES Y GÉNERO

En la clasificación de los organismos vivos el grupo elemental es la especie . Una especie es un grupo de organismos con características similares, las cuales pueden entrecruzarse y producir una descendencia fértil. Cada especie es clasificada en un género. Un género es un grupo de especies similares. Cada especie necesita un nombre internacional, de modo que los biólogos de todo el mundo puedan referirse a él. El nombramiento de las especies es llamada nomenclatura. La nomenclatura que los biólogos usan se llama sistema binominal debido a que se usan dos nombres para referirse a cada especie. Las características claves del sistema binominal de nomenclatura son: ? El primer nombre es el nombre del género. ? La primera letra del nombre del género es

mayúscula. ? El segundo nombre es el nombre de la especie. ? La primera letra del nombre de la especie es

minúscula. ? Cuando se imprime el nombre, se usa letra cursiva. ? Cuando se escribe el nombre en manuscrita, se

subraya.

Evidencia de las secuencias de ADN para ayudar en la clasificación

El cladograma muestra las relaciones entre los humanos y las especies más similares a los humanos, basado en comparaciones entre los ADN de cada una de las especies. Los chimpancés y los gorilas fueron ubicados en una familia con los orangutanes, pero probablemente deberían ser ubicados en la misma familia que los humanos de acuerdo a la evidencia de ADN.


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1.3 CINCO REINOS Los taxónomos no siempre están de acuerdo acerca de cómo deberían ser clasificados los organismos en reinos. Un sistema que es ampliamente usado tiene cinco reinos. 1.Procariota – incluye a todos los tipos de bacteria. 2.Protista – incluye a los organismos unicelulares como amebas y algas. 3.Fungi – los hongos y levaduras. 4.Plantae – incluye musgos, helechos, coníferas y plantas con flor. 5.Animalia – incluye a las esponjas, corales, insectos, aves y mamíferos.

1.4 CLASIFICACIÓN DESDE ESPECIE A REINO

Un grupo de organismos, tal como una especie o un género es llamado taxón. Las especies son clas ificadas en una serie de taxa, cada una de las cuales incluye un rango más amplio de especies que la previa. Esto es llamado la jerarquía de los taxa.

Ejemplo animal

Ballena azul

Ejemplo vegetal Sequoia

Especies similares, son agrupadas en un género Género Balaenoptera

Género Sequoia

Géneros similares, son agrupados en una familia

Familia Balaenopteridae

Familia Taxodiaceae

Familias similares, son agrupadas en un orden Orden Cetacea Orden Pinales Órdenes similares, son agrupados en una clase Clase Mammalia Clase

Pinopsida

Clases similares, son agrupadas en un filum Filum Chordata Filum Coniferophyta

Fila similares, son agrupados en un reino Reino Animalia Reino Plantae

2 Identificación de Organismos Vivos

2.1 EL USO DE CLAVES PARA IDENTIFICAR ORGANISMOS

La primera etapa en muchas investigaciones ecológicas es averiguar que especies de organismos hay en un área de estudio. Esto se llama identificación de especies. Esto puede hacerse usando claves. Las claves para la identificación de especies son usualmente construidas en esta forma: ? la clave consiste en una serie de etapas numeradas. ? cada etapa consiste en un par características alternativas. ? algunas alternativas dan la próxima etapa de la clave para ir hacia. ? algunas alternativas dan la identificación. Identificación de plantas de acuario usando una clave Muchas plantas acuáticas en acuario de laboratorios biológicos corresponden a uno de estos cuatro géneros: ? Cabomba ? Ceratophyllum ? Elodea ? Myriophyllum


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Todas estas plantas tienen raíces cilíndricas con verticilos de hojas. En la figura se muestra la forma de cuatro hojas (abajo). Se puede usar una clave para identificar cuál de los cuatro géneros una planta corresponde a, si se conoce para estar en uno de ellos. 1. Hojas simples sin divisiones .............................................................................................Elodea

Hojas dentadas o divididas en segmentos ................................................................................ 2

2. Hojas dentadas una o dos veces para formar dos o cuatro segmentos.............Ceratophyllum

Hojas divididas en más de cuatro segmentos ........................................................................... 3

3. Hojas divididas en muchos segmentos aplanados ......................................................Cabomba

Hojas divididas en muchos segmentos filamentosos............................................ Myriophyllum Algunas especies de Elodea recientemente han sido cambiadas por taxónomos a otro género: Elodea densa es ahora Egeria densa. Elodea crispa es ahora Lagarosiphon major.

Construcción de una clave Hojas de plantas de acuario

Los cinco animales que se muestran se encuentran en colmenas. Sería útil crear una clave para permitir a un colmenero identificarlos, como algunos de ellos son muy dañinos y otros son inofensivos a las abejas de la miel.

Galleria mellonella Braula coeca

Acarapis woodi

Acarus siro

Varroa jacobsonii


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3 Medición de Poblaciones 3.1 POBLACIONES

Una población humana es la gente que vive en un pueblo, una ciudad o alguna otra área definida. En biología, las poblaciones pueden ser de humanos, animales, plantas y cualquier organismo vivo. Una población es un grupo de organismos de la misma especie que vive en la misma área al mismo tiempo. Usualmente es imposible contar a todos los individuos en una población. Hay muchos métodos para hacer estimaciones del tamaño poblacional. El método de captura – marcaje – liberación – recaptura es adecuado para animales móviles y difíciles de encontrar (véase figura abajo a la izquierda). El método de muestreo al azar es adecuado para plantas que son móviles y son fáciles de encontrar (abajo a la derecha).

1. Captura de individuos tantos como sean posible en el área ocupada por la población animal, usando redes, trampas y búsqueda cuidadosa.

e.g. búsqueda cuidadosa de caracoles estriados (Cepaea nemoralis)

2. Marcaje de cada individuo, sin hacerlos más visibles a los depredadores.

e.g. marcaje del interior de la concha del caracol con un punto de pintura no tóxica.

3. Liberación de todos los individuos marcados y se les deja regresar a su hábitat.

24 marcados

16 no marcados

5. Calculo del tamaño poblacional estimado mediante el uso del índice de Lincoln:

tamaño poblacional = n1 x n2 / n3

n1 = número capturado e inicialmente marcado n2 = número total capturado en la segunda ocasión n3 = número de individuos marcados recapturados

4. Recaptura de individuos tantos como sean posibles y contar cuántos están marcados y cuántos no.

1. Marcar las líneas de una grilla dos a lo largo de los bordes de un área.

2. Usar una calculadora o tablas para generar dos números al azar, para usar como coordenadas y ubicar un cuadrante en el terreno con su esquina en estas coordenadas.

3. Contar cuántos individuos están al interior del cuadrante de la población de plantas en estudio. Repetir las etapas 2 y 3 tantas veces como sea posible.

4. Medición del tamaño total del área ocupada por la población, en metros cuadrados.

5. Calculo del número promedio de plantas por cuadrante. Luego calcular el tamaño poblacional estimado usando esta ecuación: Tamaño número promedio por cuadrante x área total poblacional = área de cada cuadrante

Método Captura-Marcaje-Liberación-Recaptura Método al azar mediante cuadrantes

e.g. 14 y 7

= 5 individuos


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3.2 MUESTRAS AL AZAR

Una muestra es una parte de una población, parte de un área o parte de alguna otra cosa, escogida para ilustrar cómo es la población total, área u otra cosa. Por ejemplo, una muestra de una población está conformada por algunos individuos de la población, pero no todos ellos. En un muestreo al azar, todos los individuos en una población tienen igual oportunidad de ser seleccionados. El muestreo al azar en poblaciones de plantas involucra un conteo de números pequeños, partes del área total aleatoreamente localizadas. Las áreas de muestreo usualmente son cuadradas y son demarcadas usando marcos llamados cuadrantes.

3.3 EL CÁLCULO DE LA MEDIA DE UN GRUPO DE DATOS

Para calcular la media de un grupo de valores, todos los valores deben agregarse para dar un total (? x). Divida este total por el número de valores (n):

Media = (? x ) / n

4 Variación en las Poblaciones Aunque algunos miembros de la población mue4stren similitudes debido a que son miembros de la misma especie, también muestran diferencias – variación. Por ejemplo, los humanos varían en la estatura y en el color de la piel. El rango de variación puede mostrarse usando un gráfico llamado distribución de frecuencia. La mayor variación da una variación de frecuencia en forma de campana llamada distribución normal. El valor promedio está en la mitad de la distribución. Otra estadística llamada desviación estándar se usa para calcular cuán distantes están los valores que están propagados sobre y bajo la media. Una desviación estándar alta muestra que el dato está ampliamente distribuido y una baja desviación estándar que los datos están muy agrupados cerca de la media. Una regla útil es que el 68% de los valores se presentan entre una desviación estándar de uno sobre y bajo la media en una distribución normal (más abajo). La distribución estándar puede ser usada para ayudar a decidir si es probable que la diferencia entre dos medias sea significativa. Se describen dos ejemplos más abajo.

La distribución normal

68% del área está entre las desviaciones estándar

-1.0 y +1.0

Más del 95% del área está entre las desviaciones

estándar -2.0 y +2.0

media


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LEYENDA Distribución de masas de baya hojas

abigarradas

hojas verdes

Desviac. estándar hojas abigarradas

hojas verdes

4.1 VARIACIÓN EN BAYAS

Un grupo de estudiantes colectó bayas de muérdago desde dos árboles Ilex aquifolium. Un árbol tenía hojas verdes y el otro hojas abigarradas (hojas con partes verdes y partes amarillas). Hipótesis: las bayas de los árboles con hojas abigarradas serán más pequeñas que las bayas de los árboles con hojas completamente verdes. Se encontró la masa de algunas bayas de cada árbol. Se calculó la masa media y la desviación estándar para cada árbol.

Árbol Masa media de grosellas

Desviación estándar

Hojas verdes 427 mg 73 mg

Hojas abigarradas 3989 mg 80 mg

4.2 VARIACIÓN EN CAMPAÑOLES

Los ecólogos notaron que los campañoles (Clethrionomys glareolus ) aparentemente crecían a un tamaño más grande en Raasay, una pequeña isla Escocesa, que en el continente. Hipótesis: los campañoles adultos son más grandes en Raasay que en el continente británico. Los campañoles adultos fueron capturados usando pequeñas trampas para mamíferos en Raasay y en el continente. Se midió la longitud de cada campañol y se calcularon las longitudes medias y desviaciones estándar.

Población de campañoles

Longitud media

Desviación estándar

Continente británico 92 mm 5.2 mm

Raasay

110 mm 7.1 mm

más y menos una desviación estándar de 1 de la media de continente

más y menos una desviación estándar de 1 de la media de Raasay

Leyenda ratones de continente ratones de Raasay

Frecuencia

Las bayas de los árboles con hojas verdes tenían 28 mg más de masa media que aquellas de los árboles con hojas abigarradas. Sin embargo las desviaciones estándar (73 mg y 80 mg) son mucho mayores que la diferencia entre las medias. Por lo tanto es improbable que la diferencia en la masa media de las bayas sea significativa.

La longitud media de los campañoles en Raasay es de 18 mm más grande que la longitud media de los de continente. Las desviaciones estándar (5.2 y 7.1) son mucho más pequeñas que la diferencia en las medias. La diferencia en la longitud de los campañoles fue por lo tanto ciertamente significativa – la población de Raasay creció a un tamaño más grande.


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5 Dinámicas Poblaciones 5.1 CAMBIOS EN EL TAMAÑO DE UNA POBLACIÓN

Hay cuatro formas en las cuales el tamaño de una población puede cambiar:

Las descendencias se producen y agregan a la población – natalidad. Los individuos mueren y quedan fuera de la población – mortalidad. Los individuos se desplazan en un área desde otra parte y son agregados a la población – inmigración. Los individuos salen del área para vivir en otra parte – emigración. A menudo las poblaciones son afectadas por estos cuatro factores y el cambio global puede ser calculado usando una ecuación:

cambio poblacional =(natalidad + inmigrac ión) – (mortalidad + emigración)

5.2 CURVAS DE CRECIMIENTO POBLACIONAL

Si se mide regularmente el tamaño de una población, se puede dibujar una curva. Cuando una especie se distribuye en una nueva área, a menudo la curva de crecimiento poblacional es sigmoídea (forma-S). Las tres fases de esta curva son explicadas mediante cambios en la natalidad y mortalidad.

1. Fase exponencial

La población aumenta exponencialmente debido a que la tasa de natalidad es mayor que la tasa de mortalidad. Los recursos necesarios para la población tales como el alimento son abundantes, y las enfermedades y los depredadores son raros.

1. Fase transicional

La tasa de natalidad comienza a caer y/o la tasa de mortalidad comienza a subir. La natalidad es aún más alta que la mortalidad de modo que la población sigue aumentando, pero menos y más lenta.

3. Fase de estabilidad

La natalidad y la mortalidad son iguales de modo que el tamaño poblacional es constante. Algunos factores han limitado a la población tales como: ? fuente de recursos, e.g. alimento. ? más predadores ? más enfermedad y parásitos Todos estos factores limitan el crecimiento de la población debido a que llegan a ser más intensos a medida que la población aumenta y llega a ser más numerosa. Estos también reducen la tasa de natalidad y aumentan la tasa de mortalidad. Si la población está limitada por un suministro de recursos, ha alcanzado la capacidad de carga del medio ambiente. La capacidad de carga es el tamaño poblacional máximo que puede soportar el medio ambiente.

Tiempo

Tamaño poblacional


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6 Selección Natural 6.1 DARWIN, WALLACE Y LA EVOLUCIÓN POR SELECCIÓN NATURAL

La evolución es la acumulación de los cambios en las características hereditarias de una población. Charles Darwin desarrolló la teoría que la evolución ocurre como un resultado de la selección natural. El explicó su teoría en El Origen de las Especies, publicado en 1859. El ha hecho muchos años de investigación y ha colectado mucha evidencia para la teoría mucho antes.

Darwin demoró la publicación de sus ideas muchos años, temiendo a una reacción hostil. Nunca los hubiera podido publicar si otro biólogo, Alfred Wallace, no le hubiera escrito una carta en 1858 sugiriendo muchas ideas similares.

La teoría de la evolución de la selección natural puede ser explicada en una serie de observaciones y deducciones.

La fotografía a la derecha muestra una estatua de Charles Darwin en Shrewsbury School, donde fue pupilo desde 1818-1825.

Observaciones Deducciones

* Las poblaciones de organismos vivos tienden a aumentar exponencialmente.

* Sin embargo, en general, el número de individuos en las poblaciones permanece casi constante.

* Se producen más descendencias de

las que el ambiente puede soportar. * Hay una lucha por la existencia en la

cual algunos individuos sobreviven y otros mueren.

* Los organismos vivos varían. Los miembros de una especie son diferentes a las otras en muchas formas.

* Algunos individuos tienen características que los hacen bien adaptados a su ambiente y otros individuos y otros individuos tienen características que los hacen peor a su ambiente.

* Los individuos mejor adaptados tienden a sobrevivir y reproducirse más que los individuos menos adaptados. Esto es selección natural.

* Mucha variación es heredable – puede ser pasada a la descendencia.

* Los individuos mejor adaptados pasan sus características a más descendencia que a los individuos menos adaptados.

Por lo tanto los resultados de la selección natural se acumulan.

* Como una generación sigue a la otra, las características de las especies cambian gradualmente – las especies evolucionan.


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En 1828 Darwin, siendo muy joven, estuvo forzado a aprender suficientes matemáticas para pasar un examen universitario. El siguiente extracto es de la carta que él escribió a Charles Whitley, un amigo y matemático eminente. “Estoy tan desocupado como puedo estar: una de las causas ya las debes saber, es la indecisión que se ha vuelto completamente consciente, mi cabeza no es suficientemente capaz de retener o comprender las matemáticas. La captura de escarabajos & esas cosas, que lamento decir que son parte de mi propia esfera”

7 La Evolución en Acción 7.1 REPRODUCCIÓN SEXUAL Y EVOLUCIÓN

La variación es esencial para la selección natural y por lo tanto para la evolución. Aunque la mutación es la fuente original de nuevos genes o alelos, la reproducción sexual promueve la variación permitiendo la formación de nuevas combinaciones de alelos. Hay dos etapas que promueven la reproducción sexual: 1. La meiosis permite una gran variedad de gametos genéticamente diferentes para ser

producidos por cada individuo.

2. La fertilización permite que los alelos de dos individuos diferentes se combinen en un nuevo individuo.

Los procariotas no se reproducen sexualmente pero tienen otras formas para promover la variación mediante intercambio de genes. Algunas especies de organismos sólo se reproducen asexualmente. Las mutaciones aún producen cierta variación en es tas especies, pero sin reproducción sexual la variación y la capacidad y la capacidad para la evolución es menor.

7.2 RESISTENCIA MÚLTIPLE A ANTIBIÓTICOS EN BACTERIAS

Los antibióticos son usados para las enfermedades causadas por bacterias en los humanos. Han estado aumentando los problemas causados por bacterias que son resistentes a los antibióticos. La figura más abajo muestra el porcentaje de casos de gonorrea (una enfermedad de transmisión sexual) en los Estados Unidos que fueron causadas por los efectos de la resistencia antibiótica de Neisseria gonorrhoeae entre 1980 y 1990. La tendencia con muchas otras enfermedades ha sido similar. Los genes que dan resistencia a un antibiótico se pueden encontrar en los microorganismos que naturalmente hacen ese antibiótico. La evolución de la resistencia antibiótica múltiple involucra los siguientes pasos:


BIOLOGÍA BI 10

987

6

543

210

Por

cent

aje

de r

esie

tenc

ia a

las

pres

ione

s de

N. g

onor

rhoe

ae

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990Año

? Un gen que resistencia a un antibiótico es transferido a una bacteria por medio de un

plásmido o en alguna otra forma. Luego hay una variación en este tipo de bacteria – algunas bacterias son resistentes al antibiótico y otras no.

? Los doctores o veterinarios usan los antibióticos para controlar a las bacterias. La selección natural favorece a las bacterias que son resistentes a ella y elimina a las no resistentes.

? Las bacterias de resistencia antibiótica se reproducen y se propagan, reemplazando a las no resistentes. Eventualmente, la mayoría de las bacterias son resistentes.

? Los doctores y veterinarios cambian a un antibiótico diferente para controlar a las bacterias. La resistencia a estos desarrollos tempranos, de modo que otro antibiótico sea usado, y así hasta que una bacteria de resistencia múltiple se haya desarrollado.

7.3 INCERTIDUMBRES ACERCA DE LA EVOLUCIÓN MEDIANTE LA SELECCIÓN NATURAL Hay mucha evidencia para la teoría que la especies evolucionan mediante selección natural. Por ejemplo, hay algunos casos bien conocidos donde las especies han sido observadas para cambiar sus características en respuesta a los cambios en su medio ambiente. Dos ejemplos –el desarrollo de resistencia antibiótica en bacterias y de tolerancia metálica en plantas, que se explican más abajo (Otros ejemplos se entregan en la Opción D). Sin embargo, en casos recientes de evolución observada todo involucra cambios relativamente pequeños. A pesar de la fuerza de la evidencia, no es posible probar que las especies modernas que las especies modernas han evolucionado por selección natural y así la evolución sostiene una teoría.

7.4 TOLERANCIA AL METAL EN PLANTAS

Los materiales de desecho desde la minería del metal y la fundición a menudo contienen elevados niveles de metales tales como plomo, níquel o cobre. Estos desechos a menudo son vertidos y debido a la contaminación metálica, pocas plantas crecen sobre ellos. Algunas plantas colonizan gran cantidad de desechos y cuando están probados se encuentra que tienen una gran tolerancia a los metales en el desecho que es usual para sus especies.


BIOLOGÍA BI 11

0Distancia en metros

10 20 30 400

10

20

30

40

50

60

Índi

ce d

e to

lera

ncia

área no contaminada

área contaminada

LEYENDAplantas adultas

descendencia de plantas

adultas

La evidencia para la evolución de la tolerancia a los metales en un pasto (Agrostis tenuis) se obtuvo de la siguiente forma.

? Se mapeó un área de contaminación por cobre cerca de una vieja mina de cobre en North Wales. ? Se marcó un transecto lineal, el cual

corrió desde un área no contaminada a un área severamente contaminada. ? Se colectaron muestras de plantas de

Agrostis tenuis a lo largo del transecto lineal y se probaron das a la tolerancia al cobre. ? Se colectaron las semillas desde las

mismas plantas. Germinaron semillas y las plantas que crecieron desde ellas también se probaron a la tolerancia al cobre.

La figura más abajo muestra los resultados.

? Las plantan que crecían en un área contaminada fueron más tolerantes al cobre que las plantas del área no contaminada. ? La descendencia de estas plantas heredó al menos algo de la tolerancia al cobre, mostrando

que los genes están involucrados. ? Se mostraron otros experimentos que, si las plantas crecían usando semillas colectadas

desde plantas adultas creciendo bajo el viento del área de contaminación por cobre, estas plantas también mostraron tolerancia al cobre. El polen que lleva los genes de tolerancia al cobre es blown a las plantas bajo el viento.

8 Niveles Tróficos

Las poblaciones no viven en aislamiento – ellas viven con otras poblaciones en comunidades. Una comunidad es un grupo de poblaciones que viven juntas e interactúan con otras en un área. Hay muchos tipos de interacción entre poblaciones en una comunidad. Las relaciones tróficas son muy importantes – donde una población de organismos se alimenta de otra población. Las secuencias de las relaciones tróficas, donde cada miembro en la secuencia se alimenta se alimenta del previo, se llaman cadenas alimentarias. Un ejemplo de bosque de Iguazu al noreste de Argentina.

Flor de la pasión

(Pasiflora schummaniana)

Mariposa heliconia

(Heliconius erato)

Lagartija tegu (Tupinambis

teguixin)

Jaguar (Pantera

onca)


BIOLOGÍA BI 12

Un ejemplo del pastizal de yeso y el aire sobre él en Europa.

El primer organismo en una cadena alimenticia no se alimenta de otros organismos ya que debe ser un productor – un organismo que hace su propio alimento. Los otros organismos son todos consumidores y son llamados primarios, secundarios, terciarios y así sucesivamente, dependiendo de su posición en la cadena. El productor, consumidor primario, consumidor secundario y consumidor terciario son ejemplos de niveles tróficos. El nivel trófico de un organismo es su posición en la cadena alimenticia. Ejemplo:

Una cadena alimenticia muestra sólo alguna de sus relaciones tróficas en una comunidad. Los organismos rara vez se alimentan sólo de un tipo de organismo y son usualmente alimentados por más de un organismo. La red compleja de niveles tróficos en una comunidad se muestra completa en un diagrama complejo llamado trama alimentaria. Un ejemplo de una trama alimentaria se muestra en el punto 10.

9 Flujo de Energía 9.1 OBTENCIÓN DE ENERGÍA

Todos los organismos en una comunidad necesitan un suministro de energía. Los organismos se dividen en dos grupos de acuerdo a sus fuentes – autótrofos y heterótrofos.

Planta de la zanahoria

(Daucus carota)

Mosca de la zanahoria

(Psila rosea)

Cazamoscas (Muscicapa

striata)

Gavilán (Accipiter

nisus)

Azor (Accipiter gentilis)

Productor Lechuga marina (Ulva lactuca)

Consumidor 1º Iguana marina (Amblyrhyncus

cristatus )

Consumidor 2º Serpiente de Galápagos (Domiscus biserialis)

Consumidor 3º Halcón de Galápagos

(Buteo galapagensis)


BIOLOGÍA BI 13

calor

energía lumínica

fotosíntesis

energía en la materia orgánica de los

productores

La muerte del productor ya que la energía pasa a los

detritívoros y saprófagos cuando

digieren al productor

energía en la materia orgánica de detritívoros

y saprófagos

La energía pasa a un consumidor primario cuando se come al

productor

energía en la materia orgánica

de los consumidores

primarios

Liberación de energía en forma de calor por la respiración celular en los productores

la energía en la materia orgánica comida por los consumidores

primarios

Parte de la materia orgánica no se digiere,

de modo que la energía se pierde en

las heces y pasa a los detritívoros y

saprófagos.

la energía en la materia orgánica de los tejidos de los consumidores

primarios

la energía en la materia orgánica de detritívoros y

saprófagos

calor

Liberación de energía en forma de calor por la respiración celular en los productores

la energía en la materia orgánica comida por los consumidores secundarios

La energía pasa a un consumidor secundario cuando se come al consumidor primario

Muerte del consumidor primario o descomposición de sus partes sin comer, de modo que la energía pasa a los detritívoros y saprófagos cuando digieren su cuerpo

Autótrofos Heterótrofos Los autótrofos son organismos una fuente de energía externa para producir materia orgánica desde desechos inorgánicos

Los heterótrofos son organismos que usan la energía contenida en la materia orgánica, obtenida desde otros organismos

Los autótrofos hacen su propio alimento, de modo que son llamados productores

Los heterótrofos obtienen su alimento desde otros organismos. Hay tres tipos de heterótrofos – consumidores, detritívoros y saprófagos.

Ejemplos de productores – árboles, plantas de maíz, algas, bacterias verde-azules

Los consumidores se alimentan de otros organismos vivos. Ejemplos de consumidores – langostas, ovejas, leones

Todas las cadenas comienzas con un productor. En casi todas las comunidades los productores hacen materia orgánica mediante fotosíntesis Los detritívoros se alimentan de materia

orgánica muerta mediante ingestión La luz es por lo tanto la fuente inicial de energía para toda la comunidad

Ejemplos de detritívoros – escarabajo bolero, lombrices de tierra

Los saprófagos se alimentan se alimentan de materia orgánica muerta secretando enzimas digestivas en ella y absorben los productos de la digestión

Ejemplos de saprófagos – moho, hongos

9.2 EL FLUJO DE ENERGÍA A TRAVÉS DE COMUNIDADES

El flujo de energía a través de los productores

Los productores convierten la energía solar en la energía química de azúcares y otros compuestos orgánicos. Esta energía atrapada por los productores eventualmente los deja en una de tres formas.

El flujo de energía a través de los consumidores

Los consumidores primarios comen productores y así obtienen la energía desde ellos. Ellos no absorben toda la energía del alimento que comen. La energía que almacenan en sus tejidos la dejan en una de tres formas.


BIOLOGÍA BI 14

calorenergía lumínica

productores consumidores primarios

consumidores secundarioscomidos comidos

detritívoros y saprófagos

muerte, pérdida de tejidos y heces

respiración celular


fotosíntesis

10 Tramas Alimentarias y Pirámides Energéticas 10.1 TRAMAS ALIMENTARIAS

Una trama alimentaria es un diagrama que muestra todas las relaciones alimentarias en una comunidad. Las flechas indican la dirección del flujo de energía. Diagramas de tramas alimentarias completas son muy complejos. La figura (más abajo) muestra una trama alimentaria simplificada para una comunidad que vive en un área de tundra ártica en Ogotoruk Valley.

LobosConsumidores secundarios

Consumidores primarios

Productores

Carcayues Fragatas Gaviotas Comadrejas Bhuos y alcones

Osos Grizzly

CaribuesCampañoles y lemmings

Ardillas de campo

Plantas (principalmente

juncia de algodón)

10.2 PIRÁMIDES ENERGÉTICAS

Las pirámides energéticas son pirámides que muestran cuánta energía fluye a través de cada nivel trófico en una comunidad. Las cantidades de energía se muestran por metro cuadrado de área ocupada por la comunidad por año (Kjm-2 año-1). La figura (más abajo) es una pirámide de energía para Silver Springs, un río en Florida.


BIOLOGÍA BI 15

87.000productores

consumidores terciarios

consumidores primarios

consumidores secundarios

14.000

1602

67

consumidores secundarios

consumidores primarios

productores

117

1278

152.000

La figura (más abajo) es una pirámide de energía para una marisma en Georgia. Las pirámides de energía son siempre formadas – cada nivel es más pequeño que el de más abajo. Esto se debe a que menos energía fluye a través de cada nivel trófico sucesivo. Se pierde energía en cada nivel trófico, de modo que menos queda para el próximo nivel. Note que se pierde tanta masa como energía, de tal manera que la energía contenida por gramo de tejido de cada nivel trófico sucesivo no es más baja. La energía se pierde en varias formas. En la primera de las tres formas de energía la comunidad no la pierde completamente como le sucede a detritívoros y saprófagos. ? Algunos organismos mueren antes que otro organismo los coma en el próximo nivel trófico. ? Algunas partes de los organismos no se comen, tales como los huesos o el pelo. ? Algunas partes de los organismos no son digeridos y salen como heces. Gran parte de la energía absorbida por un organismo es liberada en la respiración celular. La energía, en forma de ATP, es usada en procesos tales como contracción muscular o transporte activo que requiere energía. Estos procesos involucran transformaciones energéticas, las cuales nunca son 100% eficientes. Parte de la energía es convertida a calor. 10-20% es un nivel de eficiencia típico. La mayor parte de la energía que es liberada por el organismo mediante la respiración celular, se pierde como calor. La energía absorbida por los organismos vivos sólo está disponible en el próximo nivel trófico si se mantiene como energía química en el crecimiento del organismo. Esto es sólo una pequeña proporción de la energía absorbida.

11 El Ciclo de Nutrientes 11.1 ECOSISTEMAS, ECÓLOGOS Y ECOLOGÍA

Las comunidades de organismos vivos interactúan de muchas formas con el suelo, el agua y el aire que los rodean. Los alrededores no vivos de una comunidad son su ambiente abiótico. Una comunidad y su ambiente abiótico funcionan juntos como un sistema llamado ecosistema . Un ecosistema es una comunidad y su ambiente abiótico. Los ecólogos estudian las relaciones complejas en los ecosistemas. El área de estudio es llamada ecología. La ecología es el estudio de las relaciones en los ecosistemas – las relaciones entre organismos y entre organismos y su medioambiente.

Pirámide energética para un río Pirámide energética para una marisma


BIOLOGÍA BI 16

11.2 RECICLAJE DE NUTRIENTES EN LOS ECOSISTEMAS

El reciclaje de nutrientes es un ejemplo de las interacciones entre los organismos vivos y el ambiente abiótico en un ecosistema. La energía no se recicla. Es suministrada a los ecosistemas en forma de luz, fluye a través de las cadenas alimentarias y se pierde como calor. Usualmente los nutrientes no reabastecen a los ecosistemas – ellos deben haber usado una y otra vez el reciclaje. El Carbono, nitrógeno, fósforo y todos los otros elementos esenciales deben ser reciclados. Ellos son absorbidos desde el ambiente, usados por organismos vivos y luego devuelto al ambiente. Los procesos involucrados en el ciclo del carbono se muestran más abajo.

en combustibles fósiles, e.g. carbón,

petróleo y gas

C

descomposición incompleta y fosilización


Cen compuestos

orgánicos de bacterias y hongos saprotróficos

Cen compuestos orgánicos de los consumidores

en compuestos orgánicos de los

productores

C

en el aire y el agua

C



combustión en incendios forestales fotosíntesis

alimentación

alimentación

muerte

muerte

combustión

El ciclo del carbono


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11.3 EL ROL DE LOS SAPRÓFAGOS EN EL RECICLAJE DE LOS NUTRIENTES

Las bacterias y hongos saprófagos tienen un rol esencial en los ciclos de los nutrientes. Ellos se alimentan mediante la secreción de enzimas digestivas al interior de materia orgánica muerta, incluyendo plantas y animales muertos y heces. Las enzimas gradualmente desintegran la materia orgánica y se liberan los nutrientes que estaban contenidos en compuestos orgánicos complejos. Los saprófagos absorben las sustancias que ellos necesitan desde la materia orgánica digerida. Sin saprófagos, los nutrientes permanecerían permanentemente contenidos en la materia orgánica muerta y los organismos que necesitan los nutrientes pronto llegarían a ser deficientes.

12 Impactos Globales 12.1 LOS HUMANOS Y LA BIÓSFERA

Los ecosistemas del mundo no están aislados. Ellos tienen efectos sobre los otros y algunas veces dependen de los otros. Por ejemplo, el dióxido de carbono producido por un ecosistema puede ser transportado en vientos a otro ecosistema y allí ser usado en la fotosíntesis. Las funciones ecosistémicas juntas como un sistema conforman la biósfera. La biosfera es la capa delgada de ecosistemas interdependientes e interrelacionados que cubre la Tierra. Muchas actividades humanas han afectado la biosfera. El hielo de la Antártica igual ha sido afectado – contiene plomo desde el escape de los vehículos y grandes cantidades de ello han se han derretido como resultado de un efecto invernadero creciente. El efecto invernadero creciente es un ejemplo de las actividades humanas que tienen un impacto global.

12.2 EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA GLOBAL

Los registros de temperatura han sido analizados para encontrar la media de todo el mundo en cada año desde 1856 en adelante. La figura (más abajo) muestra la diferencia entre la temperatura media para cada año y una temperatura media global para los años 1961-1990. Las tendencia son que, desde 1856 hasta cerca de 1910, las temperaturas fueron relativamente estables, desde 1910 hasta 1940 las temperaturas aumentaron y se estabilizaron y desde 1970 ha habido un rápido incremento. Los cambios en la temperatura podrían tener varias causas, pero la causa más probable es el aumento del efecto invernadero. La figura (más abajo) muestra cómo los gases en la atmósfera causan el efecto invernadero en la Tierra. El dióxido de carbono tiene el efecto global más grande.

12.3 EL AUMENTO EN LOS NIVELES DE DIÓXIDO DE CARBONO

Se ha medido la concentración de dióxido de carbono de burbujas de aire atrapado en el hielo antártico de diferentes datos. Estas muestran que por 2000 años antes 1880 la concentración de dióxido de carbono de la atmósfera permaneció bastante constante cerca de 270 partes por millón (ppm). Desde 1880 en adelante, la concentración aumentó. Desde 1958 la concentración ha sido monitoreada continuamente en Mauna Loa, Hawai (más abajo). Hay una fluctuación anual, pero la tendencia global ha ido en aumento y la concentración ahora es 100 ppm más alta que en 1880. Este aumento es suficiente para causar un incremento significante en el efecto invernadero.


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LEYENDA

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12.4 CONSECUENCIAS DEL AUMENTO DEL EFECTO INVERNADERO

Es probable que toda la biosfera sea afectada de muchas formas: Calentamiento global por sobre los 3ºC los próximos 50 años. Aumento de los niveles del mar debido principalmente a la expansión térmica del agua. Fusión de glaciares y hielo polar. Tormentas y huracanes más frecuentes. Cambios en los patrones climáticos, con diferentes áreas que lleguen a ser muy calurosas o muy heladas y muy húmedas y muy secas.

12.5 MEDICIONES NECESARIAS PARA REDUCIR EL EFECTO INVERNADERO El aumento de los niveles de dióxido de carbono se debe a los cambios en el ciclo del carbono (11.1) incluyendo menos fotosíntesis y más quema de combustibles fósiles (más abajo). Para reducir el efecto invernadero, la absorción del dióxido de carbono mediante la fotosíntesis debe ser estimulada y se deben reducir las emisiones desde los combustibles fósiles. Las siguientes medidas ayudarían.

? Restauración de ecosistemas donde han sido desforestados, desertificación u otro daño, para estimular el crecimiento de las plantas fotosintéticas.

? La distribución de nutrientes como el hierro en océanos deficientes en nutrientes para fomentar el crecimiento de algas fotosintéticas.

? La reducción del consumo energético, por ejemplo mediante la insolación térmica de los hogares, la conducción de vehículos pequeños o comiendo alimento que crece localmente más que el alimento transportado por grandes distancias.

? El cambio desde los combustibles fósiles como fuentes de energía a la solar.

La luz solar tiene longitudes de onda corta y en su mayoría puede pasar a través de la atmósfera

Gráfico de la temperatura global

Causa del efecto invernadero

Gráfico de los niveles atmosféricos de CO2

Gráfico del uso global de los combustibles fósiles

Los gases invernaderos en la atmósfera incluyendo al CO2, metano, vapor de agua y dióxido de azufre atrapan parte de la radiación de onda larga, causando que la Tierra esté más caliente que si la radiación escapara.

La luz solar calienta la superficie de la Tierra que emite radiación de onda larga


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13 Impactos Locales 13.1 LOS HUMANOS Y LOS HÁBITATS

Todas las especies tienen su hábitat. El hábitat de una especie es el ambiente o ubicación donde vive normalmente. Por ejemplo, el hábitat de Pinus aristata (pino de cono espinoso) está expuesto, seco, lomas rocosas y acantilados en las montañas de la zona sub-alpina en Colorado, Nuevo Méjico y California. El hábitat del Hippocampus ramulosus (caballo de mar) está entre algas marinas y pastos marinos sobre el fondo en partes bajas del Mediterráneo y el Atlántico tan al norte como el Canal Inglés. Muchas actividades humanas tienen un impacto sobre un hábitat específico – un impacto local. La introducción de especies foráneas puede tener efectos devastadores sobre un hábitat – por ejemplo, la introducción de ratas a Nueva Zelandia.

13.2 LA INTRODUCCIÓN DE RATAS A LA ISLA GRANDE DEL CABO DEL SUR

Tres especies de ratas que fueron introducidas a la marisma de Nueva Zelandia durante el siglo diecinueve eliminaron a muchas especies de aves desde la marisma. En islas que permanecieron libres de ratas, algunas de estas aves fueron capaces de sobrevivir. Hasta 1950 la Isla Grande del Cabo del Sur (más abajo) bien al sur de Nueva Zelandia permaneció libre de ratas y fue un cielo para muchos tipos de aves. Después se encontraron tres tipos sólo aquí, en ninguna parte más: South Island Saddleback (a la derecha), Stewart Island agachadita y Stead’sbush wren (a la derecha). A mediados de 1950 las ratas negras (Rattus rattus) alcanzaron la Isla Grande del Cabo del Sur. Sus números subieron exponencialmente y durante 1964 hubo grandes cantidades en la isla. Ellas atacaron los huevos, los polluelos en los nidos y algunas aves adultas, las cuales no


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estaban conductualmente adaptadas para resistirlas. Llegó a ser obvio que la intervención humana era necesaria para salvar las tres especies de aves más raras. Los ecólogos del Servicio de Vida Salvaje de Nueva Zelandia atraparon a tantos individuos rezagados como pudieron. Sólo se atraparon dos Stewart Island snipe y murieron poco tiempo después, de modo que esta especie llegó a extinguirse. 9 Stead’s bush wrens fueron atrapadas y transferidas a otra isla que estaba aún libre de ratas. Desarfortunadamente fallaron al cruzarse y gradualmente murieron, de modo que esta especie también llegó a extinguirse. 41 South Island saddlebacks fueron capturadas y transferidas a dos otras islas libres de ratas. Ellas sobrevivieron y se cruzaron y eventualmente se distribuyeron a otras islas. En 1980 ellas fueron reintroducidas a la Isla Little Barrier después que otra especie foránea había sido eliminada – gatos salvajes.

13.2 REDUCCIÓN DEL IMPACTO DE ESPECIES EXÓGENAS

Se pueden aprender varias lecciones de la Isla Grande del Cabo del Sur.

? Las especies exóticas nunca deberían ser introducidas a hábitats que contengas especies raras o en peligro. ? Las especies exóticas algunas veces pueden ser eliminadas por trampas, envenenamiento u

otros métodos. ? Algunas veces la intervención humana es esencial para salvar una especie, por ejemplo

trasladando una población a un área más segura. ? Las reservas naturales en islas pueden jugar un rol vital asegurando la supervivencia de las

especies raras o en peligro. Se ha encontrado que algunos métodos para controlar a las especies exóticas , que han sido probados en otras partes, constituyen serios riesgos. Por ejemplo los depredadores que se han introducido para intentar el control de especies exóticas, pero algunas veces han atacado a las especies nativas más que a las especies exóticas. Las enfermedades también han sido introducidas, pero nuevamente esto es una política arriesgada, ya que la distribución de la enfermedad no se puede predecir con exactitud.

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