Ecología y evolución.

I n d i c e :

1. Comunidades y ecosistemas pág.2

1.1. Conceptos básicos previos al estudio de los ecosistemas

1.2. Tipos de ecosistemas y relación entre ellos

1.3. Relaciones tróficas

1.4. La energía en los ecosistemas

2. Evolución pág.8

2.1. Evolución

2.2. La teoría de Darwin

3. Impacto humano pág.12

3.1. El efecto invernadero

3.2. Agotamiento del ozono atmosférico

3.3. Soluciones a estos problemas

3.4. Necesidad de reciclar los nutrientes y el ciclo del carbono

Poblaciones pág.16

4.1. Poblaciones

4.2. Crecimiento de una población

4.3. Algunos factores que limitan el crecimiento de una población

4.4. Muestra aleatoria

Bibliografía pág.19

Comunidades y ecosistemas:

Conceptos básicos previos al estudio de los diferentes ecosistemas:

Ecología: Ciencia que estudia las relaciones de los seres vivos con su medio ambiente.

Ecosistema: Comunidad de los seres vivos cuyos procesos vitales se relacionan entre si y se desarrollan en función de los factores físicos de un mismo ambiente.

Población: Conjunto de indivíduos que se reproducen entre sí y que residen dentro de límites geográficos definidos en un mismo espacio temporal.

Comunidad: También denominada biocenosis. Se refiere al conjunto de organismos presentes en un ecosistema. Existen poblaciones mayoritarias que pueden ser tanto animales como vegetales; lo más habitual es que existan diversas poblaciones de ambos reinos.

Especie: Grupo de organismos capaces de reproducirse entre sí produciendo una descendencia fértil.

Hábitat: Conjunto local de condiciones geofísicas en que se desarrolla la vida de una especie o de una comunidad animal o vegetal.

Autótrofo: Organismo capaz de elaborar su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas.

Heterótrofo: Organismo incapaz de elaborar su propia materia orgánica. Debe consumir la materia orgánica producida por otros.

Detritívoro: Que se alimenta de materia en descomposición, vegetal o animal.

Saprofito: Cualquier organismo que no puede obtener su alimento mediante la fotosíntesis, y en su lugar se nutre de restos de materia vegetal o animal.

Tipos de ecosistemas y relación entre ellos

Los ecosistemas se pueden dividir en dos grandes grupos: ecosistemas terrestres y ecosistemas acuáticos.

Ecosistemas terrestres: Los grandes ecosistemas terrestres de nuestro planeta son: tundra y taiga (zonas frías o muy frías), bosque caducifolio, praderas y estepas y bosque

mediterráneo (zonas templadas) y sabana, desierto y selva tropical (zonas cálidas y regiones áridas).

Ecosistemas acuáticos: Dentro de los ecosistemas acuáticos podemos diferenciar los marinos y los de agua dulce, que al ser tan diferentes y tan amplios han dado lugar a dos

ciencias diferentes: la oceanografía (ecosistemas acuáticos marinos) y la limnología (ecosistemas acuáticos de agua dulce).

En el medio oceánico de agua dulce se distinguen las aguas corrientes (por ejemplo, ríos) y las aguas estancadas (por ejemplo, lagos), que sólo se mueven por acción del viento, por

tanto la renovación del agua y su oxigenación es menor que en las aguas corrientes, en constante movimiento.

En los ecosistemas marinos se distinguen tres partes: plataforma continental, zona batial (o talud continental) y zona abisal como se observará en el esquema a continuación.

Hay que tener en cuenta que los diferentes ecosistemas no son sistemas separados sino que están en continua intercomunicación. Por ejemplo, imaginemos un lago. En una orilla se

extiende un bosque y en la otra un campo de cultivo. Hay también arroyos y pequeños ríos que surcan las laderas y alimentan el lago. Llueve, y el agua, después de lavar los terrenos

citados, llega al lago a través de los ríos y arroyos. Llegan con ella al algo, materiales ajenos al lago, como por ejemplo, sales minerales utilizadas como abono en el campo de cultivo. Estas sales minerales servirán a la población de plantas acuáticas, junto con otras

condiciones de luz, temperatura, etcétera, para aumentar el número de plantas de la población. Las hojas que lleguen al lago, caídas de los árboles y arrastradas por la lluvia,

sedimentarán en el fondo y serán descompuestas por hongos suprofíticos y bacterias, que se alimentarán, pero también darán lugar a más sales minerales y/o ácidos orgánicos, alimento

para otros animales y plantas de lago.

Relaciones tróficas

Relaciones tróficas: Son las que se estrablecen entre los miembros de un ecosistema en función de la alimentación. Basicamente se resume en la expresión “comer o se comido”.

Mediante estas relaciones tróficas tienen lugar transferencias de energía.

Cadena trófica: (del griego throphe: alimentación) es el proceso de transferencia de energía alimenticia a través de una serie de organismos, en el que cada uno se alimenta del

precedente y es alimento del siguiente.

Ejemplos: rosal>pulgón>chinita>sapo>descomponedores

vegetales>ratón>culebra>buho

pasto>saltamontes>ratón>culebra>alcón

Red trófica: serie de cadenas alimentarias o tróficas íntimamente relacionadas por las que circulan energía y materiales en un ecosistema.

Nivel trófico: Conjunto de organismos que obtienen su materia y su energía de la misma forma (o parecida).

En los ejemplos dados anteriormente se puede deducir en nivel tráfico de cada ser vivo, tanto en la cadena trófica como en la red. Veámos:

Pasto>saltamontes>ratón>culebra>alcón

NIVEL 1 Pasto

NIVEL 2 Saltamontes

NIVEL 3 Ratón, culebra y alcón

Los niveles de la 1ª red trófica mostrada anteriormente son:

NIVEL 1 Autótrofos

NIVEL 2 Caribú, leming, topillo, insectos, perdiz nival, escribano lapón y escribano nival

NIVEL 3 Armiño, araña, lechuza ártica, zorro ártico y lobo ártico

Ahora construiré una pequeña red trófica incluyendo al hombre, para que veámos como todos los seres vivos formamos parte de un ecosistema, de una red trófica...etc.

HOMBRE águila

vaca ratón perdiz

heterótrofos

La energía en los ecosistemas

Así como cualquier elemento biogénico puede ser utilizado varias veces en un ecosistema, la energía sólo se puede utilizar una vez. Es decir, la materia describe un ciclo en un

ecosistema mientras que la energía fluye a través del ecosistema.

El flujo de la energía se puede explicar con las dos leyes de la termodinámica:

La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

La transformación de la energía siempre va a compañada de degradaciones de energía, por eso no se puede transformar el 100% de un tipo de energía en otro tipo. Suele transformarse únicamente el 10-20%.

Además casi todas las comunidades tienen como fuente de energía inicial la luz, pues es la energía luminosa la que utilizan los autótrofos para realizar la fotosíntesis. A partir de la

energía que estos acumulan recibirán ernergía los seres heterótrofos, puesto que se alimentan de ellos.

Veamos todo esto en un ejemplo gráfico:

En conclusión, un ecosistema no es un conjunto de elementos estáticos e inmutables sino todo los contrario: el ecosistema en su conjunto y las partes que lo forman están en contínua

interacción y constituyen un ente dinámico y cambiante. Sears (1939) explicó esto con la siguiente cita: “cuando el ecólogo penetra en un bosque o en un prado, no mira

simplemente lo que allí hay, sino lo que allí ocurre”.

Evolución:

Evolución: Proceso de cambio acumulativo en las características hereditarias de una población.

Recordemos que una población es un conjunto de indivíduos que se reproducen entre sí y que residen dentro de límites geográficos definidos en un mismo espacio temporal.

Las poblaciones tienden a producir más descendientes de los que el medio ambiente puede soportar. Veamos en un ejemplo: en una colonia de 100 insectos, cada uno pone 1000

huevos, eso es un total de 100000 huevos, que cuando nazcan harán que la población sea de 100100 insectos. Si esos 100100 insectos ponen otros 1000 huevos cada uno en el próximo

año, dará lugar a otros tantos huevos...etc. Así rápidamente crecen las poblaciones, y al final, llega a haber más seres vivos de los que un medio puede soportar. Si estos se

alimentan por ejemplo, de los frutos de cierto árbol, habrá menos frutos que insectos, entonces los insectos habrán de luchar entre ellos por sobrevivir. Es la lucha por la

supervivencia. Se iniciará una carrera para apropiarse de un fruto y poder alimentarse, el que no lo consiga, morirá. Pero además, los que sigan vivos, seguirán poniendo sus huevos.

Con el paso del tiempo el medio ambiente cambia, suben o bajan las temperaturas, se desertifica el lugar, etc. También, existen seres diferentes dentro de la misma especie, unos

más débiles, otros más fuertes...Pero sólo los miembros más fuertes de la población sobrevivirán, se reproducirán entre ellos y darán lugar a nuevas generaciones capaces de

soportar esos cambios, más fuertes que los anteriores. Así es como evolucionan las especies.

Pongamos un ejemplo con seres humanos, pero sin basarnos en leyes o teorías de la ciencia. Supongamos que la familia del hombre proviene de una tribu africana. Su trabajo y las condiciones medioambientales del lugar de donde proviene han hecho, generación tras generación que él sea fuerte sufieciente para soportar altas temperaturas y correr largas

distancias para cazar el almuerzo de su familia, aunque actualmente residad en una pequeña ciudad africana. Él es, pues, fuerte y soporta altas temperaturas. En la familia de la mujer,

llevan muchas generaciones viviendo de forma acomodada en una ciudad, pero es una ciudad muy fría. Su cuerpo está acostumbrado a inviernos a -13ºC, pero no a realizar

trabajos forzados ni duros ejercícios físicos.

El hijo/a que tengan tendrá una piel morena, capaz de soportar medianamente tanto altas como bajas temperaturas. Tendrá además una fuerza considerable. Además, y ahora sí,

basándonos en datos científicos, los hombres y mujeres mestizos, son más fuertes que los de razas primitivas. Eso se puede entender con lo que hemos explicado anteriormente sobre

los insectos. Los más fuertes sobreviven y se reproducen entre ellos, dándo lugar a unos descendientes aún más fuertes.

Así vemos también como ra reproducción sexual promueve la variación en una especie. Hemos visto como de dos razas primitivas (la blanca y la negra) surge una raza mestiza,

que es una variación de las dos anteriores.

La teoría de Darwin

La teoría de Darwin dice, de forma muy resumida, que las especies nuevas aparecen en forma gradual y de otras preexistentes, al contrario que los saltacionistas que dicen que las

especies aparecen y desaparecen súbitamente.

Personalmente, considero que esta teoría es bastante acertada, y no sólo en el ámbito de los seres vivos, sino en todos los inventos de la humanidad también, por ejemplo. El hombre en

cierto momento descubrió el fuego, y a partir de ahí, muy poco a poco, hemos llegado a utilizar la luz de innumerables formas distintas, se han inventado un montón de máquinas

con millones de usos distintos...etc. Lo mismo ocurre con los seres vivos. Desde la primera célula, desde el primer mono, desde la primera planta...ahora hay millones de células

diferentes, de procariota a eucariota, muchos simios y seres humanos, negros, blancos, amarillos...y tantos árboles, arbustos, flores, etc. Puede que, en efecto, el primerísimo ser vivo sobre la faz de la tierra, surgiera de forma espontánea, pero los demás, no, los demás surgieron de ese ser vivo. Aunque el primero de todos, fue la propia tierra, que surgió de

una explosión, por lo que podría considerarse espontánea. Pero a partir de el/los primer/os ser/es vivo/s sobre la tierra, considero que no hubo más especies espontáneas. Si además tenemos en cuenta que “toda célula proviene de otra célula” podemos fundamentar más

exitosamente la teoría de Charles Darwin.

Un pequeño ejemplo de evolución como respuesta a un cambio medioambiental es la pérdida de las muelas del juicio en los seres humanos. Antes, cuando el hombre convivía

con otros animales salvajes a los que se comía a dentalladas y no vivía de manera acomodada en una casa en la ciudad o en cualquier comunidad sólo entre humanos,

utilizando cubiertos y sin cocinar antes los alimentos...etc., necesitaba las muelas del juicio para masticar a los animales que mataba para alimentarse. Pero ahora, cada vez a menos

personas les nacen estas muelas porque ya no las necesitamos.

En conclusión, la evolución es un lento proceso mediante el cual las especies mejoran, cambian, según cambia el espacio que las rodea para poder sobrevivir en el medio.

Además, las especies no surgen de la nada porque sí...van evolucionando hasta dar lugar a un ser que talvez no parezca que provenga de ningún otro, pero poniendo la mirada atrás vemos como sí tiene relación con un ser que existió en el pasado, y llegamos entonces a

conocer cuales fueron los cambios medioambientales que llevaron a ese ser a mutar.

Impacto humano:

El impacto humano es el conjunto de daños que causa la acción del hombre sobre la tierra. Veremos ahora dos ejemplos de esta acción devastadora: el efecto invernadero y el

agotamiento del ozono atmosférico.

El efecto invernadero

Este nombre viene a cuento de que es parecido al que ocurre en un invernadero, el calor entra pero no sale, digámoslo así. Antes de todo, decir que el efecto invernadero es algo inevitable (aunque la acción humana no fuera tan brutal y devastadora tendría lugar este

efecto, por la respiración de tantos seres vivos no fotosintéticos en la tierra), pero que se ha visto incrementado y acelerado por la acción humana. Por ejemplo, por la cantidad de CO2 expulsado por las fábricas diariamente, el uso de aerosoles, la contaminación, combustión

de fósiles...etc. Es tanto, que por muchos seres vivos fotosintéticos que haya en nuestro planeta, no puede ser transformado el 100% en oxígeno. Lo que ocurre con este

calentamiento global es que los rayos ultravioletas del sol pueden entrar en la atmósfera, pero al rebotar en la tierra suben de nuevo pero no consiguen volver a atravesar la atmósfera porque se ven debilitados por la gruesa capa de gases provocados por la

contaminación. Entonces, esos rayos se quedan dentro de nuestra atmósfera, y por eso, además de gases tóxicos, nos rodea una masa de calor porveniente de esos rayos. Este

efecto provoca, entre otras cosas:

Que se derritan los polos y, por tanto, aumente el nivel del mar y muchas zonas costeras queden sumergidas.

Se destruyan por completo aquellos ecosistemas compuestos por seres sensibles al calentamiento. Sólo sobrevivirán aquellos que sean tolerantes a ese calentamiento.

Nuestra propia destrucción; porque al no ser capaces las plantas de transformar todo el CO2 en O2 no habrá suficiente oxígeno para respirar, y moriremos.

Desertificación del terreno, puesto que al haber más calor se evaporará más agua.

La mutación (evolución) de algunos virus, bacterias...etc. y aparición de nuevas pestes, plagas y enfermedades más fuertes, por lo tanto más difíciles de combatir.

Agotamiento del ozono atmosférico

El agotamiento del ozono atmosférico o destrucción de la capa de ozono, es causado también por los gases tóxicos lanzados a la atmósfera, que rompen las moléculas de ozono (O3) y se juntan con los átomo de oxígeno dando lugar a O2 y otros gases. Por eso, ahora hay un agujero en la capa de ozono que da lugar a efectos prejudiciales como estos (entre

otros):

Más casos de cáncer de piel.

Destrucción del fitoplancton, seres vivos productores de los ecosistemas acuáticos. Esto conlleva el cese de la alimentación de los seres vivos que se alimentan de fitoplancton (peces...etc) por lo que los humanos tendríamos que dejar de alimentarnos de algunos tipos de pescado que se extinguirían al no tener fitoplancton.

Los seres vivos fotosintéticos terrestres también se ven afectados por los rayos U.V.A., por lo que producirían menos oxígeno.

Soluciones a estos problemas

Por suerte, existen personas que tratan de minimizar estos problemas, que se preocupan por el planeta y han propuesto muchas formas de solucionar el calentamiento global para que

puedan vivir muchas generaciones más. Algunas de esas propuestas son estas:

Las fábricas que expulsan gases tóxicos podrían colocar filtros en sus chimeneas para evitar que estos gases salgan directamente a la atmósfera.

Reciclar materiales como el plástico, el papel, el metal, el vídrio...etc. para evitar que estos sean quemados y den lugar a más gases tóxicos.

Mantener vivas las selvas tropicales, los bosques...etc. y plantar árboles en las ciudades que contrarresten los humos de los vehículos automóviles.

Utilizar transportes públicos en las ciudades.

Utilizar fuentes de energía renobables y que no contaminen. Por ejemplo, en España, que tiene mucho sol, se podría utilizar la energía solar.

Necesidad de reciclar los nutrientes

Una pirámide de energía muestra el flujo de energía desde un nivel trófico hasta el nivel contiguo dentro de una comunidad. Las unidades energéticas empleadas son, por tanto,

unidades de energía por unidad de superficie y por unidad de tiempo.

Como es sabido, la energía puede salir de un ecosistema (se disipa, se transforma, etc.), pero los nutrientes, el material orgánico no, y es necesario reciclarlo. Estudiando el ciclo

del carbono puede entenderse:

El ciclo del carbono:

Un 18% de la materia orgánica viva está constituida por carbono, la capacidad de dichos átomos de unirse unos con otros proporciona  la base de la diversidad molecular así como el tamaño molecular. Por tanto el carbono es un elemento esencial en todos los seres vivientes.

A parte de la materia orgánica, el carbono se combina con el oxígeno para formar monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), también forma sales como el carbonato de sodio (Na2CO3), carbonato cálcico (en rocas carbonatadas, como calizas y estructuras de corales).

REDES TROFICAS

Los organismos productores terrestres obtienen el dióxido de carbono de la atmósfera durante el proceso de la fotosíntesis para transformarlo en compuestos orgánicos como la glucosa, y los productores acuáticos lo utilizan disuelto en el agua en forma de bicarbonato (HCO3-).

Los consumidores se alimentan de las plantas, así el carbono pasa a formar parte de ellos, en forma de proteínas, grasas, hidratos de carbono, etc.

En el proceso de la respiración aeróbica, se utiliza la glucosa como combustible y es degradada, liberándose el carbono en forma de CO2 a la atmósfera. Por tanto en cada nivel trófico de la cadena alimentaría, el carbono regresa a la atmósfera o al agua como resultado de la respiración.

Los desechos del metabolismo de las plantas y animales, así como los restos de organismos muertos, se descomponen por la acción de los hongos saprofitos y las bacterias. Durante dicho proceso de descomposición también se desprende CO2.

Las erupciones volcánicas son una fuente de carbono, durante dichos procesos el carbono de la corteza terrestre que forma parte de las rocas y minerales es liberado a la atmósfera.

En capas profundas de la corteza continental así como en la corteza oceánica el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como es el caso del petróleo. Este compuesto se ha formado por la acumulación de restos de organismos que vivieron hace miles de años.

Como se puede observar, si no se descomponen y reciclan los nutrientes, se liberaría mucho carbono, que al mezclarse con el aire generaría un montón de CO2 (dióxido de carbono).

En conclusión, debemos moderar nuestra actividad sobre la Tierra para que no mueran las demás especies, porque si esto ocurriera, nosotros no seríamos capaces de librarnos de

todos estos gases y entonces, moriríamos, y el planeta Tierra dejaría de vivir.

Poblaciones:

Natalidad: Es el número de individuos que nacen a lo largo de un periodo de tiempo determinado en una zona concreta.

Mortalidad: Es el número de fallecidos a lo largo de un periodo de tiempo determinado en una zona concreta.

Inmigración: Movimiento de población, que implica cambio de morada, cosiderado desde el lugar de llegada.

Emigración: Movimiento de población, que implica cambio de morada, cosiderado desde el lugar de salida.

Recordemos también: Población: Conjunto de indivíduos que se reproducen entre sí y que residen dentro de límites geográficos definidos en un mismo espacio temporal.

El tamaño de una población depende en gran parte de la natalidad, de la mortalidad, de la emigración y de la inmigración (estas a su vez se generan por otros factores).

Si de repente en una población aumenta considerablemente el número de nacidos y se da hacia el lugar donde habita esa población una llegada masiva de inmigrantes la población

del lugar aumentará, pero en caso de que ocurriera lo contrario (que aumentara la mortalidad y además muchos emigraran, por ejemplo, por falta de alimentos) disminuiría la

población. También ocurriría lo mismo sin que se dieran movimientos migratorios, por supuesto, o si únicamente se dieran movimientos migratorios. También puede ocurrir que por ejemplo, aumente la mortalidad pero se reciban a muchos emigrantes, que suplirían a los muertos, por lo que el número de efectivos de población no variaría. De esta forma se podrían hacer varias combinaciones y veríamos como siempre el número de habitantes de

una zona depende mucho de natalidad, mortalidad y movimientos migratorios.

Crecimiento de una población

(curva del crecimiento de la población)

Aquí vemos como crece la población en diferentes fases:

Bajo Crecimiento: En esta fase el crecimiento es bajo porque aún no hay muchos efectivos de población, por lo que no son capaces de hacer crecer muy rápido el grupo. Este bajo crecimiento también se debe a que los seres vivos pertenecientes a esta población aún se están adaptando al nuevo medio.

Crecimiento Exponencial: Ahora el ritmo de crecimiento de la población es mayor porque ya hay más efectivos de población que puedan reproducirse y ya están perfectamente adaptados al medio. Además, aún no se ha presentado el problema de la escasez. De momento los recursos (básicamente alimentícios) parecen ilimitados.

Fase de transición: Ahora se hace notar el límite de los recursos.

Fase asintótica: Por último ya no crece más la población porque ésta ha alcanzado la capacidad de carga.

La capacidad de carga es el número de organismos en una población que puede soportar el medio ambiente en un tiempo determinado y en un ecosistema determinado. Cuando se alcanza la capacidad de carga tiene lugar un fenómeno que se expresa con la siguiente

fórmula:

Algunos factores que limitan el crecimiento de la población

El primer factor que limita el crecimiento de una población son los alimentos. Ya que estos son limitados la población sólo puede crecer mientras estos sean suficientes para todos. En

cuanto haya más pobladores que alimentos, empezarán a morir los seres vivos (generalmente los más débiles) que no consigan algo con lo que alimentarse. También los

depredadores impiden crecer una población. Cuanto mayor sea una población más depredadores atraerá y más seres vivos serán comidos. Además está la acumulación de

material de desecho. Si la población no se desace de alguna forma de este material no podrá seguir creciendo.

También hay muchos factores que hacen que la población disminuya, por ejemplo, enfermedades, pero estos no deben ser confundidos con los que limitan el crecimiento.

Definamos por último lo que es una muestra aleatoria

Una muestra aleatoria de tamaño n de una población X , es una sucesión de n variables aleatorias, independientes, X1 , X2  ,...,  Xn , con idéntica ley de probabilidad que X . Una

muestra de tamaño n está constituida por n réplicas de X.

Una vez que la muestra se haya realizado, es decir, se hayan extraído los n individuos de la población y "medido" la variable X en cada uno de ellos, se dispondrán de n datos u

observaciones : x1 , x2  ,...,  xn.  Para que una variable aleatoria, definida a partir de una

muestra aleatoria de tamaño n, tome valores, es necesario disponer de los n datos de la realización de tal muestra.

En conclusión, las poblaciones dependen de la natalidad, la mortalidad y de los movimientos migratorios y crecen en un principio de forma lenta debido a la adaptación al

medio y al reducido número de integrantes, pero luego crece rápidamente hasta que los alimentos son limitados y no puede seguir creciendo. Además de los alimentos limitados hay otros factores que impiden que la población siga creciendo y otros cuantos que hacen que ésta disminuya. Aunque a esta regla general le podríamos poner excepciones como la población humana de todo el mundo, que a pesar de contar con recursos muy limitados no

deja de crecer y se prevee aún un fuerte crecimiento, al menos durante este siglo XXI.