Influencia del medio ambiente en los organismos

Francisco Molina Freaner freaner@unam.mx

Universidad de Sonora

Licenciatura en Biología

Curso: Ecología

Individuo

Población

Interacción

Comunidad

Ecosistema

Paisaje

Región

Biósfera De lo sencillo a lo complejo

En esta parte cubrimos la ecología de individuos (ecofisiología), su tolerancia a factores del medio ambiente y el concepto de nicho

ecológico

Individuo: unidad básica de la ecología

• Partimos del individuo para examinar los procesos y las restricciones a las que se enfrenta para conservar la vida bajo variadas condiciones medioambientales

• Es el individuo quien detecta y responde al ambiente físico predominante

• Por eso, el organismo individual forma la unidad básica en ecología

Medio Ambiente

• Ningún organismo vivo se encuentra aislado. Viven inmersos en el medio ambiente

• El medio ambiente es el espacio de condiciones físicas, químicas y biológicas particulares donde

viven los organismos • El medio ambiente tiene componentes bióticos,

que se refieren a la presencia de otros organismos y componentes abióticos, que se refieren a las condiciones físicas y químicas del ambiente

Distribución de las especies

• ¿por qué las especies viven solo en algunos lugares del

planeta y no en otros?

• ¿Dispersión?

• ¿Interaciones bióticas?: competencia, depredación,

herbivoría, mutualismo, etc.

• ¿Condiciones abióticas? Las condiciones o factores

abióticos que permiten la vida de los organismos de las

especies tienen que ver con su fisiología (funcionamiento):

ésta determina su grado de tolerancia y sus requerimientos

ante condiciones abióticas particulares. La rama de la

ecología que estudia estos temas es la ecofisiología

Límites a la distribución

Especies ausente porque …

¿Dispersión limita la distribución?

Si

No

Área inaccesible o tiempo insuficiente

¿Factores bióticos limitan la distribución?

Si

No

Depredación, parasitismo, competencia

¿Factores abióticos limitan la distribución?

Factores

químicos: salinidad, pH, nutrientes, etc.

Factores

físicos: temperatura, luz, fuego, etc.

¿cómo vivir en un ambiente variable?

• Las condiciones ambientales varían en el espacio y tiempo y los organismos han evolucionado mecanismos para enfrentar la variabilidad ambiental

• Mecanismos:

Adaptación

Aclimatación

Escape {migración, reposo (torpor), etc}

Factores abióticos: ¿recursos o condiciones?

• Los factores abióticos pueden ser recursos o condiciones

• Los recursos son elementos del ambiente que los organismos usan o consumen. Por ejemplo, el agua, los nutrientes y la radiación solar para las plantas; recursos alimenticios para los animales y materia orgánica muerta para los descomponedores

• Las condiciones las experimentan los organismos, no las consumen. Por ejemplo, la temperatura, pH, salinidad y la velocidad del viento

Nociones de ecofisiología

• Las características fisiológicas de los organismos son las que determinan sus niveles de tolerancia y sus requerimientos ante condiciones abióticas particulares.

• Los niveles de tolerancia a los factores del medio ambiente físico dependen de la estructura y función de las enzimas.

• En general a mayor temperatura mayor actividad enzimática. Sin embargo, a altas temperaturas las proteínas se desnaturalizan y por eso las enzimas tienen un rango óptimo para funcionar eficientemente

Ambiente externo y ambiente interno

• Los organismos necesitan un ambiente interno relativamente constante para mantener las condiciones internas dentro de un rango tolerable

Homeostasis

Tolerancia ambiental

Curva de tolerancia en plantas

Un musgo del bosque boreal fotosintetiza a una tasa máxima a los 15 ºC

Un arbusto del desierto fotosintetiza a una tasa máxima a los 44 ºC

Arbusto del desierto

Musgo boreal

Tasa

foto

sint

étic

a (%

del

máx

imo)

Temperatura (ºC)

Rango de tolerancia en animales

Las especies tropicales mantienen una tasa metabolica constante bajo un rango mas estrecho de temperatura

Las especies del Ártico mantienen una tasa metabólica constante para un rango mas amplio de temperatura

Temperatura ambiental (ºC)

Especies tropicales

Especies Árticas

Zona termo-neutral

Tolerancia ambiental y abundacia

Cada ser vivo presenta, frente a los distintos factores ecológicos, rangos de

tolerancia. Si las condiciones abióticas son las que determinan la distribución, uno esperaría que la abundancia de la especie en cuestión varíe de acuerdo a la variación del ambiente abiótico. En este escenario, la abundancia sería mas alta

cerca del óptimo ecológico y tendería a disminuir hacia las regiones donde las condiciones ambientales se vuelven factores limitantes

¿qué relación existe entre distribución y abundancia?

No hay individuos

Abundancia promedio muy baja

Abundancia moderada

Abundancia alta

Abundancia alta

Abundancia y distribución

La abundancia y distribución de los seres vivos refleja la variación ambiental

Factores abióticos que limitan la distribución de las especies

Registros recientes Registros fósiles Temperatura mínima de enero: 10ºC

Límite norte de la distribución del vampiro Desmodus rotundus

Distribución del sahuaro

Heladas y el límite norte de la distribución del sahuaro

< 0 ºC por mas de 36 hr

0ºC por menos de 24 hr

Factores limitantes (ley del mínimo)

• La distribución de una especie está controlada por el factor ambiental para cual el organismo tiene el menor rango de tolerancia. La noción de factor limitante proviene de la ley del mínimo de Liebig, que plantea que los organismos estan limitados por el recurso o condición que se encuentre en menor cantidad o que alcanze valores mas extremos. Ej: agua en el desierto, temperaturas bajas en los polos, etc.

G. Evelyn Hutchinson

Concepto de

nicho ecológico

Concepto de nicho

TEMPERATURA

H

U

M

E

D

A

D

H

U

M

E

D

A

D

TEMPERATURA

TEMPERATURA

Dimensiones del nicho

Unidimensional

Tridimensional

Bidimensional

Tamaño del alimento

TEMPERATURA

Definición de nicho de Hutchinson

• El nicho fundamental: El conjunto de recursos y

condiciones que permiten la sobrevivencia y reproducción

de un organismo, y por ende la persistencia de la especie.

Muchos recursos y condiciones interactúan para formar el

nicho.

• El nicho efectivo: La porción del nicho fundamental que

efectivamente está ocupado por la especie cuando se ve

restringida por la interacción con otros organismos ya sea

por competencia, depredación, parasitismo o

enfermedades.

- Hutchinson 1958

Abióticos vs. bióticos

Como las interacciones modifican el nicho fundamental

• Experimento clásico en Ecología • La importancia de la competencia en la

abundancia y distribución de especies

Competencia entre percebes Competencia afecta la distribución y abundancia

Zona intermarea rocosa Percebes adultos fijos a las rocas Larvas se establecen a lo largo de la zona de intermarea crustáceos cirrípedos, conocidos como percebes o bellotas de mar. Estudio clásico de competencia Joseph Connell (1961) Ecology 42:710-723

Marea alta

Marea baja

Distribución de los adultos de Balanus

Distribución de los adultos de Chthamalus

Balanus

Observaciones e hipótesis

• Larvas se establecen a lo largo de casi toda la zona de intermareas

• Los adultos de Chthamalus solo se encuentran en la zona alta de intermareas

• Los adultos de Balanus solo se les encuentra en la zona baja y media de intermareas

• Hipótesis: Balanus excluye a Chthamalus

¿Por recursos? ¿Por espacio?

• Hipótesis: Chthamalus no puede tolerar estar sumergido • Hipótesis: Balanus no puede tolerar la desecación

Experimentos

• En rocas con larvas y adultos jóvenes Remoción de Balanus

Control, sin remoción

• En rocas con adultos jóvenes de una sola especie Transplante de Balanus a la zona baja y alta de

intermareas Transplante de Chthamalus a la zona baja y alta de

intermareas

• Seguimiento del destino de los individuos marcados a lo largo del tiempo

Resultados 1

• En la zona de intermarea baja e intermedia:

Balanus crece rapidamente y desplaza a Chthamalus. Competencia por espacio, Balanus gana el espacio

Chthamalus sobrevive bien en la zona baja solo si Balanus es removido

Cuando Balanus está presente, Chthamalus es eliminado completamente

La distribución de Chthamalus está limitada por competencia interespecífica con Balanus

Exclusión competitiva local

Resultados 2

• En la zona alta de intermarea: Balanus no sobrevive independientemente de la

presencia de Chthamalus

Sensible a la desecación. En cambio Chthamalus tolera condiciones secas

El limite superior de Balanus está determinado por el ambiente físico

Chthamalus tiene un refugio de la competencia en la zona alta, donde escapa de los efectos de su competidor

Distribución de Balanus y Chthamalus

Intermarea baja

Intermarea alta

Chthamalus

ROCA

Balanus

Adulto Larva

Chthamalus

Adulto Larva

Nicho efectivo

• El nicho efectivo: La porción del nicho

fundamental que efectivamente está ocupado

por la especie cuando se ve restringida por la

interacción con otros organismos ya sea por

competencia, depredación, parasitismo o

enfermedades.

Siguientes clases

• Clima

• Vida en un medioambiente variable

• Preguntas: Define que es el nicho

fundamental y que es el nicho efectivo.

¿Que factores limitan la distribución de las

especies?