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MÓDULO I
MEDIO AMBIENTE: FUNDAMENTOS Y
PROBLEMÁTICA ACTUAL
ECOLOGÍA, ADAPTACIONES, ECOSISTEMAS Y
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
ZENÓN CANO-SANTANA FACULTAD DE CIENCIAS, UNAM
INSTRUMENTOS DE POLÍTICA
AMBIENTAL
ECOLOGÍA
• Del gr. oikos = casa, logon = tratado.
• Es un ciencia biológica que estudia el lugar en el que se vive.
Objeto de estudio de la Ecología
Autor Objeto
Haeckel
(1869)
Las relaciones de los animales con su
ambiente orgánico e inorgánico
Odum
(1963)
La estructura y el funcionamiento de la
naturaleza
Krebs
(1973)
Las interacciones que regulan la distribución
y abundancia de los organismos
Begon et al.
(1986)
Las interacciones con el ambiente de los
individuos, las poblaciones y las comunidades
Carabias et
al. (2009)
Las interacciones de los organismos con su
entorno y la forma en que éstas se reflejan en
las adaptaciones morfológicas y fisiológicas,
así como en la abundancia, la distribución y la
diversidad de los organismos
ECOLOGÍA
Ciencia que estudia las interacciones
organismo-medio ambiente que moldean los
rasgos de los individuos, las poblaciones,
las comunidades, los ecosistemas y de la
biosfera.
MEDIO
AMBIENTE
INTERACCIÓN
ORGANISMOS
Objeto de estudio de la
Ecología
ORGANISMOS MEDIO
AMBIENTE
INTERACCIÓN
•INDIVIDUOS
•POBLACIONES
•COMUNIDADES
•ECOSISTEMAS
•BIOSFERA
•RECURSOS
•CONDICIONES
•INTERACCIONES
BIÓTICAS
•DISTURBIOS
•FACTORES
BIÓTICOS
•FACTORES
ABIÓTICOS
Nivel de complejidad
Niveles de organización en ecología Nivel Definición Fuerza de cohesión
Individuo Cada organismo unitario e
indivisible
Cohesión celular
Población Conjunto de individuos de
la misma especie que
mantienen flujo génico
Flujo génico
Comunidad Conjunto de poblaciones
que mantienen
interacciones bióticas
Interacciones bióticas
(competencia,
depredación,
mutualismo)
Ecosistema Sistema abierto conformado
por las comunidades vivas
y el entorno abiótico que
mantienen intercambio de
materia y energía
Intercambio de materia y
energía
Biosfera Conjunto total de
ecosistemas de la Tierra
Intercambio de materia y
energía
Propiedades emergentes
Nivel Algunas propiedades
Individuo Morfología (Tamaño, color, forma)
Fisiología (tasa respiratoria)
Conducta (agresividad)
Población Abundancia
Distribución
Estructura de edades
Tasa de natalidad
Comunidad Diversidad de especies
Composición de especies
Tasa de colonización
Edad sucesional
Ecosistema y biosfera Productividad (primaria y secundaria)
Ciclo del agua
Tasa de descomposición
Biomasa en pie
Fuerzas ecológicas
CONDICIONES R
EC
UR
SO
S
DISTURBIOS
INT
ER
AC
CIO
NE
S
•INDIVIDUOS
•POBLACIONES
•COMUNIDADES
•ECOSISTEMAS
•BIOSFERA
Fuerzas ecológicas Fuerza
ecológica
Definición Ejemplos
Condiciones Variable fisicoquímica ambiental al cual
los organismos responden
diferencialmente. Las condiciones se
“viven”.
Temperatura,
humedad,
salinidad, acidez,
luz.
Recursos Elementos del ambiente que son
consumidos o utilizados, cuyo uso por
parte de un organismo reduce su
disponibilidad a otro.
Los recursos se “usan”.
Alimento, presas,
agua, radiación
solar, nutrientes,
espacio.
Interacciones
bióticas
Relaciones activas que mantienen
organismos de distinta especie, las
cuales afectan su adecuación y tamaño
poblacional.
Depredación,
competencia y
mutualismo.
Disturbios Eventos súbitos o crónicos que matan o
dañan organismos abriendo espacios de
colonización a otros.
Incendios,
contaminación,
pisoteo,
inundaciones.
Atributos de la ecología como ciencia
• Es una ciencia biológica
• Es una ciencia ambiental
• Su objeto de estudio es la interacción organismo↔ambiente
• Estudia cinco niveles de organización de la materia viva: individuos, poblaciones, comunidades, ecosistemas y biosfera
• Es una ciencia incluyente: incluye al hombre como elemento biótico y como factor que afecta al ambiente
• Es una ciencia integrativa: integra distintas ramas de la biología: bioquímica, genética, evolución, zoología, botánica
• Es una ciencia interdisciplinaria: integra a las ciencias naturales: biología, química, física, geología
• Es una ciencia transdisciplinaria: integra a las ciencias naturales con las ciencias sociales
Ramas de la ecología
Rama/subramas Objeto de estudio Nivel
Autoecología
Etología
Ecomorfología
Ecofisiología
Interacciones que afectan la
conducta, morfología y
conducta de los individuos
Individuo
Ecología de
poblaciones
Demografía
Interacciones que afectan la
distribución y abundancia de
los organismos
Población
Sinecología Interacciones que afectan la
estructura y dinámica de las
comunidades
Comunidad
Ecología de
ecosistemas
Interacciones que afectan el
funcionamiento de los
ecosistemas y la biosfera
Ecosistema
Ecología y evolución
“Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución” T. Dobzhanski
– Las fuerzas ecológicas constituyen fuerzas de selección natural que afectan los atributos de los organismos.
– Selección natural: éxito diferencial (en términos de supervivencia y fecundidad) de organismos con atributos distintos.
– Los organismos que dejen más hijos transmiten sus rasgos a las generaciones futuras, ya que esos rasgos (genes) son los exitosos para un ambiente particular.
Ecología y evolución
– Los rasgos que permanecen en una población y permiten la supervivencia de un organismo frente a un ambiente particular se denominan adaptaciones.
– Los organismos son producto de la evolución, por lo que son adaptados.
– Los organismos son potencialmente capaces de enfrentar los cambios futuros en el ambiente, por lo que son adaptativos.
Medidas de éxito ecológico
– Adaptación: rasgo morfológico, fisiológico o conductual que permite a un organismo vivir en un ambiente particular.
– Adecuación: capacidad de un organismo de dejar descendencia que heredan sus caracteres.
– Desempeño: medida de eficacia con la que un organismo lleva a cabo una función particular: respiración, movimiento, fotosíntesis, crecimiento.
– Las funciones más importantes para un organismo son: sobrevivencia, crecimiento y reproducción.
LEY DEL MÍNIMO
(Liebig, 1940)
• “El nutrimento que se encuentre en menor concentración en un cultivo será el que determine la productividad de éste”.
Aplicación general:
• “El recurso que se encuentre en menor disponibilidad será el que determine el desempeño de un organismo”
Falta de vitamina C: escorbuto
Falta de
fósforo
LEY DE TOLERANCIA
(Shelford, 1913) • “Las condiciones extremas son perjudiciales para un
organismo”
DE
SE
MP
EÑ
O
CONDICIÓN (p. ej.: temperatura)
R
C
S
C
S
C
S S S
Intervalo de tolerancia
R: reproducción
C: crecimiento
S. supervivencia
Óptimo
fisiológico
LEY DE TOLERANCIA
(Shelford, 1913) V
elo
cid
ad
(cm
/s)
Fijac
ión
de C
O2
0° 50° 40° 0°
Temperatura(°C)
PEZ PLANTA
Fry y Hart (1948)
Adaptaciones a la sequía
Tejidos suculentos, evasión
del sol, pérdida de hojas
Pubescencia, tricomas
Espinas
Hábitos nocturnos
Hojas pequeñas
Cierre de estomas
Captura de agua: orina concentrada
Joroba , eritrocitos ovalados, heces secas
Adaptaciones al frío
Sustancias anticongelantes
Pelaje blanco: coloración críptica
Hojas duras y/o en forma de aguja Forma de cono: coníferas
Criptobiosis
Hibernación
Adaptaciones a la vida en cuevas
Pérdida de ojos
Pérdida de color Órganos tactiles
Gracilización Uso de sonar
ECOSISTEMA
• Integración: vivo + no vivo.
Definición formal:
• Sistema termodinámico abierto constituido
por las comunidades vivas y su entorno
abiótico dentro del cual ocurren
movimientos de materia y energía.
IMPORTANCIA DEL CONCEPTO
(Burns, 1992)
El concepto de ecosistema es un paradigma y concepto
poderoso porque:
• Acepta la complejidad de los sistemas ecológicos.
• Incluye las actividades humanas.
• Su enfoque es holístico (estudia la naturaleza viva como un
todo, no en partes).
• Enfatiza interconexiones entre elementos y eventos
distantes.
• Es el escenario en el que evolucionan las especies.
• Es la unidad de conservación ecológica.
• Es el enfoque para estudiar el funcionamiento de la
biosfera.
Propiedades de los ecosistemas
1. Productividad primaria
Tasa de fijación de materia y energía por
parte de los productores primarios (i.e.,
organismos fotosintetizadores y
quimisintetizadores)
Propiedades de los ecosistemas
2. Productividad secundaria
Tasa de fijación de materia y energía por
parte de los consumidores (i.e.,
organismos heterótrofos)
Propiedades de los ecosistemas
3. Tasa de descomposición
Velocidad la cual la materia se conminuta y
reduce a compuestos más sencillos.
Propiedades de los ecosistemas
4. Eficiencias ecológicas
Eficacia con la que un ecosistema y sus
elementos usan la materia y energía para
consumo, asimilación y producción de
tejidos.
Propiedades de los ecosistemas
5. Biomasa en pie
Cantidad de materia viva que tiene un
ecosistema por unidad de área en un
momento dado.
Propiedades de los ecosistemas
6. Velocidad y patrón de ciclaje de
nutrientes (ciclos de materia).
Tasa de movimiento y ruta que siguen los
materiales que constituyen a los seres
vivos.
Propiedades de los ecosistemas
7. Velocidad y patrón de flujo de energía.
Tasa de movimiento y ruta que sigue la
energía dentro de un ecosistema.
Propiedades de los ecosistemas
8. Estructura trófica
Esquema de relaciones alimentarias entre
los elementos de un ecosistema.
Propiedades de los ecosistemas
9. Edad y patrón sucesional
Tiempo y tipo de desarrollo que tiene un
ecosistema.
Propiedades de los ecosistemas
10. Especies clave
Especies que al interior del ecosistema
tienen un impacto más alto del que se
espera por su abundancia.
A
T
M
Ó
S
F
E
R
A
SUELO, BENTOS, PARTÍCULAS SUSPENDIDAS
PRODUCTORES
PRIMARIOS
CONSUMIDORES
PRIMARIOS
CONSUMIDORES
SECUNDARIOS
SAPRÓFAGOS R
E
S
P
I
R
A
C
I
Ó
N
SOL, rocas
Ciclos
sedimentarios o
locales:
P, K, Ca, Mg,
Cu, Zn, B, Cl,
Mo, Mn y Fe
Ciclos
atmosféricos o
globales:
C, H, O, N, S
Vías de entrada y salida de materia
Vía de entrada Vía de salida
•Entrada de ríos
•Precipitación
•Inmigración
•Fijación de la atmósfera
•Liberación de
sedimentos de roca
madre
•Contaminación
•Salida de ríos
•Liberación a la
atmósfera
•Emigración
•Pérdida de sedimentos
•Cosecha por humanos
Mecanismos de movimiento de
materia
• Movimientos de masas de aire (viento y
movimiento vertical).
• Corrientes marinas y mareas
• Surgencias
• Ríos
• Migración animal
• Cadenas alimentarias
• Dispersión biótica (esporas, semillas, quistes,
polen, gametos nadadores, foresia, etc.)
Movimiento de masas de aire Corrientes marinas
Migración de animales Redes alimentarias
Corrientes de agua