Ecosistemas y flujo de energía

Un ecosistema es el sistema biológico constituido por una comunidad de organismos vivos y el medio físico donde se relacionan. Se define mediante la siguiente ecuación conceptual: $Ecosistema = Biotopo + Biocenosis$

• Biotopo: Es el componente abiótico, el lugar físico (suelo, agua, aire) y sus propiedades físico-químicas (luz, temperatura, pH).
• Biocenosis (Comunidad): Es el conjunto de poblaciones de diferentes especies que coexisten en el mismo lugar y tiempo.

Los límites de un ecosistema no suelen ser líneas nítidas, sino zonas de transición denominadas ecotonos, donde se produce una elevada biodiversidad al mezclarse especies de ambos sistemas. Dentro de la organización ecológica, pasamos del individuo a la población (misma especie), de ahí a la comunidad, al ecosistema y finalmente a la biosfera.

La supervivencia de los organismos depende de factores ambientales que deben mantenerse dentro de ciertos rangos.

• Ley del mínimo de Liebig: El crecimiento de una población no está limitado por el total de recursos disponibles, sino por el recurso más escaso (el factor limitante).
• Ley de tolerancia de Shelford: Un organismo necesita un rango de intensidad de un factor (máximo y mínimo) para sobrevivir.

Distinguimos dos tipos de especies según su capacidad de adaptación:

1. Especies eurioicas: Tienen un amplio margen de tolerancia; son generalistas.
2. Especies estenoicas: Tienen un margen muy estrecho; son especialistas y suelen ser buenos indicadores biológicos.

El hábitat es el "domicilio" de la especie, mientras que el nicho ecológico es su "profesión" o papel funcional (qué come, a quién sirve de alimento, cómo altera el medio).

Los seres vivos interactúan constantemente:

• Intraespecíficas (misma especie): Pueden ser de competencia (por recursos o pareja) o cooperación (familias, colonias, sociedades).
• Interespecíficas (distinta especie):
  • Mutualismo: Ambas especies se benefician (+/+). Si la unión es obligatoria para sobrevivir, se llama simbiosis (ej. líquenes).
  • Comensalismo: Una especie se beneficia y la otra es indiferente (+/0).
  • Depredación y Parasitismo: Una especie se beneficia a costa de dañar a la otra (+/-).

Para sobrevivir, las especies emplean dos grandes estrategias de reproducción:

• Estrategas de la r: Muchas crías, poco cuidado parental, crecimiento explosivo (ej. insectos, bacterias).
• Estrategas de la K: Pocas crías, mucho cuidado, poblaciones estables cerca de la capacidad de carga (ej. elefantes, humanos).

La estructura trófica divide a los organismos según cómo obtienen su energía:

1. Productores primarios: Organismos autótrofos (plantas, algas, bacterias fotosintéticas) que transforman energía lumínica en química.
2. Consumidores: Heterótrofos que se alimentan de materia orgánica viva. Se dividen en primarios (herbívoros), secundarios (carnívoros que comen herbívoros) y terciarios (superdepredadores).
3. Descomponedores y detritívoros: Hongos y bacterias que transforman la materia orgánica muerta en inorgánica, cerrando el ciclo de la materia.

La materia en la biosfera es limitada y debe reciclarse.

• Ciclo del Carbono: El $CO_2$ es captado por la fotosíntesis y devuelto por la respiración y combustión. El exceso de emisiones está provocando el calentamiento global.
• Ciclo del Nitrógeno: Es esencial para proteínas y ADN. El $N_2$ atmosférico solo puede ser fijado por bacterias específicas (como Rhizobium) para pasar a las plantas en forma de nitratos.
• Ciclo del Fósforo: Es un ciclo sedimentario, más lento, ya que el fósforo se encuentra principalmente en rocas fosfatadas y su liberación depende de la erosión.

Ciertos contaminantes (metales pesados como el mercurio o pesticidas como el DDT) no se degradan fácilmente.

• Bioacumulación: Aumento de la concentración de una sustancia en el organismo a lo largo de su vida.
• Biomagnificación: Proceso por el cual la concentración del contaminante aumenta en cada nivel trófico superior. Por ello, los depredadores apicales (como el atún o las aves rapaces) son los más afectados.

A diferencia de la materia, la energía no se recicla: es un flujo unidireccional que entra como luz y sale como calor.

• Primera Ley: La energía se transforma.
• Segunda Ley: En cada transferencia, parte de la energía se disipa como calor (aumento de entropía).
• Regla del 10%: Solo aproximadamente el 10% de la energía de un nivel trófico pasa al siguiente. Esto limita la longitud de las cadenas tróficas.

Para medir la eficacia de un ecosistema usamos:

• Producción Primaria Bruta (PPB): Energía total fijada por los productores.
• Producción Primaria Neta (PPN): Energía que queda tras restar la usada en la respiración ($R$). $PPN = PPB - R$.
• Biomasa: Cantidad de materia orgánica por unidad de área o volumen.
• Tasa de renovación: Relación entre producción y biomasa ($P/B$). Indica la velocidad de recambio.

Son representaciones gráficas de los niveles tróficos:

• De números: Muestra el número de individuos. Puede ser invertida (un solo árbol alimentando a miles de insectos).
• De biomasa: Masa total de organismos. En ecosistemas marinos puede ser invertida si el fitoplancton se reproduce muy rápido pero tiene poca biomasa instantánea.
• De energía: Nunca pueden estar invertidas, debido a las pérdidas energéticas inevitables.

Es el proceso de cambio en la composición de las comunidades a lo largo del tiempo.

• Sucesión primaria: Ocurre en terrenos vírgenes donde nunca hubo vida (ej. colada volcánica).
• Sucesión secundaria: Ocurre tras una perturbación en un lugar que ya tenía suelo y vida (ej. tras un incendio).
• Comunidad clímax: Estado de máximo equilibrio y estabilidad que alcanza un ecosistema.

Los ecosistemas son sistemas homeostáticos. Se regulan mediante bucles de retroalimentación. Por ejemplo, si aumentan las presas, aumentan los depredadores, lo que a su vez reduce las presas, estabilizando el sistema. La resiliencia es la capacidad de un ecosistema para recuperar su estado inicial tras una perturbación.

La actividad humana altera este equilibrio:

• Eutrofización: Exceso de nutrientes (nitratos y fosfatos) en el agua que provoca una explosión de algas, falta de oxígeno y muerte del ecosistema.
• Especies invasoras: Desplazan a las autóctonas al no tener depredadores naturales.
• Fragmentación: La construcción de infraestructuras divide los hábitats, reduciendo la variabilidad genética.

Los biomas se clasifican principalmente por latitud, temperatura y pluviosidad:

• Tundra y Taiga: Climas fríos, vegetación de musgos o coníferas.
• Bosque Templado: Estaciones marcadas, árboles de hoja caduca.
• Selva Tropical: Alta pluviosidad y temperatura constante; máxima biodiversidad.

España destaca por su gran diversidad debido a su relieve y posición geográfica:

1. Región Eurosiberiana (España Verde): Bosques caducifolios (hayas, robles) en el norte peninsular.
2. Región Mediterránea: Bosques esclerófilos (encinas, alcornoques) con hojas duras para evitar la pérdida de agua.
3. Islas Canarias: Ecosistemas únicos con endemismos y la presencia de la laurisilva (bosque nuboso).

• Lóticos: Aguas en movimiento (ríos).
• Lénticos: Aguas estancadas (lagos, lagunas).
• Humedales: Son zonas de transición vitales como las Tablas de Daimiel o Doñana. Actúan como filtros naturales y zonas de anidamiento de aves migratorias. En el litoral, las albuferas y marismas representan puntos críticos de productividad biológica.