LA MATERIA Y LA ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS CIENCIAS DE LA NATURALEZA 2º ESO TEMA 5

El ecosistema Todos los seres vivos pertenecen a alguna especie. Recuerda que dos individuos son de la misma especie cuando pueden reproducirse entre sí y tener descendencia fértil. Como sabes, los individuos no viven aislados. Los que pertenecen a una misma especie y habitan en un área determinada forman una población. Como ejemplos de población se pueden citar, la abutarda hubara en Fuerteventura o los flamencos de Doñana. Por lo general, las poblaciones tampoco viven aisladas. El conjunto de poblaciones que comparten un territorio y establecen relaciones entre sí se denomina comunidad o biocenosis. El territorio ocupado por una biocenosis y que presenta unas características físicas y climáticas propias recibe el nombre de biotopo.

Todos los seres vivos pertenecen a alguna especie. Recuerda que dos individuos son de la misma especie cuando pueden reproducirse entre sí y tener descendencia fértil.

Como sabes, los individuos no viven aislados. Los que pertenecen a una misma especie y habitan en un área determinada forman una población. Como ejemplos de población se pueden citar, la abutarda hubara en Fuerteventura o los flamencos de Doñana.

Por lo general, las poblaciones tampoco viven aisladas. El conjunto de poblaciones que comparten un territorio y establecen relaciones entre sí se denomina comunidad o biocenosis. El territorio ocupado por una biocenosis y que presenta unas características físicas y climáticas propias recibe el nombre de biotopo.

El ecosistema El conjunto formado por el biotopo (el medio físico) y la biocenosis (los seres vivos) que lo ocupan se llama ecosistema. Sin embargo, al hablar de ecosistema se hace referencia principalmente a las relaciones que se establecen entre los individuos que componen la comunidad y entre estos y los factores que forman el biotopo . LOS COMPONENTES DE UN ECOSISTEMA Seres vivos (biocenosis) Condiciones físicas (biotopo) Animales, plantas, ... Aire, agua, luz, ...

Componentes y factores de un ecosistema Todo aquello que caracteriza a los componentes o que influye en ellos recibe el nombre de factor del ecosistema. Dependiendo de su referencia a uno u otro componente, los factores se clasifican en: • Factores abióticos . Son todas las variables que caracterizan al biotopo o medio físico y permiten la vida de los organismos que están adaptados a ellos: luminosidad, temperatura, humedad... • Factores bióticos . Son los propios seres vivos que habitan el eco­sistema, las relaciones que se establecen entre ellos y las influencias que ejercen sobre el medio.

El medio físico: factores abióticos En general, los factores abióticos se pueden clasificar en : Geográficos. Están determinados por el relieve de la zona: altitud, exposición al Sol, pendiente del terreno... Influyen en los ecosistemas terrestres. Ambientales. Se derivan de la naturaleza del medio (acuático o terrestre). En un ecosistema terrestre están relacionados con el Clima, y son la humedad y la presión atmosféricas, la temperatura media anual y los vientos. En un ecosistema acuático dependen de la profundidad, y son la presión y temperatura del agua y la luminosidad. Edáficos. Se refieren a la naturaleza y composición del suelo. El suelo sirve de asiento a la vegetación de la que depende la existencia de vida en la Tierra, pues hace posible el reciclado de materia en los ecosistema terrestres. Químicos. Se deben a las sustancias disueltas en el agua o dispersas en el aire atmosférico. Son muy importantes en los ecosistemas acuáticos; así, por ejemplo, la salinidad, la acidez y la cantidad de oxígeno disuelto determinan el tipo de seres vivos que pueden vivir en este medio.

En general, los factores abióticos se pueden clasificar en :

Geográficos. Están determinados por el relieve de la zona: altitud, exposición al Sol, pendiente del terreno... Influyen en los ecosistemas terrestres.

Ambientales. Se derivan de la naturaleza del medio (acuático o terrestre). En un ecosistema terrestre están relacionados con el Clima, y son la humedad y la presión atmosféricas, la temperatura media anual y los vientos. En un ecosistema acuático dependen de la profundidad, y son la presión y temperatura del agua y la luminosidad.

Edáficos. Se refieren a la naturaleza y composición del suelo. El suelo sirve de asiento a la vegetación de la que depende la existencia de vida en la Tierra, pues hace posible el reciclado de materia en los ecosistema terrestres.

Químicos. Se deben a las sustancias disueltas en el agua o dispersas en el aire atmosférico. Son muy importantes en los ecosistemas acuáticos; así, por ejemplo, la salinidad, la acidez y la cantidad de oxígeno disuelto determinan el tipo de seres vivos que pueden vivir en este medio.

Los seres vivos. Factores bióticos En un ecosistema, los seres vivos no viven aislados, sino que se rela­cionan con otros de su misma especie o de otra diferente, dando lugar a diversas asociaciones. Asociaciones intraespecíficas: Se producen entre individuos de la misma especie. Asociaciones de este tipo son la familia, constituida por un macho y una hembra de la misma especie con el fin de procrear y cuidar de los hijos, y la población que, como ya sabes, es una asociación de varios individuos de la misma especie que ocupan un territorio determinado. Dependiendo del tipo de seres vivos que las integran, de las características que presentan y de su proceso de formación, se pueden distinguir varios tipos de poblaciones: Coloniales Gregarias Estatales

En un ecosistema, los seres vivos no viven aislados, sino que se rela­cionan con otros de su misma especie o de otra diferente, dando lugar a diversas asociaciones.

Asociaciones intraespecíficas: Se producen entre individuos de la misma especie. Asociaciones de este tipo son la familia, constituida por un macho y una hembra de la misma especie con el fin de procrear y cuidar de los hijos, y la población que, como ya sabes, es una asociación de varios individuos de la misma especie que ocupan un territorio determinado.

Dependiendo del tipo de seres vivos que las integran, de las características que presentan y de su proceso de formación, se pueden distinguir varios tipos de poblaciones:

Coloniales

Gregarias

Estatales

EJEMPLOS Coloniales. Están constituidas por organismos unidos y comunicados entre sí y que se originan a partir de un mismo progenitor. Alga Volvox ,   Colonia de coral. Gregarias. Están formadas por la reunión de individuos de distintas familias para conseguir un objetivo concreto. Banco de peces. Manada de elefantes.

EJEMPLOS Estatales. Están integradas por individuos que presentan diferencias anatómicas y fisiológicas y entre los cuales existe una división del trabajo. Panal de abejas . Agrupación de termitas

Asociaciones interespecíficas Son las que se establecen entre individuos de distinta especie. Las más importantes son las siguientes: Competencia. Dos individuos de especies diferentes luchan por conseguir un beneficio: por ejemplo, un territorio o alimento. Así ocurre con el leopardo y el león. Depredación. Un individuo de una especie (depredador) acecha, persigue y captura a otro de distinta especie (presa) para alimentarse.

Asociaciones interespecíficas Parasitismo. Un individuo (parásito) vive a costa de otro (huésped), al que perjudica gravemente pudiendo llegar a producirle la muerte. Ejemplo la pulga sobre un perro. Comensalismo. Una sola de las especies (comensal) se beneficia, sin que la otra (huésped) resulte afectada por su presencia o acción. Así un ejemplo son el tiburón y la rémora. Inquilinismo. Un individuo (inquilino) se asocia a otro de distinta especie que le sirve de alojamiento. Un caso típico es la asociación entre la ardilla y el árbol que la cobija. Una ardilla que vive en un árbol.

Materia y energía en los ecosistemas Los seres vivos necesitan un aporte constante de materia y energía para llevar a cabo sus funciones vitales. Flujo unidireccional de la energía Toda la energía utilizada por los seres vivos proviene del Sol. A través de la fotosíntesis, las plantas y el fitoplancton del mar obtienen energía directamente del Sol y la almacenan en forma de energía química en la materia orgánica que producen. Los animales consiguen energía del alimento que ingieren, ya sea este de origen vegetal o animal. Las plantas y los animales aprovechan gran parte de esa energía en la respiración y pierden otra parte en crecer, moverse y liberar calor al exterior. Esa energía ya no volverá a ser utilizada por los seres vivos. Por eso, la energía que atraviesa un ecosistema es unidireccional, es decir, fluye en una sola dirección.

Flujo cíclico de la materia La materia orgánica procedente de restos y cadáveres de seres vivos es transformada por algunos mieroorganismos (hongos y bacterias) en materia inorgánica, Esta es luego aprovechada por los organismos autótrofos, que generan nueva materia orgánica que servirá de alimento a los seres heterótrofos. Cuando los organismos autótrofos y heterótrofos mueren, sus restos son transformados en materia inorgánica por los microorganismos, con lo que el ciclo comienza nuevamente. Así, pues, el flujo de la materia en el ecosistema constituye un ciclo cerrado, de manera que puede ser reutilizada muchas veces.

Niveles tróficos del ecosistema El conjunto de seres vivos de un ecosistema que obtienen la materia y la energía de un modo semejante se denomina nivel trófico . En un ecosistema se pueden distinguir los siguientes: Seres que utilizan los desechos de los demás grupos, excrementos y cadáveres para obtener energía. Son las bacterias y los hongos. descomponedores Consumidores terciarios : Se alimentan de los consumidores secundarios ( son los super-depredadores) Consumidores secundarios : Se alimentan de los consumidores primarios ( son los carnívoros). Consumidores primarios : Se alimentan de los productores (son los herbívoros) Seres que consumen la materia orgánica ya producida por otro ser vivo del ecosistema. Se diferencian en los siguientes tipos: consumidores Organismos capaces de sintetizar la materia orgánica a partir de la inorgánica ( plantas y fitoplancton). productores NIVELES TRÓFICOS

Niveles tróficos de un ecosistema. Las plantas verdes utilizan la luz del sol, el dióxido de carbono y sustancias minerales del suelo disueltas en agua y con ello realizan y fabrican su propio alimento. Son seres autótrofos : no se comen a nadie, no necesitan comer a nadie para subsistir. El resto de los seres vivos no somos capaces de alimentarnos de esta forma. Necesitamos comer. Necesitamos sustancias orgánicas que están en los alimentos, es decir en otros seres vivos. Por ellos somos seres consumidores y heterótrofos .

Cadenas y redes tróficas Para representar de modo lineal las relaciones alimentarias que se establecen entre los distintos niveles tróficos, se utilizan las cadenas tróficas. Fíjate en el siguiente ejemplo

Redes tróficas En los ecosistemas, los organismos de un nivel trófico no dependen de todos los componentes del nivel inferior, ni sirven de alimento, a su vez, a todos los del nivel superior. Las relaciones tróficas son bastante más complejas. Normalmente, un consumidor se alimenta de más de una especie del nivel inferior y sirve de alimento a varios individuos del nivel superior. Entre distintas cadenas alimentarias se establecen varias conexiones; por eso, para explicar gráficamente este complejo entramado de rela­ciones, en lugar de cadenas es más correcto hablar de redes tróficas. Observa el siguiente ejemplo:

Explica la red trófica Explica cual el flujo de materia en esta red trófica. ¿Quiénes son los consumidores primarios? ¿Quiénes son los consumidores secundarios? ¿Cuántos tipos hay de éstos? ¿Qué trabajo realizan los descomponedores? El zooplancton, ¿qué tipo de consumidor es? Las bacterias, ¿Qué función tienen en la red trófica?

Explica cual el flujo de materia en esta red trófica.

¿Quiénes son los consumidores primarios?

¿Quiénes son los consumidores secundarios?

¿Cuántos tipos hay de éstos?

¿Qué trabajo realizan los descomponedores?

El zooplancton, ¿qué tipo de consumidor es?

Las bacterias, ¿Qué función tienen en la red trófica?

El ciclo de la materia en los ecosistemas La presencia de productores, consumidores y descomponedores en los ecosistemas hace posible que el flujo de la materia sea cíclico: los distintos elementos químicos que forman parte de los seres vivos vuelven al mundo inorgánico y son reutilizados. El carbono, el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno constituyen el 99 % de la materia viva. Los movimientos de las sustancias inorgánicas que circulan por los distintos niveles tróficos y pasan por el biotopo reciclándose continuamente constituyen lo que se denomina ciclos biogeoquímicos. Analizaremos a continuación los ciclos que permiten que estos elementos sean reutilizados una y otra vez.

Estudia esta red trófica Trata de explicar el flujo de materia y el de energía ¿Son cíclicos los dos flujos? Explica tu respuesta.

El ciclo del carbono Mediante la fotosíntesis, los productores incorporan el carbono de la atmósfera y de la hidrosfera en forma de dióxido de carbono (CO 2 ). El carbono pasa a los consumidores al alimentarse estos de los productores. Los descomponedores captan el carbono de los restos orgánicos de productores y consumidores y lo devuel­ven a la atmósfera en forma de CO 2 . Al respirar, los seres vivos devuelven a la atmósfera el carbono de su materia orgánica en forma de CO 2 . El carbono presente en los restos orgánicos (cadáveres y excrementos) puede transformarse bajo tierra en rocas calizas o quedar enterrado y convertirse en carbón o petróleo. La quema de los combustibles fósiles por parte del ser humano para obtener energía libera CO 2 , a la atmósfera. Las calizas, al ser erosionadas, también devuelven CO 2 , a la atmósfera. La actividad volcánica aporta a la atmósfera carbono en forma de CO 2 .

Mediante la fotosíntesis, los productores incorporan el carbono de la atmósfera y de la hidrosfera en forma de dióxido de carbono (CO 2 ).

El carbono pasa a los consumidores al alimentarse estos de los productores.

Los descomponedores captan el carbono de los restos orgánicos de productores y consumidores y lo devuel­ven a la atmósfera en forma de CO 2 .

Al respirar, los seres vivos devuelven a la atmósfera el carbono de su materia orgánica en forma de CO 2 .

El carbono presente en los restos orgánicos (cadáveres y excrementos) puede transformarse bajo tierra en rocas calizas o quedar enterrado y convertirse en carbón o petróleo.

La quema de los combustibles fósiles por parte del ser humano para obtener energía libera CO 2 , a la atmósfera. Las calizas, al ser erosionadas, también devuelven CO 2 , a la atmósfera.

La actividad volcánica aporta a la atmósfera carbono en forma de CO 2 .

CICLO DEL NITRÓGENO El nitrógeno atmosférico llega al suelo gracias a la acción de dos tipos de bacterias: unas de vida libre y otras que viven en simbiosis con las raíces de algunas plantas, como las leguminosas. Esas bacterias combinan el nitrógeno con hidrógeno y forman amoníaco. Los descomponedores también enriquecen el suelo en amoníaco al actuar sobre los excrementos y cadáveres de productores y consumidores. Ciertos microorganismos transforman el amoniaco del suelo en nitratos, formas de nitrógeno aprovechables por los productores. Los consumidores obtienen el nitrógeno a partir de las proteínas del alimento y lo devuelven al suelo en forma de urea, que se transforma en amoniaco. Por último, en un proceso de desnitrificación, algunas bacterias actúan sobre los nitratos del suelo y devuelven el nitrógeno a la atmósfera.

El nitrógeno atmosférico llega al suelo gracias a la acción de dos tipos de bacterias: unas de vida libre y otras que viven en simbiosis con las raíces de algunas plantas, como las leguminosas.

Esas bacterias combinan el nitrógeno con hidrógeno y forman amoníaco.

Los descomponedores también enriquecen el suelo en amoníaco al actuar sobre los excrementos y cadáveres de productores y consumidores.

Ciertos microorganismos transforman el amoniaco del suelo en nitratos, formas de nitrógeno aprovechables por los productores.

Los consumidores obtienen el nitrógeno a partir de las proteínas del alimento y lo devuelven al suelo en forma de urea, que se transforma en amoniaco.

Por último, en un proceso de desnitrificación, algunas bacterias actúan sobre los nitratos del suelo y devuelven el nitrógeno a la atmósfera.

EL CICLO DEL AGUA Debido a la acción del Sol, parte de las aguas superfi­ciales (lagos, ríos, océanos ... ) pasan a la atmósfera en forma de vapor. Al enfriarse, el vapor de agua se condensa y vuelve a la Tierra en forma de precipitaciones (lluvia, nieve, granizo). Las plantas captan el hidrógeno y el oxígeno del agua del suelo por medio de las raíces. Mediante la fotosíntesis, las plantas descomponen el agua: liberan el oxígeno a la atmósfera y emplean el hidrógeno en construir su materia orgánica. Durante la respiración, las plantas captan oxígeno de la atmósfera, lo combinan con el hidrógeno de la materia orgánica sintetizada y forman vapor de agua, que vuelve al medio. Los animales incorporan el hidrógeno a través del ali­mento; en la respiración, lo combinan con el oxígeno atmosférico para obtener agua, que vuelve a la atmósfera en forma de vapor (exhalación). Así mismo, aportan agua al medio por medio de la excreción. Mediante la transpiración, las plantas y los animales devuelven también agua al medio.

Debido a la acción del Sol, parte de las aguas superfi­ciales (lagos, ríos, océanos ... ) pasan a la atmósfera en forma de vapor.

Al enfriarse, el vapor de agua se condensa y vuelve a la Tierra en forma de precipitaciones (lluvia, nieve, granizo).

Las plantas captan el hidrógeno y el oxígeno del agua del suelo por medio de las raíces.

Mediante la fotosíntesis, las plantas descomponen el agua: liberan el oxígeno a la atmósfera y emplean el hidrógeno en construir su materia orgánica.

Durante la respiración, las plantas captan oxígeno de la atmósfera, lo combinan con el hidrógeno de la materia orgánica sintetizada y forman vapor de agua, que vuelve al medio.

Los animales incorporan el hidrógeno a través del ali­mento; en la respiración, lo combinan con el oxígeno atmosférico para obtener agua, que vuelve a la atmósfera en forma de vapor (exhalación). Así mismo, aportan agua al medio por medio de la excreción.

Mediante la transpiración, las plantas y los animales devuelven también agua al medio.

Productos químicos de la descomposición de los seres vivos Por lo general, los microorganismos descomponedores realizan su función en ambientes ricos en oxígeno . En estas condiciones, la materia orgánica acaba descomponiéndose y origina agua, dióxido de carbono, amoniaco, sales nitrogenadas (nitritos y nitratos) y sales fosfatadas (fosfatos), sustancias inorgánicas que son reutilizadas por los productores para sintetizar materia orgánica. Sin embargo, en numerosas ocasiones, los restos de los seres vivos quedan sepultados en cuencas profundas, donde prácticamente no existe oxígeno , y forman una especie de lodo sobre el que actúan unos descomponedores especiales que transforman la materia orgánica y dan lugar a carbón, petróleo y gas natural.

Formación del carbón y del petróleo Formación del carbón El carbón es el producto de la lenta descomposición de grandes masas forestales acumuladas durante mucho tiempo bajo tierra, sobre un fondo arenoso empapado en agua, y sometidas a grandes presiones y temperaturas. Formación del petróleo El petróleo es el producto de la descomposición de grandes cantidades de plancton, bacterias, plantas y animales acumuladas durante millones de años en cuencas marinas y sometidas a altas presiones y temperaturas.

LA BIOMASA Toda la energía utilizada por los seres vivos de un ecosistema proviene del Sol y es captada por los organismos autótrofos (productores), que la emplean para transformar la materia inorgánica en orgánica, parte de la cual pasa al resto de los niveles tróficos. La masa total de materia orgánica de los seres vivos de un ecosistema se denomina biomasa. También puede hablarse de la biomasa de un nivel trófico o de una población. Su medida se expresa en gramos de materia orgánica por unidad de superficie o volumen.

Toda la energía utilizada por los seres vivos de un ecosistema proviene del Sol y es captada por los organismos autótrofos (productores), que la emplean para transformar la materia inorgánica en orgánica, parte de la cual pasa al resto de los niveles tróficos.

La masa total de materia orgánica de los seres vivos de un ecosistema se denomina biomasa.

También puede hablarse de la biomasa de un nivel trófico o de una población.

Su medida se expresa en gramos de materia orgánica por unidad de superficie o volumen.

Pirámides tróficas Si representamos toda la biomasa de la red alimentaria de forma gráfica, el resultado es una pirámide trófica . Al pasar de un escalón o nivel al siguiente, una parte de la materia orgánica se pierde, provocando una disminución en la cantidad de biomasa. Esta disminución es el resultado de la materia que gasta cada nivel en fabricar su propia materia y transformarla en energía y calor en el proceso de respiración.

Si representamos toda la biomasa de la red alimentaria de forma gráfica, el resultado es una pirámide trófica .

Al pasar de un escalón o nivel al siguiente, una parte de la materia orgánica se pierde, provocando una disminución en la cantidad de biomasa. Esta disminución es el resultado de la materia que gasta cada nivel en fabricar su propia materia y transformarla en energía y calor en el proceso de respiración.