ECOLOGÍA

DEFINICIÓN DE ECOLOGÍA

Ecología es la rama de las ciencias biológicas que se ocupa de las interacciones entre los organismos y su ambiente (sustancias químicas y factores físicos). 

Los organismos vivientes se agrupan como factores bióticos del ecosistema; por ejemplo, las bacterias, los hongos, los protozoarios, las plantas, los animales, etc. En pocas palabras, los factores bióticos son todos los seres vivientes en un ecosistema o, más universalmente, en la biosfera.

Por otra parte, los factores químicos y los físicos se agrupan como factores abióticos del ecosistema. Esto incluye a todo el ambiente inerte; por ejemplo, la luz, el agua, el nitrógeno, las sales, el alimento, el calor, el clima, etc. Luego pues, los factores abióticos son los elementos no vivientes en un ecosistema o en la biosfera.

La ecología es una ciencia multidisciplinaria que recurre a la Biología, la Climatología, la Ingeniería Química, la Mecánica, la Ética, etc.

EL ECOSISTEMA

Ecosistema es el conjunto de todos los organismos  (factores bióticos) que viven en comunidad y todos los factores no vivientes (factores abióticos) con los cuales los organismos actúan de manera recíproca.

Existe un fino equilibrio entre los factores bióticos y abióticos en los ecosistemas.

FACTORES ABIÓTICOS

Los factores abióticos son los factores inertes del ecosistema, como la luz, la temperatura, los productos químicos, el agua y la atmósfera.

LUZ (ENERGÍA RADIANTE)

Del total de la energía solar que llega en la Tierra (1.94 calorías por centímetro cuadrado por minuto), casi 0.582 calorías son reflejadas hacia el espacio por el polvo y las nubes de la atmósfera terrestre, 0.388 calorías son absorbidas por las capas atmosféricas, y 0.97 calorías llegan a la superficie terrestre.

La luz es un factor abiótico esencial del ecosistema, dado que constituye el suministro principal de energía para todos los organismos. La energía luminosa es convertida por las plantas en energía química gracias al proceso llamado fotosíntesis. Ésta energía química es encerrada en las substancias orgánicas producidas por las plantas. Es inútil decir que sin la luz, la vida no existiría sobre la Tierra.

Además de esta valiosa función, la luz regula los ritmos biológicos de la mayor parte de la especies.

La luz visible no es la única forma de energía que nos llega desde el sol. El sol nos envía varios tipos de energía, desde ondas de radio hasta rayos gamma. La luz ultravioleta (UV) y la radiación infrarroja (calor) se encuentran entre estas formas de radiación solar. Ambas, la luz UV y la radiación Infrarroja son factores ecológicos muy valiosos.

Muchos insectos usan la luz ultravioleta (UV) para diferenciar una flor de otra. Los humanos no podemos percibir la radiación UV. Actúa también limitando algunas reacciones bioquímicas que podrían ser perniciosas para los seres vivos, aniquilan patógenos, y pueden producir mutaciones favorables en todas las formas de vida.

ENERGÍA TÉRMICA

El calor es útil para los organismos ectotérmicos, es decir, los organismos que no están adaptados para regular su temperatura corporal (por ejemplo, peces, anfibios y reptiles). Las plantas usan una pequeña cantidad de energía térmica para realizar la fotosíntesis y se adaptan para sobrevivir entre límites de temperatura mínimos y máximos. Esto es válido para todos los organismos, desde losArchaea hasta los Mamíferos. Aunque existen algunos microorganismos que toleran excepcionalmente temperaturas extremas, aún ellos perecerían si fueran retirados de esos rigurosos ambientes. 

Cuando la radiación infrarroja proveniente del Sol penetra en la atmósfera, el vapor de agua atmosférico absorbe y demora la salida de las ondas del calor al espacio exterior; así, la energía permanece en la atmósfera y la calienta (efecto invernadero). 

Los océanos juegan un papel importante en la estabilidad del clima terrestre. Sin los océanos nuestro planeta estaría excesivamente caliente durante el día y congelado por la noche. 

La diferencia de temperaturas entre diferentes masas de agua oceánica, en combinación con los vientos y la rotación de la Tierra, crea las corrientes marítimas. El desplazamiento de la energía en forma de calor, o energía en transferencia, que es liberada desde los océanos, o que es absorbida por las aguas oceánicas permite que ciertas zonas atmosféricas frías se calienten, y que las regiones atmosféricas calientes se refresquen. 

ATMÓSFERA

La presencia de vida sobre nuestro planeta no sería posible sin nuestra atmósfera actual. Muchos planetas en nuestro sistema solar tienen una atmósfera, pero la estructura de la atmósfera terrestre es la ideal para el origen y la perpetuación de la vida como la conocemos. Su constitución hace que la atmósfera terrestre sea muy especial.

La atmósfera terrestre está formada por cuatro capas concéntricas sobrepuestas que se extienden hasta 80 kilómetros. La divergencia en sus temperaturas permite diferenciar estas capas. 

La capa que se extiende sobre la superficie terrestre hasta cerca de 10 km. es llamada tropósfera. En esta capa la temperatura disminuye en proporción inversa a la altura, eso quiere decir que a mayor altura la temperatura será menor. La temperatura mínima al final de la tropósfera es de -50C.

La Tropósfera contiene las tres cuartas partes de todas las moléculas de la atmósfera. Esta capa está en movimiento continuo, y casi todos los fenómenos meteorológicos ocurren en ella. 

Cada límite entre dos capas atmosféricas se llama pausa, y el prefijo perteneciente a la capa más baja se coloca antes de la palabra "pausa". Por este método, el límite entre la tropósfera y la capa más alta inmediata (estratósfera) se llama tropopausa.

La siguiente capa es la Estratósfera, la cual se extiende desde los 10 km. y termina hasta los 50 km de altitud. Aquí, la temperatura aumenta proporcionalmente a la altura; a mayor altura, mayor temperatura. En el límite superior de la estratósfera, la temperatura alcanza casi 25 °C. La causa de este aumento en la temperatura es la capa de ozono (Ozonósfera). 

El ozono absorbe la radiación Ultravioleta que rompe moléculas de Oxígeno(O2) engendrando átomos libres de Oxígeno (O), los cuales se conectan otra vez para construir Ozono (O3). En este tipo de reacciones químicas, la transformación de energía luminosa en energía química engendra calor que provoca un mayor movimiento molecular. Ésta es la razón del aumento en la temperatura de la estratósfera.

La ozonósfera tiene una influencia sin par para la vida, dado que detiene las emisiones solares que son mortales para todos los organismos. Si nosotros nos imaginamos la capa de ozono como una pelota de fútbol, veríamos el Agotamiento de la Capa de Ozono semejante a una depresión profunda sobre la piel de la pelota, como si estuviese un poco desinflada.

Por encima de la Estratósfera está la Mesósfera. La mesósfera se extiende desde el límite de la estratósfera (Estratopausa) hasta los 80 km. hacia el espacio.

ELEMENTOS QUÍMICOS Y AGUA

Los organismos están constituidos por materia. De los 92 elementos naturales conocidos, solamente 25 elementos forman parte de la materia viviente. De estos 25 elementos, el Carbono, el Oxígeno, el Hidrógeno y el Nitrógeno están presentes en el 96 % de las moléculas de la vida. Los elementos restantes llegan a formar parte del 4 % de la materia viva, siendo los más importantes el Fósforo, el Potasio, el Calcio y el Azufre.

Las moléculas que contienen Carbono se denominan Compuestos Orgánicos, por ejemplo el bióxido de carbono, el cual está formado por un átomo de Carbono y dos átomos de Oxígeno (CO2). Las que carecen de Carbono en su estructura, se denominan Compuestos Inorgánicos, por ejemplo, una molécula de agua, la cual está formada por un átomo de Oxígeno y dos de Hidrógeno (H2O).

Agua

El agua (H2O) es un factor indispensable para la vida. La vida se origino en el agua, y todos los seres vivos tienen necesidad del agua para subsistir. El agua forma parte de diversos procesos químicos orgánicos, por ejemplo, las moléculas de agua se usan durante la fotosíntesis, liberando a la atmósfera los átomos de oxígeno del agua. 

El agua actúa como un termoregulador del clima y de los sistemas vivientes:

Gracias al agua, el clima de la Tierra se mantiene estable.

El agua funciona también como termoregulador en los sistemas vivos, especialmente en animales endotermos (aves y mamíferos). Ésto es posible gracias al calor específico del agua, que es de una caloría para el agua (calor específico es el calor -medido en calorías- necesario para elevar la temperatura de un gramo de una substancia en un grado Celsius). En términos biológicos, ésto significa que frente a una elevación de la temperatura en el ambiente circundante, la temperatura de una masa de agua subirá con una mayor lentitud que otros materiales. Igualmente, si la temperatura circundante disminuye, la temperatura de esa masa de agua disminuirá con más lentitud que la de otros materiales. Así, esta cualidad del agua permite que los organismos acuáticos vivan relativamente con placidez en un ambiente con temperatura fija. 

La evaporación es el cambio de una substancia de un estado físico líquido a un estado físico gaseoso. Necesitamos 540 calorías para evaporar un gramo de agua. En este punto, el agua hierve (punto de ebullición). Esto significa que tenemos que elevar la temperatura hasta 100°C para hacer que el agua hierva. Cuándo el agua se evapora desde la superficie de la piel, o de la superficie de las hojas de una planta, las moléculas de agua arrastran consigo calor. Ésto funciona como un sistema refrescante en los organismos.

Otra ventaja del agua es su punto de congelación. Cuando se desea que una substancia cambie de un estado físico líquido a un estado físico sólido, se debe extraer calor de esa substancia. La temperatura a la cual se produce el cambio en una substancia desde un estado físico líquido a un estado físico sólido se llama punto de fusión. Para cambiar el agua del estado físico líquido al sólido, tenemos que disminuir la temperatura circundante hasta 0°C. Para fundirla de nuevo, es decir para cambiar un gramo de hielo a agua líquida, se requiere un suministro de calor de 79.7 calorías. Cuándo el agua se congela, la misma cantidad de calor es liberada al ambiente circundante. Ésto permite que en invierno la temperatura del entorno no disminuya al grado de aniquilar toda la vida del planeta. 

FACTORES BIÓTICOS

Los factores Bióticos son todos los organismos que comparten un ambiente. 

Los Componentes Bióticos son toda la vida existente en un ambiente, desde los protistas,  hasta los mamíferos. Los individuos deben tener comportamiento y características fisiológicas específicos que permitan su supervivencia y su reproducción en un ambiente definido. La condición de compartir un ambiente engendra una competencia entre las especies, competencia que se da por el alimento, el espacio, etc. 

Podemos decir que la supervivencia de un organismo en un ambiente dado está limitada tanto por los factores abióticos como por los factores bióticos de ese ambiente. Los componentes bióticos de un ecosistema se encuentran en las categorías de organización en Ecología, y ellos constituyen las cadenas de alimentos en los ecosistemas.

NIVELES TRÓFICOS EN LOS ECOSISTEMAS (CADENAS DE ALIMENTOS):

La energía y los nutrientes pasan por varios niveles alimenticios. Cada uno de esos niveles se llama en Ecología "Nivel Trófico".

La suma de todos los niveles tróficos de un ecosistema se llama cadena alimenticia. Las relaciones alimenticias en un ecosistema en conjunto se llaman "Red Alimenticia". 

En un ecosistema sencillo, los niveles tróficos son:

·         Productores (plantas y/o fitoplancton).

·         Consumidores Primarios (herbívoros y/o zooplancton).

·         Consumidores Secundarios (carnívoros que se alimentan de los consumidores primarios, o sea, de los herbívoros).

·         Consumidores Terciarios y Cuaternarios (carnívoros que se alimentan de carnívoros).

Permítame darle un ejemplo:

UNA CADENA ALIMENTICIA TERRESTRE:

- Productores: césped, arbustos y árboles. 

- Consumidores primarios: saltamontes (comedores de plantas). 

- Consumidores secundarios: pájaros (insectívoros). 

- Consumidores Terciarios: serpientes (comedores de pájaros). 

- Consumidores Cuaternarios: Búhos (comedores de serpientes). 

- Finalmente, los factores bióticos y sus productos son reciclados (descompuestos) por los detritívoros (Bacterias, hongos, y algunos animales). 

NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN ECOLOGÍA

Los niveles de organización se refieren a la estructuración de un sistema determinado, desde el nivel más simple hasta los niveles más complejos.

En Ecología, los niveles de organización son los siguientes:

SER- Cualquier cosa que existe. Hay seres vivos, por ejemplo, bacterias, hongos, protozoarios, algas, animales, plantas, etc., y seres inertes, como los virus, una roca, el agua, la luz, el calor, el sol, una pluma, un cuaderno, una silla, una mesa, mi Pepsi, una pieza de pan, etc.

INDIVIDUO- Un individuo es cualquier ser vivo, de cualquier especie. Por ejemplo, un gato, un perro, un elefante, un fresno, un naranjo, un humano, una mosca, una araña, un zacate, una amiba, una salmonela, una pulga, una euglena, un hongo, una lombiz de tierra, una avestruz, etc.

ESPECIE- Es un conjunto de individuos que poseen el mismo genoma. Genoma es el conjunto de genes que determinan las características fenotípicas de una especie. Por ejemplo, Felis catus(gato), Fraxinus greggii (fresno), Paramecium caudatum (paramecio), Homo sapiens (Humano), etc.

POBLACIÓN- Es un conjunto de individuos que pertenecen a la misma especie y que ocupan el mismo hábitat. Por ejemplo, población de amibas en un estanque, población de ballenas en el Golfo de California, población de encinos en New Braunfels, población de cedros en Líbano, etc.

COMUNIDAD- Es un conjunto de poblaciones interactuando entre sí, ocupando el mismo hábitat. Por ejemplo, una comunidad de semidesierto, formada por nopales, mezquites, gramíneas, escorpiones, escarabajos, lagartijas, etc.

ECOSISTEMA- Es la combinación e interacción entre los factores bióticos (vivos) y los factores abióticos (inertes) en la naturaleza. También se dice que es una interacción entre una comunidad y el ambiente que le rodea. Ejemplo, charcas, lagos, océanos, cultivo, bosque, etc.

BIOMA- Es un conjunto de comunidades vegetales que ocupan la misma área geográfica. Por ejemplo, Tundra, Taiga, Desierto, Bosque Templado Caducifolio, Bosque de Coníferas, Bosque tropical lluvioso, etc.

BIÓSFERA (BIOSFERA)- Unidad ecológica constituída por el conjunto de todos los ecosistemas del planeta Tierra. Es la parte de nuestro planeta habitada por todos los seres vivos.

RELACIONES INTRAESPECÍFICAS

Las relaciones intraespecíficas son las que ocurren entre organismos de la misma especie.

Dominación Social: Es la estratificación de grupos sociales, de acuerdo con la influencia que ejercen sobre el resto de los grupos de una población. Por ejemplo, en una población de hormigas, existen castas distinguidas en reinas, soldados, obreras y machos fértiles.

Jerarquía Social: Es la estratificación de los individuos de acuerdo con la dominación que ejercen sobre el resto de los individuos de una población. Por ejemplo, en un gallinero, el Gallo macho adulto más fuerte ejerce un dominio absoluto sobre el resto de los miembros de la población (gallinero). A este gallo se le denomina macho Alfa. Por debajo de él están todas las gallinas y el resto de los gallos más débiles que él. El gallo tiene preferencia por una gallina en particular, lo cual la convierte en una gallina que domina al resto de las gallinas y a los gallos más débiles que el macho Alfa. Esta gallina tiene el "derecho" de picotear al resto de las gallinas y aún a los gallos más débiles. La segunda gallina en jerarquía, o gallina Beta, puede picotear al resto de los individuos del gallinero, excepto al gallo Alfa y a la gallina Alfa. Y así sucesivamente, por orden de picotazos, hasta llegar al paria de esa población, aquél polluelo que come las sobras de la comida, que siempre está relegado a un rincón del gallinero y que se observa herido y desplumado por los picotazos recibidos de los demás miembros del gallinero.

Territorialidad: Es la delimitación y defensa de una área definida por un individuo o por un grupo de individuos. El ejemplo más común es el de los perros, quienes marcan un territorio a la redonda con respecto al lugar donde habitan mediante descargas de orina, las cuales emiten un olor distinguible por otros canes.

RELACIONES INTERESPECÍFICAS

Las relaciones interespecíficas son aquellas que acontecen entre miembros de diferentes especies.

Las relaciones interespecíficas pueden ser positivas, neutrales o negativas:

Las relaciones positivas son en las que, cuando menos, una de las especies obtiene un beneficio de otra sin causarle daño o alterar el curso de su vida.

Las relaciones interespecíficas neutrales son aquéllas en las cuales no existe un daño o beneficio directo hacia o desde una especie. El daño o beneficio se obtienen solo de manera indirecta.

Las relaciones interespecíficas negativas son aquéllas en las cuales una de las especies obtiene un beneficio en detrimento de otras especies.

Las relaciones interespecíficas positivas son las siguientes:

Comensalismo: Es cuando un individuo obtiene un beneficio de otro individuo de otra especie sin causarle daño.

Por ejemplo, los balanos que se adhieren al cuerpo de las ballenas, las tortugas, etc. Los balanos adultos son sésiles, o sea que permanecen fijos a un sustrato no pudiendo desplazarse de un lugar a otro para buscar alimento. En este caso, los balanos obtienen el beneficio de transporte gratuito hacia zonas ricas en alimento (plancton) otorgado por las ballenas y otras especies marinas.

Mutualismo: Ocurre cuando un individuo de una especie obtiene un beneficio de otro individuo de diferente especie, y este a su vez obtiene un beneficio del primero. La relación mutualista no es obligada, lo cual la hace diferenciarse de la simbiosis. El concepto mutualismo deriva precisamente de la ayuda mutua que pueden brindarse dos individuos que pertenecen a diferentes especies.

El ejemplo clásico de mutualismo es el de los peces cirujano y los tiburones. Los peces cirujano se alimentan de los parásitos de la piel de los tiburones y otros peces. En este caso, el pez cirujano obtiene alimento y el tiburón se ve libre de los molestos parásitos.

Simbiosis: Se dice que dos organismos son simbiontes cuando ambos pertenecen a diferentes especies y se benefician mutuamente en una relación obligada. Si uno de los simbiontes perece, el otro también perecerá al perder el recurso del que se ve beneficiado.

El caso más conocido de simbiosis corresponde a los líquenes. Los líquenes surgen por la relación obligada entre un alga y un hongo. El caso es extremo porque los individuos no solo no pertenecen a la misma especie, sino que tampoco pertenecen al mismo reino. El hongo proporciona suficiente humedad al alga y ésta proporciona alimento al hongo. La relación ha devenido tan estrechamente en el curso de su evolución que una especie no puede subsistir sin la otra.

Solo existe una relación interespecífica neutral:

Competencia: Ocurre cuando dos miembros de diferentes especies pertenecientes a una comunidad tienen las mismas necesidades por uno o más factores del entorno. Los individuos de la especie que posee ventajas para obtener ese factor del medio ambiente será la que prevalezca. La lucha no es física, sino selectiva. Pueden ocurrir encuentros casuales entre dos individuos de una y otra población, pero no es una regla general.

El mejor ejemplo sobre competencia interespecífica es la de dos especies carnívoras que merodean en la misma área y se alimentan de las mismas especies; por ejemplo, los leones y los chitas. Los leones toman ventaja sobre otras especies carnívoras por su tendencia a la cooperación entre los miembros de la población y por su comportamiento social.

Las relaciones interespecíficas negativas son las siguientes:

Depredación: Es cuando un individuo perteneciente a una especie mata apresuradamente a otra para alimentarse de ella.

El individuo que mata o caza a otros para comérselos se llama predador o depredador. El individuo que es cazado se llama presa.

Ejemplos de depredadores y presas son: el león (depredador) y el ñú (presa), la gallina (depredador) y una lombriz de tierra (presa), la campamocha (depredador) y una mariposa (presa), la araña (depredador) y una mosca (presa), etc.

Parasitismo: Ocurre cuando una especie obtiene un beneficio de otra provocándole un daño paulatino que no provoca la muerte inmediata a la víctima.

La especie que obtiene un beneficio causando daño paulatino se llama huésped o parásito;mientras que la especie que es dañada se llama anfitrión u hospedero. Cuando la especie que actúa como parásito requiere de una especie intermedia entre ella y el anfitrión final, la especie intermedia se llama reservorio o recipiente.

Ejemplos de organismos parásitos: Amibas, lombriz del cerdo, solitaria, piojos, pulgas, garrapatas, ácaros, larvas de avispas, etc. La lista es bastante extensa.

EL BIÓXIDO DE CARBONO Y LA VIDA

El bióxido de carbono es un compuesto orgánico formado por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno (O=C=O).

El bióxido de carbono (CO2) es un componente natural de la atmósfera y su densidad es de 679.97 mg/metro cúbico de aire. Su concentración en la composición del aire es apenas del 0.032%; sin embargo, es el compuesto orgánico más importante para el sostenimiento de la biosfera (conjunto de todos los seres vivientes en la tierra).

Sin el CO2 la vida de los organismos fotosintéticos y de los animales no sería posible, pues el CO2 sirve como base para la formación de compuestos orgánicos que son nutrientes para las plantas y los animales.

A través de la fotosíntesis, los organismos con clorofila toman el CO2 atmosférico o disuelto en agua para formar moléculas más complejas, como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

La fórmula general de la fotosíntesis es la siguiente:

6CO2 + 6H2O + Luz = C6H12O6 (glucosa) + 6O2

El bióxido de carbono (CO2) es fijado en el tejido conectivo del cloroplasto. Luego, el bióxido de carbono fijado se utiliza en el citoplasma para sintetizar sacarosa.