UNT-Facultad Agronomía, Zootecnia, Veterinaria Carrera: Medicina Veterinaria - Materia: Ecología Complemento Clases Teóricas
año 2014
INTRODUCCION A LA ECOLOGIA Tema I
Ing. Agr. Silvia Constanza Guillén Ing. Agr. María del Carmen González
Ecología. Definición y Conceptos La Biosfera es el nombre que se le da al conjunto de todos los seres vivos que habitan el planeta tierra, que existen en un tiempo determinado. Es una capa discontinua de materia viva formada por individuos de millones de especies diferentes. La biosfera comprende unos 10 Km. por encima de la superficie terrestre y 10 km en profundidad abarcando las fosas marinas. Los individuos de las distintas especies, distribuidos en toda la biosfera responden y reaccionan con los componentes abióticos de la tierra. El estudio de esas relaciones constituye el conocimiento de la ecología. Dado que la carrera de Medicina Veterinaria comprende el comportamiento y salud de los animales, conocer los principios de la ecología se hacen indispensables para comprender los procesos que llevan a la producción, salud, bienestar animal, conservación de los recursos naturales, disminución de los procesos de contaminación, etc. De las numerosas definiciones de Ecología se sintetizan los siguientes conceptos fundamentales: ciencia de las relaciones que mantienen los organismos vivos entre sí y con su entorno físicoquímico. HAECKEL (1868) La Ecología permite entender mejor la posición del hombre en la economía de la naturaleza, es decir las relaciones que establecemos con el ambiente y con los organismos que nos rodean. Los componentes ambientales definen restricciones a la presencia del hombre en el mundo al mismo tiempo que acotan sus potencialidades. La ecología es la parte de la biología que se ocupa en explicar el origen, variación y función de las estructuras de plantas y de animales y la naturaleza de las comunidades de plantas y animales. (SAPSON, 1952). A la disciplina Ecología se la puede subdividir para facilitar los estudios en: ecología vegetal ecología animal Además según sea el objeto de estudio también se la puede dividir en: autoecología considera las relaciones mutuas entre los individuos y de estos con el medio, es la ecología del individuo. sinecología estudia la respuesta vegetales y animales en relación al medio. Estudios de esta naturaleza son denominados como sociología de plantas, ecología de la vegetación, ecología fisiográfica y otros.
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ecología estática incluye el estudio de los factores climáticos, edáficos y topográficos, factores independientes de la acción del hombre y de los animales. ecología dinámica estudia la influencia de los factores bióticos (animales y plantas) y humanos sobre la vegetación.
Relación con otras Ciencias y Alcance Ciencia-Disciplina
Relaciones
Matemáticas
Estadística y modelos matemáticos
Física
Comprensión del medio ambiente
Química
Metabolismo y Procesos de Degradación
Anatomía y Fisiología
Bases de las respuestas de organismos
Genética
Selección natural - Especiación
Taxonomía
Conocimiento exacto de los organismos
Geografía
Estudios de distribución espacial
Política y Sociología
Impactan sobre los ecosistemas
Economía
Igual objeto de estudio: la casa
Informática
Modelos de simulación
La Ecología es una Disciplina Interdisciplinar como se representa en el siguiente esquema:
Ciencia
Interdisciplinar
Geología
Bioquímica
Genética
Hidrología
ECOLOGIA Ciencias de la Fisiología
Atmósfera Comporta miento
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Vinculaciones: conceptos y procesos estudiados en Ecología y su aplicación Los diferentes temas abordados desde la ecología se aplican para la resolución de problemas y la mejora de las condiciones de los ecosistemas naturales y productivos. A continuación se sintetizan algunas aplicaciones de los conocimientos de la ecología. TEMA
APLICACIÓN
Jerarquías – Niveles de Organización
Análisis de problemas, representación de resultados
Flujo de Energía
Aprovechamiento de la radiación, impacto del control de plagas y enfermedades, manejo del canopeo, carga animal
Circulación de Nutrientes Manejo de residuos sólidos urbanos, de residuos de cosecha, aplicación de fertilizantes, descomposición de materia orgánica, problemas de contaminación
Evolución – Selección Natural
Adaptación de organismos a su ambiente, estrategias de invasión de malezas, vectores, plagas
Demografía
Manejo de bosques, diagnóstico de problemas y evaluación de prácticas de manejo (densidad, cobertura), control de malezas.
Competencia
Deterioro de la vegetación natural, manejo de malezas
Relación Depredator – Presa Interacción planta-animal, sobrepastoreo
Comunidades
Heterogeneidad ambiental, relación suelo vegetación
Sucesión Ecológica
Efecto de los disturbios sobre los ecosistemas, manejo equilibrado de formaciones naturales
Estructura Jerárquica y Niveles de Estudio
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La materia se organiza en niveles que son unidades naturales ya que surgen porque tienen propiedades emergentes, siendo estos niveles de jerarquía, de mayor a menor complejidad los siguientes:
Estructura Jerárquica y Niveles de Estudio BIOSFERA = ECOSFERA
Ecología Sistémica
BIOMAS = ECOZONAS ECOSISTEMAS COMUNIDADES
Demoecología
POBLACIONES
Ecofisiología
ORGANISMOS
Autoecología
Genética de Poblaciones Fisiología
TEJIDOS CELULAS
Biología Celular
MOLECULAS
y Molecular
Conceptos de organismo, hábitat y nicho ecológico
organismo o individuo es una entidad delimitada en el espacio y en el tiempo que está constituida por procesos de transformación dado por un intercambio dinámico de materia y energía con el medio que lo rodea. hábitat constituye el lugar en sentido geográfico donde vive determinado organismo. nicho ecológico conjunto de las relaciones que tienen que ver con la manera en que un organismo enfrenta los factores bióticos y abióticos. El concepto de nicho se asocia al de función dentro de la comunidad. En los gráficos siguientes se esquematiza el concepto de nicho ecológico con tres variables: temperatura, humedad ambiental y tamaño del alimento
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Concepto de Nicho Concepto de Una Una
dimensión
Temperatura Concepto de Nicho Dos dimensiones Dos dimensiones Humedad
Temperatura
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Concepto de Nicho Tres dimensiones Humedad
Tamaño del alimento
Temperatura
POBLACIONES En Ecología se estudian las especies como poblaciones a las que podemos definir como: un sistema biológico formado por un grupo más o menos numeroso de individuos de una especie que ocupan un lugar determinado en un momento concreto. Destacándose que especie biológica conjunto de individuos que comparten un área en un momento de la historia y que son capaces de cruzarse y dejar progenie fértil. población para los ecólogos es la expresión local, geográficamente restringida, de una especie. La mayoría de las veces las poblaciones las delimitamos en función a lo que queremos estudiar. La población posee características de grupo, tiene una historia, nace, crece, puede mantenerse o extinguirse; tiene una organización y una estructura que la caracteriza. Cada población tiene atributos que son propios de ella y constituyen lo que se conoce como propiedades emergentes. Para facilitar el estudio podemos agrupar las propiedades de las poblaciones en:
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Atributos Espaciales - Densidad Es la abundancia de una población en un sitio dado y se la expresa como la relación entre el número de individuos y el área o volumen ocupado: Densidad bruta o población relativa = nº de individuos/ sup. ó nº de individuos/vol Si se expresa la abundancia en relación al área total tenemos la densidad bruta pero si lo hacemos con referencia al hábitat específico disponible de esa especie tenemos: Densidad ecológica o específica = nº de individuos / hábitat (medio donde viven las sp.) La densidad de una población es importante porque puede indicarnos la existencia de problemas ambientales, de interacción con otras poblaciones, problemas de tipo históricos, etc. - Disposición espacial Es la distribución de los individuos de una especie en el espacio (influye en otras características de la población). La distribución puede ser: Uniforme: también llamada regular, implica repulsión por parte de los individuos de la población (interacción negativa o competencia intraespecifica). Es necesaria la homogeneidad del sustrato para que asegure que todos los puntos del ecosistema tengan igual probabilidad de ser ocupados por un organismo. (a) Al azar: también debe haber homogeneidad del sustrato y la presencia de un individuo en un sitio dado no debe afectar la ubicación de otro de su misma especie; es como si no existiera interacción alguna entre los componentes de la población. (b) En agregados o contagiosa: si el sustrato no es homogéneo, la población se distribuirá en mayor número donde encuentre espacios con las condiciones óptimas para su desarrollo, formándose conglomerados. Si el sustrato es homogéneo puede haber atracción, interacción positiva entre los integrantes y formarse grupos. Analizar recordando el tema de plagas insectiles, malezas, comportamiento de rebaños, etc. (c) Se puede conocer si una población tiene distribución contagiosa, al azar o uniforme mediante la relación varianza / media.
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Atributos Dinámicos Esto nos determina la Dinámica de la Población (estudio de las variaciones del número de individuos y los factores que influencian esa variación). De estas propiedades estudiamos: - Natalidad Natalidad máxima, potencial o fisiólogica: es la producción máxima teórica de nuevos individuos, sin factores ecológicos limitantes, sería en condiciones ideales y es un valor constante para cada especie. Natalidad ecológica o real: es el aumento de población por nacimientos en una condición específica. No es constante. - Mortalidad Mortalidad mínima o potencial: es la dada fisiológicamente, los individuos mueren por decrepitud luego de haber superado la etapa reproductiva. También, al igual que la natalidad fisiológica, es un valor constante para cada especie. Mortalidad ecológica, real o actual: es la pérdida de individuos debido a accidentes, enfermedades, predación, parasitismo, etc. Para determinar este tipo de mortalidad se lo hace mediante el Índice de Supervivencia. - Dispersión Es el movimiento de los individuos o de sus elementos de diseminación hacia dentro o fuera de los límites de la población. Puede ser: Emigración Inmigración Migración
sentido único hacia fuera sentido único hacia dentro ingreso y egreso periódico
- Ritmo de crecimiento El ritmo de crecimiento es la variación del número de individuos agregados en la unidad de tiempo; es la resultante de la natalidad, mortalidad y migración. Se la expresa mediante el Índice de crecimiento que es igual al número de individuos añadidos en la unidad de tiempo y se pueden dar básicamente dos Formas de Crecimiento: Exponencial o en J (jota) cuando la tasa de crecimiento es constante y positiva, corresponde generalmente a poblaciones reguladas por factores ambientales. La tasa de crecimiento de una población es igual al incremento en el número de individuos por unidad de tiempo por cada individuo de dicha población. Esta tasa puede ser positiva, negativa o cero y se la conoce como tasa de crecimiento per cápita (r). La tasa r es igual a la tasa de natalidad menos la tasa de mortalidad. El modelo de crecimiento exponencial corresponde a la formula dN/dt = r N
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Donde dN/dt es la tasa de crecimiento de la población estudiada (esta tasa aumenta al aumentar la población) N es el número de individuos de la población r tasa de crecimiento per cápita (en este caso constante) Los organismos pequeños, con alta reproducción, como las plagas responden a este modelo de crecimiento. (ver estrategas r) Logística o en S (ese) donde la tasa de crecimiento varía y la población fluctúa alrededor de un valor k llamado capacidad de porte del ecosistema. El modelo logístico corresponde a la formula dN/dt=r.N(K-N)/k En este modelo, la curva al comienzo es exponencial para luego fluctuar alrededor de un valor K, dado por la capacidad del ambiente de sostener la población analizada. (ver estrategas k)
nº de indiv.
nº de indiv.
tiempo Curva Exponencial
tiempo Curva Logística
Las poblaciones presentan además fluctuaciones a través del tiempo que pueden ser cíclicas, estacionales, eruptivas, etc. y que es un aspecto importante a estudiar cuando se hace por ejemplo un manejo ecológico de los sistemas productivos. En las siguientes graficas se muestra la fluctuación de una población de crecimiento exponencial y en segundo lugar de una población con crecimiento logístico.
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- Estructura por Edades En una población, los nacimientos y muertes son más o menos continuos y la supervivencia de los individuos no es constante, esto nos da una estructura o distribución por edades de la cuál se puede inferir una serie de características como historia de la población o dinámica posterior. Para establecer la estructura de una población específica se dividen a los individuos por clases en prereproductiva, reproductiva y postreproductiva o en clases por intervalos regulares. Graficando la distribución de los mismos se obtienen formas que nos pueden indicar si es una población en crecimiento, envejecida, si hubo alguna catástrofe (guerras para la especie humana), etc. Estrategias poblacionales La variación de la población en el tiempo se puede expresar del siguiente modo: ∆ P = (N+I) – (M+E) ∆t Donde P es población, N natalidad, I inmigración, M mortalidad y E emigración La variación en las poblaciones dependen de factores como: Factor de regulación: factor capaz de hacer disminuir la población cuando la densidad es alta y viceversa.
Factores abióticos: precipitación, bajas temperaturas, suelo anegado. Un factor abiótico puede afectar de diferente modo a cada una de las variables que determinan la dinámica de la población. Son denso-independientes.
Factores bióticos: regulan el tamaño poblacional con una dinámica denso-dependiente. Asociado a la competencia intraespecífica .
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Estas dinámicas se asocian a los crecimientos exponenciales y logísticos, existiendo en la naturaleza numerosas variables de estos tipos de dinámica.
Comunidad * Es grupo de especies vegetales y animales que viven en un mismo lugar y en una misma época interactuando entre sí Comunidad = biocenosis * Ver características de las comunidades en Tema II Ecosistemas Terrestres
Acciones Reciprocas entre Especies o Interacción Biocenótica Dentro de una comunidad, las poblaciones interactúan entre sí, limitándose y promoviéndose. Las acciones pueden ser directas o indirectas; positivas o negativas; por alimento, espacio, abrigo, etc. - Relaciones positivas Cooperación: las dos especies se benefician pero no es una relación obligatoria. Simbiosis o mutualismo: se benefician las dos especies pero la relación es obligatoria. Comensalismo: una de las especies se beneficia sin que la otra se vea afectada. - Relaciones negativas Amensalismo: una especie se inhibe y la otra no es afectada. Competencia: las dos especies se ven afectadas. Esta es la competencia inter-especifica y se debe hacer la diferenciación de la intraespecífica. Parasitismo: una afecta directamente a otra y existe dependencia total. Predación: una sp. afecta directamente a otra aunque el predator no tiene una dependencia obligada con el huésped. - Cuando dos especies dentro de una comunidad no se interfieren se dice que hay Neutraslimo. En la tabla siguiente se sintetizan las ideas:
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Tipo de Interacción
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Especie A
Especie B
Cooperación
+
+
Mutualismo
+
+
Comensalismo
+
0
Competencia
-
-
Amensalismo
-
0
Parasitismo
+
-
Predación
+
-
Neutralismo
0
0
Biodiversidad y Riqueza. Índices de diversidad Biodiversidad también llamada diversidad biológica es el término que expresa la amplia variedad de seres vivos que existen sobre la Tierra. La biodiversidad se puede referir tanto a la variedad de ecosistemas como a las diferencias genéticas dentro de cada especie. En términos generales se dice que la biodiversidad es la Variedad de especies animales y vegetales en su medio ambiente. Se pueden distinguir tres niveles de biodiversidad • • •
Genética o diversidad intraespecífica es la que se refiere a la diversidad que existe entre los individuos de una misma especie o población Específica o diversidad sistemática, es la pluralidad de los sistemas que distinguen a las especies. Ecosistémica: la diversidad de las comunidades biológicas (biocenosis)
Algunos autores se refieren a la diversidad ecológica como una manera de expresar la diversidad interna de los ecosistemas. También se puede clasificar a la biodiversidad en: - ALFA: riqueza específica de una comunidad local - BETA: cambio de composición específica a lo largo de un gradiente ambiental o geográfico. Heterogeneidad (Diversidad) de Hábitats - GAMMA: riqueza específica de una región o continente En el área de la biología la biodiversidad se refiere al número de especies (y sus poblaciones) distintas que hay en determinado lugar. En ecología se considera que el concepto incluye la diversidad de interacciones durables entre las especies y su ambiente inmediato, por lo que tiene dos componentes principales: riqueza específica y equitabilidad.
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La riqueza específica se refiere al número de especies de una muestra, comunidad, ecosistema, etc. La equitabilidad es la uniformidad con la que los individuos están distribuidos entre las especies, de tal forma que la equitabilidad máxima ocurre cuando todas las especies de una muestra o comunidad están igualmente representadas (tienen igual numero de individuos). Con lo anteriormente expresado se interpreta que una alta diversidad puede deberse a una alta riqueza y excelente distribución de los individuos de cada especie o sea una buena equitabilidad. Por el contrario si existe baja biodiversidad puede deberse a un bajo número de especies presentes o a que una de las especies sea dominante y predomine sobre las otras. Para medir la biodiversidad existen numerosos índices entre ellos: Índice de Shannon = H´ = - Σ pi ln pi2 Índice de Margalef D Mg = (S-1 ) ln N Donde n = número de individuos de especie i p = proporción S = número total de especies (riqueza específica) N = número total de individuos Como ejemplo se analizan tres ecosistemas para ver su biodiversidad, donde se estudia la presencia de 7 especies de animales mamíferos, empleando el Índice de Shannon.
Especie A B C D E F G N (Total de individuos) Número de especies Índice de diversidad
Ecosistema 1 n 2 34 29 24 36 45 -170 6 2,36
Ecosistema 2 n 34 21 35 26 30 29 27 202 7 2,79
Ecosistema 3 n 15 16 19 22 314 21 32 439 7 1,58
Analizando este ejemplo se observa que los ecosistemas 2 y 3 tienen mas especies que el 1 por lo tanto mayor diversidad. De los ecosistemas 2 y 3 con igual riqueza se ve que el 3 tiene menor biodiversidad debido a la dominancia de la especie E. Se observa también en los ecosistemas 1 y 2 que las especies están representadas en forma más pareja es decir con mejor distribución entre ellas.
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Con estas herramientas matemáticas se pueden analizar y comparar distintos ecosistemas o bien un mismo ecosistema a lo largo del tiempo y determinar su tendencia en cuanto a las especies presentes y su representatividad.
Biodiversidad y evolución La biodiversidad que hoy se encuentra en el planeta Tierra es el resultado de millones de años de evolución. Los estudios y registros fósiles sugieren que unos pocos millones de años recientes corresponden a un período con mayor biodiversidad en toda la historia de la Tierra. Algunos científicos consideran que puede no haber un correcto registro y que pudo existir una importante diversidad que aun no conocemos. En este tema es muy importante considerar que por otro lado actualmente se está en un periodo de extinción importante de especies, causado especialmente por el impacto que la especie humana realiza sobre los ecosistemas y que ello afecta directamente la evolución. Por otro lado se tiene que se descubren regularmente nuevas especies y muchas de ellas aun no han sido clasificadas. Estos dos aspectos determinan grandes áreas de investigación para poder comprender la evolución actual de las especies y los ecosistemas.
Se puede consultar la siguiente bibliografía para ampliar los temas BEGON, M; J. L. HARPER; C. R. TOWNSEND. 1999. Ecología. 3ra Edición. Ed. Omega. España. 1148. CAMP, W. G. y T. B. DAUGHERTY. 2000. Manejo de Nuestros Recursos Naturales. Ed. Paraninfo. España. 400 p. COLIVAUX, P. 1986. Introducción a la Ecología. Ed. Limusa, México. 679 p. COYNE, M. 2000. Microbiología del Suelo: Un Enfoque Exploratorio. Ed. Paraninfo. España. 416 p. FUENTES, E. 1989. Ecología: Introducción ala Teoría de Poblaciones y Comunidades. Ediciones Universidad Católica de Chile. 281 p. Guías de la Asignatura Ecología Agraria de la Facultad de Agronomía y Zootecnia, UNT. MARGALEF, R. 1986. Ecología. Ed. Omega. Barcelona. 951 p. ODUM, E. 1984. Ecología. Nueva Editorial Interamericana. México. Ed. Edición. 639 p. RICKLEFS, R. E. 2001. Invitación a la Ecología. La Economía de la Naturaleza. 4ta Edición. Ed. Médica Panamericana. España. 692 p. RODRIGUEZ, J. 2001. Ecología. Ed. Pirámide. España. 411 p. SMITH, R. L.; T.M. SMITH. 2001. Ecología. 4ta Edición. Ed. Addison Wesley. España. 642 p.
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y portales:
http://www.fao.org/biodiversity/es/
http://www.vidasilvestre.org.ar/index.cfm?uGlobalSearch=biodiversidad
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