Conceptos Fundamentales de Ecología de Poblaciones y Ciclos Biogeoquímicos

Parámetros de Demografía y Ecología de Poblaciones

En el estudio de las poblaciones, se utilizan diversas variables para describir su estructura y dinámica:

• x: Edad o clases de edad (clases etarias).
• S(x): Número de individuos observados al inicio de cada fase.
• B(x) / F(x): Fecundidad en cada clase (número de descendientes de cada clase).
• b(x) / m(x): Tasa de fecundidad o de fertilidad de cada clase = B(x) / S(x).
• l(x): Tasa de supervivencia de cada clase = S(x) / S(0): proporción de la cohorte original que sobrevive al inicio de cada fase.
• d(x): Proporción de la cohorte original que muere durante cada fase = [l(x) - l(x+1)].
• g(x): Probabilidad de supervivencia en cada clase = [S(x+1) / S(x)] = [l(x+1) / l(x)].
• q(x): Probabilidad de muerte en cada clase = 1 - g(x).
• Tasa neta de reproducción (R₀): Σ l(x)b(x) = Σ B(x) / S(0).
• Tiempo de generación (G): Edad media de los parentales de todos los descendientes producidos por una única cohorte: G = Σ l(x) · b(x) · x / Σ l(x) · b(x).
• Edad promedio total: l(x) · b(x) · x.
• Tiempo medio de generación de la cohorte (G): G = Σ x · l(x) · b(x) / R₀.
• Tasa intrínseca de incremento (r): ln R₀ / G.

Procesos Metabólicos en el Ecosistema

Fotosíntesis bruta: 6 CO₂ + 6 H₂O + energía → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Respiración: (CH₂O)_n + O₂ → n CO₂ + n H₂O + energía (ATP y NADPH)

Ciclos Biogeoquímicos

Ciclo del Agua (H₂O)

El agua participa químicamente en la fotosíntesis. La mayor parte de los movimientos del agua a través del ecosistema ocurren por procesos físicos: evaporación, transpiración y precipitación. Más del 97% de toda el agua disponible reside en los océanos. Sobre la superficie de la tierra: la precipitación es mayor que la suma de evaporación y transpiración. Sobre los océanos: la evaporación es mayor que la precipitación. El flujo neto de vapor de agua en la atmósfera desde el océano a la tierra es equilibrado por el drenaje del suelo hacia las cuencas oceánicas. La evaporación determina la velocidad de movimiento del agua a través del ecosistema. La capacidad de la atmósfera para contener vapor de agua es limitada; cuando se supera ese límite, se produce la precipitación.

Ciclo del Carbono (C)

Es un ciclo gaseoso. En el reciclado del carbono intervienen tres procesos importantes:

1. Reacciones asimiladoras y desasimiladoras: Ocurren en la fotosíntesis y la respiración. La única fuente de carbono disponible para los vegetales autótrofos es el CO₂ del aire o el disuelto en agua. El carbono de las rocas (carbonatos esencialmente) no es utilizable directamente.
2. Intercambio físico de CO₂: Se produce entre la atmósfera y los océanos, los lagos y las corrientes. Los océanos contienen 50 veces más CO₂ que la atmósfera.

Ciclo del Nitrógeno (N)

La fuente inicial de nitrógeno para el ecosistema es el nitrógeno molecular (N₂) de la atmósfera. El N₂ se disuelve parcialmente en el agua, pero no se encuentra nitrógeno de ningún tipo en la roca nativa. La fijación de nitrógeno es la entrada del N₂ atmosférico al ciclo de organismos del ecosistema mediante tormentas o vías biológicas (microorganismos).

Pasos del proceso:

• Fijación del N: N₂ → NH₃. En medios acuáticos intervienen Anabaena y Nostoc (cianobacterias). En medios terrestres, Rhizobium y Azotobacter. La nitrogenasa es la enzima responsable de este proceso.
• Nitrificación: NH₃ (amonio) → NO₂^- (nitrito) → NO₃^- (nitrato). En medios terrestres: Nitrosomonas y Nitrobacter. En medios acuáticos: Nitrosococcus y Nitrococcus.
• Amonificación: Nitrógeno orgánico → NH₃. Realizado por bacterias amonificantes.
• Desnitrificación: NO₃^- → N₂. Realizado por Pseudomonas denitrificans.

Ciclo del Fósforo (P)

Componente importante de los ácidos nucleicos, membranas celulares, sistemas de transferencia de energía, huesos y dientes. Limita la productividad de muchos hábitats acuáticos. Las plantas lo asimilan como iones fosfato (PO₄^3-) directamente del suelo o del agua y lo incorporan como ésteres de fosfato. Las bacterias fosfatizadoras transforman el fósforo orgánico (orina) en iones fosfato. Presenta mayor disponibilidad y asimilación a un pH entre 6 y 7. El sumidero de fósforo se encuentra en los sedimentos marinos y de agua dulce. En zonas acuáticas profundas, los compuestos de fósforo se disuelven y vuelven al agua.

Dinámica de Poblaciones e Interacciones Ecológicas

• Tasa de crecimiento discreto (λ): En una población que se mantiene o disminuye, los valores son:
  • λ = 1: Población constante (estable).
  • 0 < λ < 1: Población decrece.
  • λ = 0: Población extinta.
• Efecto cuello de botella: Denominación de la reducción drástica del número de individuos en una población que provoca una disminución en la diversidad genética.
• Competencia (-/-): Interacción entre dos especies de una comunidad en la que ambas resultan desfavorecidas.
• Cripsis: Mecanismo de defensa donde el organismo pasa desapercibido adoptando una coloración semejante al medio circundante.
• Mutualismo simbiótico: Asociación trófica que se da, por ejemplo, en un liquen.
• Selección estabilizadora: Selección natural que favorece la abundancia de organismos con valores próximos a la media de la población.
• Materia Orgánica (MO) muerta: Base de las cadenas de descomponedores y detritívoros en un ecosistema.
• Comunidad: Conjunto de organismos que viven en un ecosistema.
• Eficiencia Ecológica (EE): Se calcula como EE = (P_n / P_n-1) x 100, donde P_n es la producción de un nivel y P_n-1 la del anterior.
• Respiración: Proceso en el que se invierte la cantidad asimilada en un nivel trófico que no queda disponible para el siguiente.
• CO₂ atmosférico: Procedencia fundamental del carbono incorporado a los ecosistemas.
• Desasimilación: Paso de formas orgánicas a inorgánicas en los ciclos de nutrientes.

Biodiversidad y Conservación

Niveles de biodiversidad:

• Diversidad genética: Variación de genes dentro de una población o especie.
• Diversidad de especies: Número y abundancia relativa de especies en una comunidad.
• Diversidad de ecosistemas: Variedad de ecosistemas, hábitats y comunidades biológicas.

Conceptos clave:

• Centros de origen: Regiones geográficas donde una especie apareció por primera vez, se diversificó y expandió; suelen tener la mayor diversidad genética de esa especie.
• Fragmentación de hábitats: Proceso donde un hábitat continuo se divide en porciones pequeñas y aisladas, normalmente por actividades humanas (carreteras, agricultura, urbanización).
• Degradación de hábitats: Deterioro debido a cambios en el bioma del ecosistema, como la introducción de especies invasoras, sobreexplotación y alteración de las relaciones ecológicas (competencia, mutualismos, polinización).

Tabla de Marcadores Moleculares