Dinámica de Ecosistemas: Componentes, Interacciones y Procesos Biogeoquímicos

Conceptos Fundamentales del Ecosistema

Un ecosistema es un conjunto de partes de un todo que funcionan sincronizadamente, como la Gaia (La Tierra).

Componentes de un Ecosistema

Los ecosistemas se componen de elementos no vivos (abióticos) y seres vivos (bióticos).

• I) Materia (Biotopos): Incluye elementos como el H₂O, el aire, el suelo y la energía solar.
• II) Energía (Biocenosis): Representada por los seres vivos, que tradicionalmente se clasifican en Cinco Reinos.

Tipos de Sistemas

Los sistemas pueden clasificarse según su intercambio con el medio ambiente:

1. Abierto: Intercambia materia y energía con el medio ambiente.
2. Cerrado: Intercambia energía, pero no materia.
3. Aislado (Limitado): No intercambia ni materia ni energía.

Interacciones y Flujos en el Ecosistema

Flujo de Materia y Energía

El medio ambiente provee la materia y energía que fluyen a través de los ecosistemas. Este flujo se inicia con las plantas, que realizan la fotosíntesis para producir compuestos orgánicos. Estos compuestos son la base para los productores, que a su vez son consumidos por los animales.

Consumidores y Niveles Tróficos

• Herbívoros (Veganos): Consumen exclusivamente plantas.

El flujo de energía y materia en un ecosistema sigue una cadena trófica:

Medio Ambiente → Productores → Consumidores Herbívoros → Consumidores Carnívoros → ... → Descomponedores (Bacterias y Hongos)

Pirámide de Niveles Tróficos

La estructura trófica de un ecosistema se puede representar mediante una pirámide, donde los niveles se organizan de la siguiente manera (de la base a la cima):

1. Productores
2. Consumidores Primarios (Herbívoros)
3. Consumidores Secundarios (Carnívoros)
4. Consumidores Terciarios (Carnívoros)

Bonos de Carbono y Regulación Ambiental

Los bonos de carbono son un mecanismo que busca disminuir los gases de efecto invernadero. Se pretendía reducir aproximadamente un 5% para el año 2012 respecto al año 1990, en cumplimiento del Protocolo de Kioto.

Principios de la Termodinámica en Ecología

Leyes de la Termodinámica

1. Conservación de la Energía: En la naturaleza, nada se crea ni se pierde, sino que todo se transforma.
2. Dispersión de la Energía: Al transformarse una energía en otra, gran parte de ella no puede utilizarse para producir trabajo (se disipa como calor).

Como principio fundamental, "En todo sistema aislado, la entropía tiende a aumentar espontáneamente."

Equilibrio en los Ecosistemas

• Equilibrio Estacionario: Es común en la mayoría de las especies pertenecientes a sistemas abiertos, donde hay un flujo constante de materia y energía, pero las propiedades del sistema se mantienen relativamente constantes.
• Equilibrio Estático: Se refiere a la ausencia de cambios, lo cual es raro en los ecosistemas naturales, que están en constante sucesión y evolución.

Mecanismos de Retroalimentación (Feedback)

Los ecosistemas pueden variar por medio de mecanismos de retroalimentación:

• Retroalimentación Positiva (Feedback Positivo): Acelera las desviaciones en un sistema, aumentando los cambios. Un ejemplo es el crecimiento exponencial de una población.
• Retroalimentación Negativa (Feedback Negativo): Son métodos autorregulables o de control de un sistema, que tienden a estabilizarlo y mantenerlo en equilibrio.

Transformaciones y Ciclos Biogeoquímicos

Transferencias y Transformaciones

En los ecosistemas, ocurren dos tipos principales de procesos:

1. Transferencias: Materiales que fluyen a través de un sistema, como la entrada de materia orgánica en un lago.
2. Transformaciones: Cambios de estado en un sistema donde aparece un nuevo producto final; por ejemplo, la evaporación del agua.

Ciclos de la Materia

I) El Ciclo del Carbono

Importancia: El carbono forma el esqueleto de todas las moléculas orgánicas, como los hidratos de carbono (ejemplo: glucosa), lípidos, ácidos grasos y proteínas, esenciales para todos los seres vivos.

Fuentes de Carbono: Proviene principalmente del CO₂ de la atmósfera, o de carbonatos presentes en el suelo o el agua.

II) El Ciclo del Nitrógeno

El nitrógeno es un elemento crucial para la vida, y su ciclo es complejo:

1. Nitrógeno Atmosférico (N₂): Constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera.
2. Fijación de Nitrógeno: Bacterias fijadoras de nitrógeno (como las del género Rhizobium, asociadas a leguminosas) convierten el N₂ atmosférico en amonio (NH₄⁺).
3. Asimilación: Las plantas absorben nitratos (NO₃⁻) del suelo para sintetizar proteínas vegetales.
4. Consumo: Los animales obtienen nitrógeno al digerir y absorber las proteínas vegetales, transformándolas en proteínas animales.
5. Ammonificación: Tras la excreción (urea, amoníaco) o la muerte de organismos, los saprobiontes (bacterias y hongos descomponedores) transforman la materia orgánica nitrogenada en amoníaco (NH₃).
6. Nitrificación:
   • Las bacterias Nitrosomonas oxidan el amoníaco (NH₃) a nitritos (NO₂⁻).
   • Las bacterias Nitrobacter oxidan los nitritos (NO₂⁻) a nitratos (NO₃⁻), que son nuevamente disponibles para las plantas.
7. Desnitrificación: Bajo condiciones anaeróbicas, bacterias desnitrificantes (como Pseudomonas) convierten los nitratos (NO₃⁻) de nuevo en nitrógeno atmosférico (N₂), cerrando el ciclo.

Anexo: Notas sobre Cálculo Estadístico

Para calcular la media (X) y la desviación estándar (S) en una calculadora científica:

Generalmente, se sigue un procedimiento similar a:

• Para la media (X): Presionar Shift [2] [1] después de ingresar los datos.
• Para la desviación estándar (S): Presionar Shift [2] [3] inmediatamente después de ingresar los datos.

Variables:

• X: Media
• S: Desviación Estándar
• N: Número de datos en la tabla

Nota: En ciertos cálculos estadísticos (como grados de libertad para pruebas t), a N₁ + N₂ se le resta 2.