Ecologia Fonamental: Ecosistemes, Factors Ambientals i Dinàmica Poblacional

L'Ecologia: Ciència dels Éssers Vius i el seu Entorn

L'ecologia és la ciència que estudia les relacions entre els éssers vius i el lloc on viuen. La biocenosi és el conjunt de totes les poblacions que viuen en un mateix lloc. Una població és el conjunt d'individus de la mateixa espècie que habiten en un mateix lloc i en un mateix moment. Les relacions que s'estableixen entre tots els individus s'anomenen factors ambientals biòtics.

El biòtop és el conjunt format pel medi, el substrat i els factors ambientals abiòtics que afecten els éssers vius. El medi és el fluid que embolcalla els organismes, i pot ser l'aire (medi aeri) o l'aigua (medi aquàtic). El substrat és la superfície sobre la qual es desplacen, s'aguanten o es fixen els organismes. Els factors ambientals abiòtics són els factors fisicoquímics, és a dir, la temperatura, la llum, la humitat, etc.

El conjunt de biocenosi i biòtop s'anomena ecosistema. L'ecosistema, doncs, es pot definir com el conjunt de diferents espècies que viuen en un entorn físic comú, les funcions de les quals es complementen en un grau variable.

El Biòtop: Components Abiòtics de l'Ecosistema

El biòtop és la part abiòtica de l'ecosistema, constituït pel medi, pel substrat i pels factors ambientals fisicoquímics.

El Medi: Fluid que Envolta els Éssers Vius

El medi és el conjunt de substàncies que constitueixen el fluid que envolta els éssers vius. Distingim entre medi aeri i medi aquàtic.

Medi Aquàtic: Tipus d'Organismes

• Nèuston: Comunitat que viu associada a la pel·lícula superficial de l'aigua. Gràcies a la tensió superficial de l'aigua, es desplacen lliscant per la superfície o s'adhereixen a la pel·lícula superficial i mantenen el cos sota l'aigua.
• Plàncton: Conjunt de tots els éssers vius que es mouen a la deriva prop de la superfície. Comprèn el fitoplàncton, que duu a terme la fotosíntesi, i el zooplàncton.
• Nècton: Conjunt d'animals nedadors, com els peixos. La major part d'aquests animals són fusiformes, per tal de disminuir al màxim la fricció amb l'aigua.
• Bentos: Conjunt d'organismes que habiten sobre el fons marí o lacustre.

Medi Aeri: Composició i Adaptacions

El medi aeri és el fluid format per la zona de l'atmosfera. La barreja de gasos de l'atmosfera es coneix amb el nom d'aire, i es compon d'oxigen (21%), nitrogen (78%), diòxid de carboni (0,03%) i vapor d'aigua. Els organismes que viuen en el medi aeri necessiten estructures de sustentació que impedeixin que s'esclafin contra la superfície per l'efecte de la gravetat.

El Substrat: Superfície de Suport i Fixació

El substrat és el conjunt de substàncies que formen la superfície on els organismes es fixen, s'aguanten o es desplacen.

El Sòl com a Substrat Aeri

El sòl és el substrat més important en el medi aeri. El sòl té una estructura vertical o perfil format per diverses capes, que s'anomenen horitzons del sòl:

• Horitzó A: Terra superficial rica en humus.
• Horitzó B: Terra rica en sals procedents del rentatge de l'horitzó A.
• Horitzó C: Roca mare més o menys alterada.

Els animals presenten diverses adaptacions anatòmiques al sòl segons el tipus de vida que fan:

• Els de costums hipogeus, és a dir, subterranis, solen ser allargats.
• Els de costums epigeus, tenen dits amb membranes interdigitals a les extremitats inferiors.

Altres Tipus de Substrat

• L'aigua és el substrat propi del medi aquàtic.
• El cos d'altres éssers vius és el substrat dels organismes paràsits.

Factors Abiòtics i Adaptacions dels Organismes

Els factors ambientals abiòtics més importants són la temperatura, la llum, la humitat, la salinitat, la pressió i els corrents del medi. Els límits de tolerància són els límits màxims i mínims dels factors ambientals que toleren els organismes. L'interval d'aquests valors és l'amplitud de tolerància. Un factor limitador és el que sobrepassa l'amplitud de tolerància. El prefix Euri- indica una gran amplitud de tolerància, mentre que Esteno- indica una petita amplitud.

La Temperatura i les Adaptacions Tèrmiques

• Els animals homeoterms suporten el fred perquè s'aïllen mitjançant el pèl. Davant de la calor responen amb hàbits crepusculars per evitar les hores de més insolació.
• Els animals poiquiloterms tendeixen a allunyar-se al màxim del fred. Davant la calor responen com els homeoterms, amb hàbits crepusculars o nocturns (animals de sang freda).

La Llum: Estratificació i Adaptacions Biològiques

La llum provoca una estratificació que arriba a la seva màxima expressió a les selves o boscos tropicals.

• Les plantes heliòfiles tendeixen a ocupar les zones més exposades al sol.
• Les espècies esciòfiles estan adaptades a viure a l'ombra i ocupar així les zones menys assolellades o els estrats inferiors de la vegetació.
• Les plantes que creixen orientades cap a la llum presenten fototropismes.

En el medi aquàtic, l'estrat fòtic o zona fòtica és l'estrat superficial il·luminat fins als 100 o 200 metres de profunditat, on hi viuen el fitoplàncton i el zooplàncton. Per sota es troba l'estrat afòtic o zona afòtica, que a penes té llum.

Adaptacions dels Animals a la Llum

• Coloració críptica: Com la del camaleó, confon l'animal amb el medi.
• Coloració aposemàtica o d'avís: Com la coloració de les vespes, adverteix de la seva perillositat.
• Coloració mimètica: Com la d'alguns insectes inofensius que presenten coloracions semblants a les dels insectes perillosos, serveix per evitar que els ataquin.
• Bioluminescència: Els serveix per desorientar els depredadors, atraure les preses i atraure individus de l'altre sexe.

El Fotoperíode

El fotoperíode és la realització de determinats processos segons la durada del dia i la nit.

La Humitat de l'Aire i Adaptacions a la Deshidratació

La humitat absoluta és la quantitat total de vapor d'aigua que hi ha a l'aire, i s'expressa en g/m³. La humitat relativa és la relació entre la humitat absoluta i la màxima humitat possible en les mateixes condicions de pressió i temperatura.

El mecanisme d'adaptació més important per evitar la deshidratació és el tegument impermeable.

Adaptacions dels Animals per Evitar la Deshidratació

• Tenir un tegument impermeable.
• Tenir estructures que retenen l'aire i mantenen una microatmosfera humida.
• Produir secrecions mucoses que mantenen la pell humida.
• Tenir l'aparell respiratori a l'interior del cos.
• Fecundació interna i desenvolupament embrionari a l'interior d'ous amb closca impermeable o a l'interior de l'úter matern.
• Hàbits especials, com crepusculars o nocturns.
• Capacitat de beure l'aigua del mar.

Adaptacions de les Plantes per Evitar la Deshidratació

Les plantes absorbeixen aigua pels pèls absorbents de les arrels i la transporten pels vasos d'arrels i tiges fins a les fulles, d'on surt l'excés d'aigua en forma de vapor (evapotranspiració). Les adaptacions més importants per evitar la deshidratació i la mort són:

• Tenir arrels molt llargues.
• Tenir fulles amb epidermis molt cutinitzades i amb pocs estomes.
• Tenir pilositat abundant capaç de retenir aire i mantenir una microatmosfera humida.
• Tenir tiges i fulles suculentes on s'emmagatzema una gran quantitat d'aigua.
• Fer la fecundació a través de pol·len.
• Formació de llavors.

Tipus de Plantes segons les Necessitats Hídriques

Segons les necessitats hídriques, es distingeixen 4 tipus de plantes:

• Hidròfits: Tenen epidermis fines que els permeten mantenir-se dretes i surar.
• Higròfits: Tenen fulles grans amb l'epidermis fina i molts estomes, i fan una transpiració molt activa.
• Xeròfits: Tenen fulles petites d'epidermis coriàcia i amb pocs estomes.
• Mesòfits: Tenen característiques intermèdies entre les dues espècies anteriors.

La Pressió Atmosfèrica i Hidrostàtica

La pressió atmosfèrica és la força per unitat de superfície que exerceix el pes de l'aire. La pressió hidrostàtica és la força per unitat de superfície que exerceix l'aigua.

La Salinitat i l'Osmosi en els Éssers Vius

La salinitat de l'aigua és la concentració de sals minerals dissoltes. El medi intern dels organismes és menys salat que l'aigua de mar i més salat que l'aigua dolça.

Quan dues dissolucions amb diferent grau de salinitat estan separades per una membrana que deixa passar l'aigua però no les sals, es produeix l'osmosi, un corrent d'aigua des del medi més diluït (hipotònic) fins al més concentrat (hipertònic).

Hi ha 3 tipus d'organismes segons la seva regulació osmòtica:

• Poiquilosmòtics
• Homeosmòtics poc eficaços
• Homeosmòtics eficaços

Els Corrents del Medi: Aeri i Aquàtic

Els corrents del medi són els moviments que presenten l'aigua i l'aire.

Corrents Aeris

Els corrents aeris són aprofitats pels ocells i per alguns insectes en les migracions, i per les plantes per a la dispersió de pol·len o de llavors. Les principals adaptacions inclouen l'escurçament de les ales i la mida petita d'algunes plantes.

Corrents Marins i Fluvials

Els corrents marins són aprofitats per molts peixos, tortugues marines, etc., per realitzar migracions. Les principals adaptacions al moviment del mar són les adherències al substrat de diferents organismes, les excavacions a les roques o amagar-se a les esquerdes.

Les principals adaptacions al moviment dels rius inclouen la forma plana de nombroses larves d'insectes, refugiar-se sota les pedres, fer un estoig de pedres i tenir ventoses.

La Biocenosi: Comunitats i Relacions Biòtiques

La biocenosi o comunitat és la part biòtica de l'ecosistema, integrada per poblacions. Les relacions entre els organismes s'anomenen relacions biòtiques, classificades en dos grups: relacions intraespecífiques i relacions interespecífiques. La zona de transició entre dues comunitats s'anomena ecotò.

Relacions Intraespecífiques: Cooperació i Competència

Les relacions intraespecífiques són les relacions biòtiques que s'estableixen entre els organismes de la mateixa espècie. Poden ser relacions temporals o durar tota la vida, anomenades relacions perennes. Poden ser beneficioses, és a dir, de cooperació, o bé perjudicials, anomenades de competència.

Els avantatges que aporta la vida en grup s'anomenen efecte de grup, mentre que els desavantatges que sorgeixen quan la densitat poblacional és gran s'anomenen efecte de massa.

Relacions Interespecífiques: Interaccions entre Espècies

Les relacions interespecífiques són les relacions biòtiques que s'estableixen en una comunitat entre individus d'espècies diferents.

• Competència interespecífica: Consisteix en la demanda activa, per part d'individus de diferents espècies però del mateix nivell tròfic, d'un recurs comú que pot ser limitador. Quan competeixen per l'aliment, es parla de competència per explotació, i si competeixen pel territori, de competència per interferència.
• Depredació: És l'activitat de captura i mort que exerceixen uns individus sobre uns altres.
• Parasitisme: És la relació que s'estableix quan un individu, el paràsit, viu a costa de substàncies nutritives d'un altre individu, l'hoste. Els paràsits que viuen a l'interior de l'hoste s'anomenen endoparàsits, mentre que els que viuen sobre el cos de l'hoste s'anomenen ectoparàsits. Els paràsits obligats són els que fan una vida paràsita permanent, mentre que els facultatius són els que, a més de la vida paràsita, poden fer vida lliure.
• Explotació: Consisteix en la interacció de diverses espècies durant la seva activitat biològica, que té com a resultat el benefici d'unes espècies (explotadores) a costa d'altres (explotades).
• Comensalisme: Relació que es dóna quan un organisme (comensal) es nodreix de l'aliment sobrant d'un altre organisme (hoste). És una espècie d'explotació unilateral o de parasitisme sense perjudici per a l'hoste.
• Inquilinisme: L'associació entre una espècie (inquilí) i una altra que li ha donat recer en el seu cos.
• Tanatocresi: L'aprofitament que fa una espècie de restes, excrements, esquelets o cadàvers d'una altra espècie per tal de protegir-se o servir-se'n, com si fossin eines.
• Foresi: Relació que hi ha entre dues espècies quan una és transportada passivament per una altra.
• Mutualisme: L'associació constituïda per dos o més individus de diferents espècies, anomenats consorts, per beneficiar-se mútuament.
• Simbiosi: L'associació de dos o més individus de diferents espècies que es beneficien mútuament en tal grau que es fan dependents l'un de l'altre.
• Antibiosi: Consisteix en la impossibilitat que uns organismes visquin al costat d'uns altres, ja que secreten una substància (antibiòtic) que els provoca la mort.

La Població i la Dinàmica Poblacional

La població és el conjunt d'individus de la mateixa espècie que viuen en una àrea i en un període de temps determinat.

Natalitat i Mortalitat: Factors Clau en Poblacions

• La natalitat és la relació entre el nombre de naixements i el col·lectiu inicial. Distingim entre:
  • Natalitat màxima o teòrica: La que hi hauria en condicions ideals, és a dir, quan no hi hagués factors limitadors.
  • Natalitat ecològica: La que mesura la natalitat quan els individus estan sotmesos a factors ambientals limitadors.
• La mortalitat és la relació entre els individus morts i el col·lectiu inicial. Distingim entre:
  • Mortalitat mínima: La que es produiria en condicions ideals.
  • Mortalitat ecològica: La que es produeix en les condicions ambientals reals, amb tots els factors que ocasionen morts en la població.

Immigració i Emigració: Moviments Poblacionals

• La immigració és la relació entre el nombre d'individus procedents d'altres poblacions i el col·lectiu inicial.
• L'emigració és la relació entre el nombre d'individus que abandonen la població inicial i aquest col·lectiu.

El Creixement d'una Població: Models i Estratègies

El creixement d'una població és la relació entre l'augment o la disminució del nombre d'individus i el col·lectiu inicial.

La taxa de creixement instantània (r) és la relació entre el nombre d'individus en què augmenta o disminueix la població per unitat de temps i el col·lectiu inicial. S'hi distingeixen:

• Una taxa de creixement màxima: És el valor màxim que pot assolir r i que es donaria ja que, en absència de factors limitadors, la natalitat seria màxima i la mortalitat mínima.
• Una taxa de creixement limitat: És la que es produeix quan sí que hi ha factors que limiten els naixements i d'altres que produeixen morts en la població.

Models de Creixement Poblacional

• Creixement exponencial: Sorgeix quan no hi ha factors que limitin el creixement.
• Creixement logístic: Sorgeix quan sí que hi ha limitacions al creixement.

Estratègies de Creixement

Les estratègies de creixement descriuen com les poblacions s'adapten al seu entorn:

• Les poblacions dels ecosistemes estables tendeixen a adaptar-se a la capacitat del medi (K), per la qual cosa s'anomenen poblacions d'espècies que segueixen l'estratègia de tipus K. Els estrategs de tipus K en general són espècies que es reprodueixen periòdicament, que tenen poques cries i de mida gran, i que necessiten molt de temps per arribar a adults.
• Els estrategs de tipus r en general són espècies que es reprodueixen contínuament i que tenen molts descendents, sovint petits i de maduració ràpida.