Fundamentos de Ecología: Métodos, Factores Ambientales y Biomas Globales

Ecología: Conceptos Fundamentales

La Ecología es una ciencia interdisciplinar que, en la búsqueda de la modelización de los ecosistemas, utiliza principios de otras ciencias en el campo de lo abiótico y de lo biótico. Es capaz de complementar una tendencia reduccionista bajo un enfoque globalizador, caracterizándose por su naturaleza integradora.

Nivel de Organización

La ecología abarca desde el organismo hasta el nivel superior de organización jerárquica: el ecosistema.

• Autoecología: Relación de una sola especie o población con el medio ambiente. Incluye la ecología del individuo y la ecología de poblaciones.
• Sinecología: Relación de una comunidad con el medio ambiente. Incluye la ecología de sistemas y la ecología de comunidades.

Propiedades Colectivas y Emergentes

• Propiedades Colectivas: Son la suma de las características del nivel inferior.
• Propiedades Emergentes: Son nuevas propiedades que no se deducen del nivel inferior.

Definiciones Clave

• Biocenosis: Comunidad.
• Biogeocenosis: Ecosistema (biocenosis + medio abiótico).
• Bioma: Ecosistemas grandes de dimensiones regionales, definidos en relación con la vegetación predominante.

La Ciencia y sus Métodos

La Ciencia es un proceso que responde a cuestiones del mundo natural, constituyendo un cuerpo de conocimiento sistematizado (metódico y ordenado) basado en la observación y la experimentación, y que es inherentemente racional (basado en hipótesis).

Métodos Científicos

• Método Inductivo: Basado en la observación, va de lo particular a lo general.
• Método Deductivo: Se basa en relaciones lógicas de enunciados, yendo de lo general a lo particular o general.
• Método Hipotético-Deductivo: Se basa en la comprobación empírica a partir de la experimentación de la hipótesis.

Pasos del Método Hipotético-Deductivo:

1. Cuestionamiento: Revisión de teorías existentes y creencias.
2. Observación.
3. Hipótesis: Posible respuesta o predicción. Debe ser falsable (demostrable que es falsa) y no puede ser circular.
4. Experimentación: Adquirir información que implique un contraste con la realidad.
5. Contraste de Datos: Comparar los datos obtenidos con los ya existentes.
6. Resultados:
   1. Aceptar la hipótesis.
   2. Rechazar la hipótesis (lo que implica empezar de nuevo o analizar errores).
7. Ley/Teoría: Conjunto de ideas que unifican conceptos. Debe ser uniforme.

Tipos de Respuestas

• Respuestas Próximas: Mecanicistas, buscan causas inmediatas (el cómo).
• Respuestas Últimas: Evolutivas, buscan causas finales (el porqué).

Estudio Ecológico y Experimentación

El Estudio Ecológico

En un estudio ecológico, analizamos el problema, elegimos las variables a estudiar, las escalas espacio-temporales y los métodos de tratamiento de datos. Esto depende de condicionantes:

• Naturales: Heterogeneidad de poblaciones, etc.
• Técnicos: Técnicas disponibles, etc.
• Matemáticos: Calidad y estructura de los datos, etc.

Posteriormente, se realiza una planificación del muestreo (cantidad de muestras, precisión de las medidas).

Métodos de Muestreo

• Aleatorio: Todos los elementos tienen la misma probabilidad de ser tomados, al azar.
• Transecto: Se conoce un factor que determina la distribución de lo que se está estudiando.
• Estratificado: Se realiza en diferentes estratos.

Después del muestreo, se analizan los resultados.

Experimentos

Un experimento es un procedimiento organizado de adquisición de información que implica un contraste con la realidad (para testar la hipótesis).

Tipos de Experimentos

• Experimentos de Medición: Mediciones en uno o más puntos en el espacio y el tiempo.
• Experimentos de Manipulación: Implican uno o más tratamientos y tienen como objetivo realizar comparaciones. Requieren control (a veces difícil):

1. Experimentos de Laboratorio: La mayoría de las variables están bajo control, lo que implica una simplificación de la naturaleza. Las conclusiones son limitadas; lo ideal es hacer experimentos de laboratorio in situ.
2. Experimentos in situ o de Campo: Se realizan en la naturaleza, a gran o pequeña escala según la financiación (limitando el terreno).
3. Experimentos Naturales: Se realizan tras la ocurrencia de catástrofes. Pueden ser de trayectoria (observar la evolución del sistema con datos anteriores a la perturbación) o instantáneos (no hay conocimiento previo).

Muestreo de Organismos y Variables

Muestreo de Organismos

Medio Terrestre

• Plantas: Con una guía, se guardan en formol.
• Microorganismos edáficos: Embudo de Tullgren.

Medio Acuático

• Columna de Agua: Redes de plancton (poros de diferentes tamaños), botella oceanográfica (botellas abiertas por los dos lados que se cierran), pesca eléctrica, teledetección, fotografía.
• Bentos:
  • Sedimento duro: Draga de arrastre (arrasa con todo).
  • Sedimento blando: Submarinismo (contar), enviar dragas (perturban el sedimento), cores.
• Continentales: Red Surber (armazón duro con red, se conoce el área de muestreo), red Kicker (no se conoce el área, se remueve el fondo y se recoge la suspensión).

Variables

• Variables Cuantitativas: Datos numéricos.
  • Continuas: Número infinito de valores (ej. temperatura, peso).
  • Discretas: Valores fijos (ej. densidad).
• Variables Cualitativas: No numéricas.
  • Nominales: No ordenados.
  • Ordinales: Ordenables.
• Variables Sintéticas: Relacionan otras variables (ej. tasas, porcentajes).

Tratamiento de Datos y Estadística

Tratamiento de Datos

El tratamiento de datos utiliza la estadística (se necesitan números, las variables cualitativas pueden pasarse a cuantitativas).

• Parámetro: Toda medida que describe una población entera de datos.
• Rango: Diferencia entre el mayor y el menor valor.
• Coeficiente de Variación: Desviación de los datos respecto a la media.

Hipótesis Estadística

La hipótesis estadística permite aceptar o no la hipótesis de investigación (posible respuesta a la pregunta). Existen dos tipos:

• Hipótesis Nula (H₀): Establece que no existen diferencias entre un parámetro medido y un valor específico.
• Hipótesis Alternativa (H_A): Establece que hay diferencias específicas entre un parámetro medido y otro específico.

Dado que los tests estadísticos se basan en probabilidades y no en certezas, siempre existe la posibilidad de equivocarse. Pueden darse dos resultados correctos (aceptar la verdadera y rechazar la falsa) y dos incorrectos:

• Error Tipo I: Rechazar una H₀ que es verdadera.
• Error Tipo II: Aceptar una H₀ que es falsa.

La mayoría de los tests intentan eliminar los errores Tipo II, aunque la importancia de cada error depende del contexto. Se debe decidir si la diferencia en los datos se debe al azar o si existe realmente. El nivel de significancia (α) es la probabilidad de que un suceso ocurra por azar. En análisis estadísticos, α es el valor p (ej. p = 0,05) y varía entre 0 (imposible que se deba al azar) y 1 (certeza de que se debe al azar). Nunca alcanza esos valores extremos.

Interpretación Estadística

• Si p < 0,05: Existe alguna diferencia significativa, probablemente no causada al azar. Se rechaza la H₀.
• Si p > 0,05: Se acepta la H₀. Los resultados son fruto del azar.

Rechazar la H₀ no significa que la H_A sea correcta.

Tipos de Tests Estadísticos

• t de Student: Establece la similitud o diferencia entre dos poblaciones de datos, teniendo en cuenta la dispersión de los datos respecto a la media.
  • Valores de t bajos: Probabilidad alta de que las medias de las dos poblaciones sean iguales.
  • Valores de t altos: Probabilidad baja de que sean iguales.
  • Si t < t_tabla: No hay diferencias apreciables (se acepta H₀).
  • Si t > t_tabla: Hay diferencias (se acepta H_A).
• Regresión Simple: Relación estadística entre dos conjuntos de datos (ej. a mayor tamaño, mayor peso). Se obtiene el coeficiente de determinación r², que está entre 0 y 1.
  • r² = 0: No hay relación causa-efecto.
  • r² = 1: La relación es perfecta.

  El r² no indica si la regresión es significativa; para eso se necesita el valor p.

Factores Ambientales

• Condición: Variación espacial y temporal que influye en la abundancia y distribución de los organismos. Es modificable pero no agotable (ej. pH).
• Recurso: Consumible y agotable.
  • Renovables: Nutrientes.
  • No Renovables: Espacio.
• Condición Reguladora: Modifica la tasa de uso de un recurso. Por ejemplo, la temperatura aumenta la actividad metabólica, lo que incrementa el consumo de oxígeno.

Radiación

Las plantas realizan la fotosíntesis entre 400-700 nm. Por debajo se encuentran los rayos UV y por encima los infrarrojos. La radiación que llega a la Tierra se compone aproximadamente de 49% infrarrojos, 43% espectro visible, 7% rayos UV y 1% rayos gamma. La vegetación también es un factor influyente.

Atmósfera

La atmósfera actúa como barrera contra la radiación:

• Homosfera: Composición química homogénea (0-80 km).
• Heterosfera: Diferentes capas (80 km-espacio).

Más del 50% de la masa atmosférica se encuentra por debajo de los 6 km y el 97% por debajo de los 29 km. La radiación que llega a la Tierra es normalmente del 45-52%.

Radiación en el Agua

• Capa Fótica: Hasta donde llega la luz.
  • Eufótica: Clara.
  • Disfótica: Penumbra.
• Capa Afótica: Donde no llega la luz.

Temperatura

Existe un continuo intercambio térmico con nuestro entorno. La temperatura influye en las tasas bioquímicas, metabólicas y el balance energético (si la temperatura aumenta 10°C, las tasas metabólicas aumentan 2-4 veces). También influye en la fotosíntesis (aumentando hasta un máximo, a partir del cual disminuye), en la solubilidad, la densidad y el requerimiento hídrico.

Agua

El agua cubre el 70% de la superficie terrestre y constituye el 70-90% de los organismos. Su polaridad le confiere un alto calor específico y su densidad máxima se alcanza a 4°C. Menos del 1% de las aguas del planeta son dulces. El agua de mar es más homogénea.

Oxígeno

El oxígeno representa el 21% de la atmósfera y el 1% en el agua. Su difusión es lenta y su solubilidad baja. En agua dulce, la concentración de oxígeno aumenta.

Materia Orgánica

En el medio acuático, la materia en suspensión se denomina seston, que puede ser de dos tipos:

• Plancton: Vivo (fitoplancton, zooplancton, etc.).
• Tripton: Muerto (puede ser inorgánico u orgánico [MOD-MOP]).

La DBO (Demanda Biológica de Oxígeno) es la cantidad de oxígeno necesaria para descomponer la materia orgánica de un agua.

• DBO baja: Agua de calidad, sistema oligosaprobio.
• DBO alta: Aguas contaminadas, sistema polisaprobio.

Cambios Históricos, Cíclicos y Erráticos

Cambios Históricos

• Deriva Continental: Los continentes se mueven (Pangea, luego Laurasia y Gondwana).
• Cambios Climáticos: Glaciaciones. Se estudian mediante paleo/palinología (estudio del polen) y foraminíferos (conchas de protozoos). Se han registrado 16 glaciaciones en 2 millones de años, con períodos de 50.000-100.000 años de glaciación y 10.000-20.000 años de aumento de la temperatura, como el actual.

Cambios Cíclicos

• Variaciones Latitudinales: En el hemisferio norte (60% agua) hay más variación de temperatura que en el sur (80% agua). En el ecuador, donde hay más energía entrante, el aire se calienta, pero el efecto Coriolis lo desplaza a la derecha en el norte y a la izquierda en el sur, por lo que el cinturón del ecuador no es continuo. Existen tres células convectivas:
  1. Célula de Hadley (0-30°).
  2. Célula de Ferrel (30-60°).
  3. Célula Polar (60-90°).
• Variaciones Altitudinales:
  • Enfriamiento Adiabático: La temperatura enfría 0,5-1°C cada 100 m. Si el aire está húmedo, se enfriará menos debido al agua.
  • Efecto Foehn: Fenómeno meteorológico en montañas.
  • Variaciones Meso y Microclimáticas: El clima continental es más árido y variable que el oceánico.
  • Inversión Térmica: Se da en valles, por ejemplo, y se nota más al anochecer y amanecer.
• Variaciones en Medio Acuático:
  • Haloclina: Cambios en la concentración de sal.
  • Picnoclina: Cambios en la concentración de densidad.
  • El fondo del mar es más frío y salado que la superficie.
• Sistemas Lacustres: Presentan diferentes capas (epilimnion, metalimnion, hipolimnion). Se dan períodos de mezcla:
  • Amícticos: No se mezclan porque hay una capa de hielo (zonas altas y Antártida).
  • Monomícticos: Mezcla en una época del año (los fríos se mezclan en verano y los cálidos en invierno).
  • Dimícticos: Mezcla en dos épocas del año (en zonas templadas).
  • Oligomícticos: Generalmente sin mezcla; si se da, es parcial.
  • Polimícticos: Muchos períodos de mezcla (3 o más), bastante raros.
  • Holomícticos: Mezcla total.
  • Meromícticos: Mezcla parcial.
  • Monimolimnion: El agua profunda no se mezcla, está estancada.
  • Mixolimnion: Parte de la columna que se mezcla.

Cambios Erráticos

Son cambios en el área local, no predecibles (ej. huracanes, volcanes).

Biomas Terrestres

Los Biomas son las mayores regiones de poblaciones animales y vegetales diferenciadas que representan una buena adaptación al ambiente físico de sus áreas de distribución.

Tipos de Biomas

• Selva Tropical Seca: Estaciones frías, cálidas y secas. Biológicamente rica, pero amenazada y con la mayor parte de asentamientos humanos.
• Selva Tropical Lluviosa: Cálida, húmeda, baja estacionalidad, suelo infértil, extrema diversidad.
• Sabana: Estaciones cálidas y frías, secas y húmedas. Suelo impermeable, importancia del fuego, gran influencia del hombre.
• Bosque Mediterráneo: Frío y húmedo, verano seco y cálido. Baja fertilidad del suelo, clima mediterráneo, sequías estacionales.
• Pradera/Estepa: Estacionalidad fría/cálida. Mayor pluviosidad cuando hay mayor crecimiento, sequías duraderas. Suelo fértil, con muchas áreas dedicadas a campos agrícolas.
• Bosque Templado: Invierno moderado y húmedo, alta productividad y biomasa. Árboles caducifolios, inviernos templados y suelo fértil. Si no, coníferas.
• Bosque Boreal/Taiga: Invierno largo y severo, extremos cambios climáticos, precipitación moderada. Suelo infértil, permafrost, fuego ocasional.
• Tundra: Frío, baja precipitación, verano corto. Permafrost, suelo poco desarrollado, invierno frío y largo. Animales migratorios.
• Desierto: Caliente o frío, seco, precipitación impredecible, baja productividad.
• Montañas: Temperatura, precipitación, suelos y organismos varían según la altitud.