Ecología
(del griego «οίκος»
oikos="hogar", y «λóγος»
logos="
conocimiento") es la ciencia que estudia a los seres vivos, su
ambiente, la distribución, abundancia y cómo esas propiedades son
afectadas por la interacción entre los organismos y su
ambiente: «la
biología de los
ecosistemas» (
Margalef, 1998,
p. 2). En el ambiente se incluyen las propiedades físicas que pueden
ser descritas como la suma de factores abióticos locales, como el
clima y la
geología, y los demás organismos que comparten ese hábitat (factores bióticos).
La visión integradora de la ecología plantea qué es el estudio
científico de los procesos que influyen la distribución y abundancia de
los organismos, así como las interacciones entre los organismos y la
transformación de los flujos de energía y materia.
Historia
El término
ökologie fue introducido en
1866 por el
alemán prusiano Ernst Haeckel en su trabajo
Morfología general de los organismos (
Generelle morphologie der organismen);
2 está compuesto por las palabras
griegas oikos (casa, vivienda, hogar) y
logos (estudio o tratado), por ello
ecología significa «el estudio del hogar».
En un principio, Haeckel entendía por ecología a la
ciencia
que estudia las relaciones de los seres vivos con su ambiente, pero más
tarde amplió esta definición al estudio de las características del
medio, que también incluye el transporte de materia y energía y su
transformación por las
comunidades biológicas.
Objeto de estudio
La ecología es la rama de la
Biología que estudia las interacciones de los seres vivos con su
hábitat. Esto incluye factores
abióticos, esto es, condiciones ambientales tales como:
climatológicas,
edáficas, etc.; pero también incluye factores
bióticos,
esto es, condiciones derivadas de las relaciones que se establecen con
otros seres vivos. Mientras que otras ramas se ocupan de niveles de
organización inferiores (desde la
bioquímica y la biología molecular pasando por la
biología celular, la
histología y la
fisiología hasta la
sistemática), la ecología se ocupa del nivel superior a éstas, ocupándose de las poblaciones, las
comunidades, los
ecosistemas y la
biosfera.
Por esta razón, y por ocuparse de las interacciones entre los
individuos y su ambiente, la ecología es una ciencia multidisciplinaria
que utiliza herramientas de otras ramas de la ciencia, especialmente
Geología,
Meteorología,
Geografía,
Física,
Química y
Matemática.
Los trabajos de investigación en esta disciplina se diferencian con
respecto de la mayoría de los trabajos en las demás ramas de la Biología
por su mayor uso de herramientas matemáticas, como la
estadística y los
modelos matemáticos. Además, la comprensión de los procesos ecológicos se basa fuertemente en los postulados
evolutivos (
Dobzhansky, 1973).
Principios y conceptos de la ecología
Teoría de sistemas
Principios de Ecología
Plantas y animales florecen solo cuando ciertas condiciones físicas
están presentes. En la ausencia de tales condiciones, las plantas y
animales no pueden sobrevivir sin ayuda de estos, son comensalismos.
Flujos de materia y energía
Flujo de energía
En esta sucesión de etapas en las que un organismo se alimenta y es
devorado la energía fluye desde un nivel trófico a otro. Las plantas
verdes u otros organismos que realizan la fotosíntesis utilizan la
energía solar para elaborar hidratos de carbono para sus propias
necesidades. La mayor parte de esta energía química se procesa en el
metabolismo y se pierde en forma de calor en la respiración. Las plantas
convierten la energía restante en biomasa sobre el suelo como tejido
leñoso y herbáceo y, bajo éste, como raíces. Por último, este material,
que es energía almacenada, se transfiere al segundo nivel trófico que
comprende los herbívoros que pastan, los descomponedores y los que se
alimentan de detritos. Si bien, la mayor parte de la energía asimilada
en el segundo nivel trófico se pierde de nuevo en forma de calor en la
respiración, una porción se convierte en biomasa. En cada nivel trófico
los organismos convierten en biomasa menos energía de la que reciben.
Por lo tanto, cuantos más pasos se produzcan entre el productor y el
consumidor final queda menos energía disponible. Rara vez existen más de
cuatro o o cinco niveles en una cadena trófica. Con el tiempo, toda la
energía que fluye a través de los niveles tróficos se pierde en forma de
calor. El proceso por medio del cual la energía pierde su capacidad de
generar trabajo útil se denomina entropía.
Niveles de organización
Para los ecólogos modernos (
Begon, Harper y Townsend, 1999)(
Molles, 2006), la ecología puede ser estudiada a varios niveles o escalas:
- Organismo (las interacciones de un ser vivo dado con las condiciones abióticas directas que lo rodean)
- Población (las interacciones de un ser vivo dado con los seres de su misma especie)
- Comunidad (las interacciones de una población dada con las poblaciones de especies que la rodean),
- Ecosistema (las interacciones propias de la biocenosis sumadas a todos los flujos de materia y energía que tienen lugar en ella)
- Biosfera (el conjunto de todos los seres vivos conocidos)
Cadena trófica
Cadena trófica, también llamada red trófica, son una serie de cadenas
alimentarias íntimamente relacionadas por las que circulan energía y
materiales en un ecosistema. Se entiende por cadena alimentaria cada una
de las relaciones alimenticias que se establecen de forma lineal entre
organismos que pertenecen a distintos niveles tróficos. La cadena
trófica está dividida en dos grandes categorías: la cadena o red de
pastoreo, que se inicia con las plantas verdes, algas o plancton que
realiza la fotosíntesis, y la cadena o red de detritos que comienza con
los detritos orgánicos. Estas redes están formadas por cadenas
alimentarias independientes. En la red de pastoreo, los materiales pasan
desde las plantas a los consumidores de plantas (herbívoros) y de éstos
a los consumidores de carne (carnívoros). En la red de detritos, los
materiales pasan desde las plantas y sustancias animales a las bacterias
y a los hongos (descomponedores), y de éstos a los que se alimentan de
detritos (detritívoros) y de ellos a sus depredadores (carnívoros).
Por lo general, entre las cadenas tróficas existen muchas
interconexiones; por ejemplo, los hongos que descomponen la materia en
una red de detritos pueden dar origen a setas que son consumidas por
ardillas, ratones y ciervos en una red de pastoreo. Los petirrojos son
omnívoros, es decir, consumen plantas y animales, y por esta razón están
presentes en las redes de pastoreo y de detritos. Los petirrojos se
suelen alimentar de lombrices de tierra que son detritívoras y se
alimentan de hojas en estado de putrefacción.
Producción y productividad
En un ecosistema, las conexiones entre las especies se relacionan
generalmente con su papel en la cadena alimentaria. Hay tres categorías
de organismos:
Estas relaciones forman las secuencias, en las cuales cada individuo
consume al precedente y es consumido por el siguiente, lo que se llama
cadenas alimentarias
o las redes del alimento. En una red de alimento habrá pocos organismos
en cada nivel como uno sigue los acoplamientos de la red encima de la
cadena, formando una pirámide.
Estos conceptos llevan a la idea de
biomasa
(la materia viva total en un ecosistema), de la productividad primaria
(el aumento en compuestos orgánicos), y de la productividad secundaria
(la materia viva producida por los consumidores y los descomponedores en
un rato dado). Estas dos ideas pasadas son dominantes, puesto que
permiten evaluar la capacidad de carga -- el número de organismos que se
pueden apoyar por un ecosistema dado. En ninguna red del alimento se
transfiere totalmente la energía contenida en el nivel de los
productores a los consumidores. Se pierden ascendentes cuanto más alta
es la cadena, mayor la energía y los recursos. Así, puramente de una
energía y desde el punto de vista del alimento es más eficiente para que
los seres humanos sean consumidores primarios (subsistir de vehículos,
de granos, de las legumbres, de la fruta, etc.) que consumidores
secundarios (herbívoros consumidores, omnívoros, o sus productos), y aún
más que sean consumidores terciarios (carnívoros consumidores,
omnívoros, o sus productos). Un ecosistema es inestable cuando sobra la
capacidad de carga. La productividad total de los ecosistemas es
estimada a veces comparando tres tipos de ecosistemas con base en tierra
y el total de ecosistemas acuáticos; se estima que la mitad de la
producción primaria puede ocurrir en tierra, y el resto en el océano.
- Los bosques (1/3 de la superficie terrestre de la Tierra) contienen biomasas densas y muy productivas.
- Sabanas, praderas, y pantanos (1/3 de la superficie terrestre de la
Tierra) contienen biomasas menos densas, pero es productiva. Estos
ecosistemas representan a las mayores partes de las que dependen el
alimento humano.
- Ecosistemas extremos en las áreas con climas más extremos --
desiertos y semi-desiertos, tundra, prados alpestres, y estepas -- (1/3
de la superficie terrestre de la Tierra). Tienen biomasas muy escasas y
baja productividad.
- Finalmente, los ecosistemas del agua marina y dulce (3/4 de la
superficie terrestre de la Tierra) contiene biomasas muy escasas (aparte
de las zonas costeras).
Los ecosistemas difieren en su biomasa (carbón de los gramos por
metro cuadrado) y la productividad (carbón de los gramos por metro
cuadrado por día), y las comparaciones directas de la biomasa y la
productividad puede no ser válida. Un ecosistema como este en la taiga
puede ser alto en biomasa, pero de crecimiento lento y así bajo en
productividad. Los ecosistemas se comparan a menudo en base de su
volumen de ventas (cociente de la producción) o del tiempo del volumen
de ventas que sean los recíprocos del volumen de ventas. Las acciones
humanas durante los últimos siglos han reducido seriamente la cantidad
de la tierra cubierta por los bosques (tala de árboles), y han aumentado
agroecosistemas. En últimas décadas ha ocurrido un aumento en las áreas
ocupadas por ecosistemas extremos, como en el caso de la
desertificación.
Tasa de renovación
Riqueza, diversidad y biodiversidad
Algunas de las tasas de diversidad biológica más altas se observan en los
arrecifes de coral.
Biosfera
La capa exterior del
planeta Tierra puede ser dividida en varios compartimentos: la
hidrosfera (o esfera de agua), la
litosfera
(o ámbito de los suelos y rocas), y la atmósfera (o la esfera de aire).
La biosfera (o la esfera de la vida), a veces descrita como "el cuarto
sobre" es la materia viva del planeta, o la parte del planeta ocupada
por la
vida.
Alcanza así en los otros tres ámbitos, aunque no hay habitantes
permanentes de la atmósfera. En relación con el volumen de la Tierra, la
biosfera es sólo la capa superficial muy delgada que se extiende 11.000
metros bajo el nivel del mar a 15.000 metros por encima.
Se piensa que la vida por primera vez se desarrolló en la hidrosfera, a profundidades someras, en la
zona fótica. (Sin embargo, recientemente, una teoría de la competencia se ha convertido, de que la vida se originó alrededor de
fuentes hidrotermales en la profundidad de océano. Véase el
origen de la vida.)
Luego aparecieron los organismos multicelulares y colonizaron las zonas
bentónicas. Organismos fotosintéticos gradualmente emitieron, mediante
reacciones químicas, los gases hasta llegar a las actuales
concentraciones, especialmente la abundancia de oxígeno, que
caracterizan a nuestro planeta. La vida terrestre se desarrolló más
tarde, protegida de los rayos
UV por la
capa de ozono. La diversificación de las especies terrestres se piensa que fue incrementada por la
deriva de los continentes
por aparte, o, alternativamente, chocar. La biodiversidad se expresa en
el nivel ecológico (ecosistema), nivel de población (diversidad
intraespecífica), especies (diversidad específica), y nivel genético.
La biosfera contiene grandes cantidades de elementos tales como
carbono, nitrógeno, hidrógeno y oxígeno. Otros elementos, tales como el
fósforo, calcio y potasio, también son esenciales a la vida, aún están
presentes en cantidades más pequeñas. En el ecosistema y los niveles de
la biosfera, es un continuo reciclaje de todos estos elementos, que se
alternan entre los estados minerales y orgánicos.
Aunque hay una ligera entrada de la energía geotérmica, la mayor
parte del funcionamiento de los ecosistemas se basa en la aporte de la
energía solar. Las plantas y los microorganismos fotosintéticos convierten la luz en energía química mediante el proceso de
fotosíntesis,
lo que crea la glucosa (un azúcar simple) y libera oxígeno libre. La
glucosa se convierte así en la segunda fuente de energía que impulsa el
ecosistema. Parte de esta glucosa se utiliza directamente por otros
organismos para la energía. Otras moléculas de azúcar pueden ser
convertidas en otras moléculas como los
aminoácidos.
Las plantas usan alguna de estos azúcares, concentrado en el néctar,
para atraer a los polinizadores para la ayuda en la reproducción.
La
respiración celular es el proceso mediante el cual los organismos (como los mamíferos) rompen de glucosa hacia abajo en sus mandantes, el
agua y el
dióxido de carbono,
por lo tanto, recuperar la energía almacenada originalmente dio el sol a
las plantas. La proporción de la actividad fotosintética de las plantas
y otros fotosintetizadores a la respiración de otros organismos
determina la composición de la atmósfera de la Tierra, en particular su
nivel de oxígeno. Las corrientes de aire globales unen la atmósfera
mantieniendo casi el mismo equilibrio de los elementos en áreas de
intensa actividad biológica y las áreas de la actividad biológica
ligera.
El agua es también intercambiada entre la hidrosfera, la litosfera, la atmósfera, la biosfera y en
ciclos
regulares. Los océanos son grandes depósitos que almacenan el agua,
aseguran la estabilidad térmica y climática, y facilitan el transporte
de elementos químicos gracias a las grandes
corrientes oceánicas.
Para una mejor comprensión de cómo funciona la biosfera, y las
diversas disfunciones relacionadas con la actividad humana, científicos
Americanos trataron de simular la biosfera en un modelo en pequeña
escala, llamado
Biosfera 2.
Ecosistema
Un principio central de la ecología es que cada organismo vivo tiene
una relación permanente y continua con todos los demás elementos que
componen su entorno. La suma total de la interacción de los organismos
vivos (la
biocenosis) y su medio no viviente (
biotopo) en una zona que se denomina un
ecosistema. Los estudios de los ecosistemas por lo general se centran en la circulación de la energía y la materia a través del sistema.
Casi todos los ecosistemas funcionan con energía del sol capturada por los
productores primarios a través de la
fotosíntesis. Esta energía fluye a través de la cadena alimentaria a los consumidores primarios (
herbívoros que comen y digeren las plantas), y los consumidores
secundarios y
terciaria (ya sea
omnívoros o
carnívoros). La energía se pierde a los organismos vivos cuando se utiliza por los organismos para hacer el
trabajo, o se pierde como
calor residual.
La materia es incorporada a los organismos vivos por los productores
primarios. Las plantas fotosintetizadoras fijan el carbono a partir del
dióxido de carbono y del nitrógeno de la atmósfera o nitratos presentes
en el suelo para producir aminoácidos. Gran parte de los contenidos de
carbono y nitrógeno en los ecosistemas es creado por las instalaciones
de ese tipo, y luego se consume por los consumidores secundarios y
terciarios y se incorporan en sí mismos. Los nutrientes son generalmente
devueltos a los ecosistemas a través de la descomposición. Todo el
movimiento de los productos químicos en un ecosistema que se denomina un
ciclo biogeoquímico, e incluye el ciclo del
carbono y del
nitrógeno.
Los ecosistemas de cualquier tamaño se pueden estudiar, por ejemplo,
una roca y la vida de las plantas que crecen en ella puede ser
considerado un ecosistema. Esta roca puede estar dentro de un llano, con
muchas de estas rocas, hierbas pequeñas, y animales que pastorean -
también un ecosistema-. Este puede ser simple en la
tundra, que también es un ecosistema (aunque una vez que son de este tamaño, por lo general se denomina
ecozonas o
biomas). De hecho, toda la superficie terrestre de la Tierra, toda la materia que lo compone, el
aire
que está directamente encima de éste, y todos los organismos vivos que
viven dentro de ella puede ser considerados como una solo, gran
ecosistema.
Los ecosistemas se pueden dividir en los ecosistemas terrestres (incluidos los
ecosistemas de bosques,
estepas,
sabanas, etc), los
ecosistemas de agua dulce (
lagos,
estanques y
ríos), y los
ecosistemas marinos, en función del
biotopo dominante.
Relaciones espaciales y subdivisiones de la tierra
Artículo principal: Bioma.
Montículos de
Termita
con chimeneas de diferentes alturas para regular el intercambio de
gases, temperatura y otros parámetros ambientales necesarios para
mantener la fisiologia de toda la colonia.
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Los ecosistemas no están aislados unos de otros sino
interrelacionadas; por ejemplo, el agua puede circular entre los
ecosistemas por medio de un río o corriente oceánica. El agua en sí,
como un medio líquido, incluso define los ecosistemas. Algunas especies,
como el salmón o la anguila de agua dulce se mueven entre los sistemas
marinos y de agua dulce. Estas relaciones entre los ecosistemas conducen
a la idea de "bioma". Un bioma es una formación homogénea ecológica que
existe en una amplia región, como la
tundra y las
estepas. La
biosfera comprende la totalidad de los biomas de la Tierra - la totalidad de los lugares donde la vida es posible - desde las
montañas más altas a las profundidades oceánicas.
Los biomas están bastante bien distribuidos a lo largo de las
subdivisiones a las latitudes, desde el ecuador hacia los polos, con las
diferencias basadas en el entorno físico (por ejemplo, los océanos o
cordilleras) y el clima. Su variación está generalmente relacionada con
la distribución de las especies de acuerdo a su capacidad para tolerar
la temperatura, la sequedad, o ambos. Por ejemplo, se pueden encontrar
algas fotosintéticas sólo en la parte luminosa de los océanos (donde
penetra la luz), mientras que las
coníferas se encuentran principalmente en las montañas.
Aunque esta es una simplificación de un sistema más complicado, la
latitud y la altitud representan de manera adecuada la distribución de
la diversidad biológica dentro de la biosfera. En general, la riqueza de
la diversidad biológica (así como de los animales como para las
especies de plantas) está disminuyendo más rápidamente cerca del ecuador
y más lentamente a medida que nos aproximamos a los polos.
La biosfera también puede ser dividida en
ecozonas,
que están muy bien definidas y sobre todo hoy en día sigue las
fronteras continentales. Las zonas ecológicas son divididas en las
ecorregiones, aunque no hay acuerdo sobre sus límites.
Disciplinas de la Ecología
Como
disciplina científica
en donde intervienen diferentes caracteres la ecología no puede dictar
qué es "bueno" o "malo". Aun así, se puede considerar que el
mantenimiento de la
biodiversidad y sus objetivos relacionados han provisto la base científica para expresar los objetivos del
ecologismo y, así mismo, le ha provisto la metodología y terminología para expresar los problemas ambientales.
La economía y la ecología comparten formalismo en muchas de sus
áreas; algunas herramientas utilizadas en esta disciplina, como tablas
de vida y
teoría de juegos, tuvieron su origen en la
economía. La disciplina que integra ambas ciencias es la
economía ecológica.
- La ecología microbiana es la rama de la ecología que estudia a los microorganismos
en su ambiente natural, los cuales mantienen una actividad continua
imprescindible para la vida en la Tierra. En los últimos años se han
logrado numerosos avances en esta disciplina con las técnicas
disponibles de biología molecular.
Los mecanismos que mantienen la diversidad microbiana de la biosfera
son la base de la dinámica de los ecosistemas terrestres, acuáticos y
aéreos. Es decir, la base de la existencia de las selvas y de los sistemas agrícolas, entre otros. Por otra parte, la diversidad microbiana del suelo es la causa de la fertilidad del mismo.
- Biogeografía:
es la ciencia que estudia la distribución de los seres vivos sobre la
Tierra, así como los procesos que la han originado, que la modifican y
que la pueden hacer desaparecer. Es una ciencia interdisciplinaria, de manera que aunque formalmente es una rama de la Geografía, recibiendo parte de sus fundamentos de especialidades como la Climatología y otras Ciencias de la Tierra, es a la vez parte de la Biología. La superficie de la Tierra no es uniforme, ni en toda ella existen las mismas características. El espacio isotrópico que utilizan, o suponen, los esquemas teóricos de localización es tan solo una construcción matemática del espacio.
- La ecología matemática se dedica a la aplicación de los teoremas
y métodos matemáticos a los problemas de la relación de los seres vivos
con su medio y es, por tanto, una rama de la biología. Esta disciplina
provee de la base formal para la enunciación de gran parte de la
ecología teórica
- La ecología urbana
es una disciplina cuyo objeto de estudio son las interrelaciones entre
los habitantes de una aglomeración urbana y sus múltiples interacciones
con el ambiente.
- La ecología de la recreación
es el estudio científico de las relaciones ecológicas entre el ser
humano y la naturaleza dentro de un contexto recreativo. Los estudios
preliminares se centraron principalmente en los impactos de los
visitantes en áreas naturales.
Mientras que los primeros estudios sobre impactos humanos datan de
finales de la década de los 20, no fue sino hasta los 70s que se reunió
una importante cantidad de material documental sobre ecología de la
recreación, época en la cual algunos países sufrieron un exceso de
visitantes en áreas naturales, lo que ocasionó desequilibrios dentro de
procesos ecológicos en dichas zonas. A pesar de su importancia para el turismo sostenible y para el manejo
de áreas protegidas, la investigación en este campo ha sido escasa,
dispersa y relativamente desarticulada, especialmente en países
biodiversos.
- La ecología del paisaje es una disciplina a caballo entre la geografía física
orientada regionalmente y la biología. Estudia los paisajes naturales
prestando especial atención a los grupos humanos como agentes
transformadores de la dinámica físico-ecológica de éstos. Ha recibido
aportes tanto de la geografía física como de la biología, ya que si bien
la geografía aporta las visiones estructurales del paisaje (el estudio
de la estructura horizontal o del mosaico de subecosistemas que
conforman el paisaje), la biología nos aportará la visión funcional del
paisaje (las relaciones verticales de materia y energía). Este concepto
comienza en 1898, con el geógrafo, padre de la pedología rusa, Vasily
Vasilievich Dokuchaev y fue más tarde continuado por el geógrafo alemán Carl Troll. Es una disciplina muy relacionada con otras áreas como la Geoquímica, la Geobotánica, las Ciencias Forestales o la Pedología.
- La limnología es la rama de la ecología que se centra en el estudio de los sistemas acuáticos continentales: ríos, lagos, lagunas, etcétera.
- La ecología regional
es una disciplina que estudia los procesos ecosistémicos como el flujo
de energía, el ciclo de la materia o la producción de gases de
invernadero a escala de paisaje regional o bioma. Considera que existen
grandes regiones que funcionan como un único ecosistema.
- La agronomía, pesquería
y, en general, toda disciplina que tenga relación con la explotación o
conservación de recursos naturales, en especial seres vivos, tienen la
misma relación con la ecología que gran parte de las ingenierías con la matemática, física o química.
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