BIO I_UNITAT 12. L'estructura i la dinàmica dels ecosistemes

BLOC 5: ecologia

UNITAT 12: L'estructura i la dinàmica dels ecosistemes

BIOLOGIA I

xpujadas@lasalle.cat

Xavi Pujadas

El biòtop

Les adaptacions

Índex

La biocenosi

Relacions biòtiques

Dinàmica de poblacions

Les successions ecològiques

el biòtop

El biòtop

És el conjunt format per:

fluid on es desenvolupa l’organisme:

• Medi:

El medi aeri

El medi aquàtic

Correspon a tota l’extensió de l’aigua terrestre (aproximadament el 70% de la superfície). Segons la zona que habiten:

Correspon a la barreja de gasos de l’atmosfera més propera a la superfície: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%), vapor d’aigua, partícules en suspensió, etc. Els organismes necessiten estructures de sustentació (esquelet, teixits llenyós) per contrarestar l’efecte de la gravetat.

• nèuston: a la superfície
• plàncton: prop de la superfície
• nècton: animals nedadors
• bentos: sobre el fons marí

El biòtop

És el conjunt format per:

superfície on es fixa o es desplaça l’organisme:

• Substrat:

Sòl

Aigua

Altres éssers vius

És el propi del medi aeri

És el propi del medi aquàtic

Per als organismes paràsits i descomponedors

Estructurat en horitzons, és el resultat de la interacció entre la litosfera, la biosfera, l’atmosfera i la hidrosfera

El biòtop

És el conjunt format per:

factors fisicoquímics de l’ambient.

• Factors ambientals abiòtics:

Generalment presenten:

• límits de tolerància: valors màxims i mínims
• amplitud de tolerància: interval entre els valors màxims i mínims. Pot ser:
• de gran amplitud (A), espècies eurioiques
• de poca amplitud (B), espècies estenoiques, d'exigències molt estrictes
• factor limitant: determina el creixement més gran o més petit d'una població (és proper als límits de tolerància)

les adaptacions

Adaptacions a la temperatura

A la superfície terrestre, un rang enorme (de -80 a +60oC). A l'aigua, menor rang (de -2 a +30oC, però la major part dels oceans entre +2 i +4oC). Major abundància d'espècies entre:

• > 0 oC (destrucció de teixits per cristalls de gel)
• < +45 oC (desnaturalització)

Adaptacions a la temperatura

Algues de la neu (-30oC)

Animals homeoterms

Regulen la temperatura corporal mitjançant aïllament tèrmic (pèls, plomes, greix, etc.) i estratègies conductuals (migracions, diürns/nocturns, etc.).

Arqueobacteris (> 100oC)

Animals poiquiloterms

La seva temperatura interna depèn molt de l'externa. Estratègies conductuals com hivernació, soterrament, diürns/nocturns, etc.

Regla d'Allen

Les extremitats són més petites en els ambients freds i més grans en els ambients càlids

Els individus que viuen en zones fredes són més grossos que els que viuen en zones càlides

Regla de Bergman

Adaptacions a la llum

La llum són ones electromagnètiques provinenets del Sol. Responsable de la major part de l'energia dels ecosistemes. Determina la distribució dels éssers vius.

infraroig (> 760 nm, 49%)no aprofitable energia exosomàtica

llum visible (360-760 nm, 42%)aprofitable energia endosomàtica

ultraviolat (< 360 nm, 9%)no aprofitable perillosa per la vida

Pigments vermells

Adaptacions a la llum

En el medi aquàtic només a l'estrat fòtic hi ha organismes fotosintètics que s'estratifiquen, a més, per absorció de les radiacions (vermell - blau).

Pigments verd-blau

Pigments blau-porpre

Adaptacions a la llum

En el medi terrestre es genera una gran estratificació (més intensa als boscos tropicals i selves):

• espècies heliòfiles: ocupen les zones més assolellades
• espècies esciòfiles: acupen zones amb ombra

Bosc mediterrani

Selva

Prat alpí

Bosc d'eucaliptus

Adaptacions a la llum

Coloració aposemàtica

Coloració críptica

Facilita el camuflatge amb el medi i dificulten la depredació

Coloració vistosa que avisa als depredadors de la seva perillositat

Bioluminiscència

Coloració mimètica

Capaços de produir llum per atraure o desorientar

Mostren coloració similar a la d'altres espècies perilloses i confon als depredadors

Adaptacions a la llum

Fotoperíode

Les hores de llum regulen determinats processos: floracions, migracions, activitat diürna/nocturna, ...

Fototropisme negatiu

Fototropisme positiu

Adaptacions a la llum

Fototropisme positiu

Fototropisme positiu

Adaptacions a la humitat

Es mesura:

• humitat absoluta: quantitat total
• humitat relativa: relació entre l'absoluta i la màxima possible en les mateixes condicions

Factor molt limitant en espècies que viuen en medis aeris d'humitat baixa.

Adaptacions a la humitat

Microatmosfera

Tegument impermeable

Exoesquelet o capes de cèl·lules mortes que eviten la deshidratació

Estructures que creen una microatmosfera humida al voltant del cos

Aparell respiratori intern

Secrecions mucoses

Mantenen humida la pell

Protegir els epitelis humits a l'interior del cos

Adaptacions a la humitat

Fecundació interna i desenvolupament embrionari protegit

Crepusculars/nocturns, enterraments, migracions, etc.

Ovípars, marsupials i placentaris

Cicle biològic adaptat

Capacitat de beure aigua de mar

Estructures de resistència que permeten superar les èpoques de sequera

Òrgans que permeten eliminar l'excés de sal

Adaptacions a la humitat

Arrels molt llargues

Fulles impermeables i pocs estomes

Garantir l'absorció de l'aigua suficient

Evitar l'evaporació i la pèrdua d'aigua

Pilositat

Estructures suculentes

Permet mantenir una microatmosfera humida

Permeten acumular aigua de reserva

Adaptacions a la humitat

Pol·len

Llavors

Permeten aguantar el temps necessari fins que es donguin les condicions adequades d'humitat

Es poden desplaçar per l'aire sense necessitat d'aigua

Adaptacions a la pressió

La pressió és la força que exerceix el pes de l'aire o l'aigua. En l'aire, disminueix a mesura que es guanya en altitud (0,5 atm en 4.000 m). En l'aigua, augmenta a mesura que es guanya en profunditat (1 atm cada 10 m).

Adaptacions a la pressió

Capacitat de detectar canvis de pressió

Adaptacions a l'altitud

Presència d'hemoglobines especials amb major afinitat per l'O2

Permeten preveure l'arribada de possibles tempestes

Cossos aplanats

Bufeta natatòria

En els peixos abissals sovint trobem cossos plans i sense cavitats

Permet regular la flotació en funció de la pressió exterior

Adaptacions a la salinitat

Important en els medis aquàtics, és la concentració de sals minerals dissoltes. Relacionat amb els seus efectes en la pressió osmòtica i els equilibris iònics dels medis interns. Es distingeixen classes d'aigua:

• dolça: < 0,2 g/L
• sabrosa: llocs amb aiguabarreig, entre 0,2 i 17 g/L
• marina: >17 g/L
• atalassohalina: ex. Mar Mort, elevada salinitat i composició diferent.

Adaptacions a la salinitat

Organismes homeosmòtics

Organismes poiquilosmòtics

En estenohalins, presenten un medi intern amb pressió osmòtica diferent

En estenohalins, presenten la mateixa pressió osmòtica interna que l'exterior

Òrgans excretors

Organismes homeosmòtics

Permeten regular la pressió osmòtica interna

En eurihalins, suporten grans canvis de salinitat

Adaptacions a les corrents

Per la radiació absorbida es donen corrents de convecció:

• En l'atmosfera circulació ascendent de l'aire calent i descendent de l'aire fred.
• En l'hidrosfera:
• de l'equador als pols: superficial, càlida
• dels pols a l'equador: en profunditat, freda

Permet la mobilització i transport de nutrients, dins dels ecosistemes i entre ecosistemes. També suposen un medi de transport per als organismes.

Adaptacions a les corrents

Migracions

Migracions

Dispersió del pol·len

Vol dels ocells

Adaptacions a les corrents

Formes adaptades al vent

Mida petita

Subjecció a les roques

Vida a les esquerdes

la biocenosi

Biocenosi

És el conjunt de totes les poblacions que viuen en un mateix lloc i que estableixen relacions entre tots els individus anomenats factors ambientals biòtics:

• relacions intraespecífiques
• relacions interespecífiques

Té una estructura definida, els organismes es distribueixen en l'espai de la manera més útil per aprofitar les condicions del medi.

Hàbitat

L'hàbitat és el conjunt de llocs on viu o podria viure una espècie, en els que les condicions ambientals els són favorables. Dues espècies són vicàries quan:

• pertanyen a un mateix grup taxonòmic
• viuen en hàbitats semblants
• pertanyen al mateix nínxol ecològic
• ocupen espais geogràfics diferents

Es consideren equivalents ecològics: si es trobessin al mateix territori, hi hauria competència entre elles.

Nínxol ecològic

El nínxol ecològic d'una espècie és el conjunt d'estratègies que duu a terme per realitzar les funcions vitals (nutrició, reproducció i relació) i els rangs de tolerància respecte les variables ambientals. També s'interpreta com la funció que realitza una espècie en un ecosistema. Les espècies que pertanyen al mateix nínxol estableixen una relació de competència.

relacions biòtiques

Relacions intraespecífiques

Són les que s'estableixen entre els individus de la mateixa espècie. De tot tipus:

• relacions temporals/relacions perennes
• relacions de cooperació/relacions de competència
• efecte de grup/efecte de massa

Associacions colonials

Associacions familiars

Individus originats per reproducció asexual d'un progenitor comú

Entre els progenitors i els descendents (parental, matriarcal, filial, monògama, ...)

Associacions estatals

Associacions gregàries

Grup d'individus jerarquitzats, amb diferències anatòmiques i fisiològiques

Individus que viuen junts un període de temps per protegir-se, reproduir-se, ...

Territorialitat o competència

Tendència dels individus a ocupar un espai i defensar-lo dels altres individus (rivalitat per l'aliment, l'espai, la llum, la reproducció, ...)

Relacions interespecífiques

Són les que s'estableixen entre els individus d'espècies diferents. De tot tipus (-/-, +/-, +/0, +/+). Les de major incidència són de caràcter tròfic: cada espècie implicada és un factor important de selecció per a l'altra. Evolucionen contínuament. Hi ha un elevat grau de coevolució en l'ecosistema.

Depredació

Competència

Captura i mort per part dels depredadors sobre les preses

Per un recurs comú que pot ser limitador: aliment (per explotació) o territori (per interferència)

Explotació

Parasitisme

L'espècie explotadora es beneficia d'una explotada

L'individu paràsit (endo/ecto, obligat/facultatiu) viu a costa de substàncies nutritives d'un hoste perjudicat però no mor

Inquilinisme

Comensalisme

L'inquilí utilitza l'altra espècie per protegir-se o viure-hi

El comensal s'alimenta del sobrant, de secrecions o de descamacions d'un hoste

Foresi

Tanatocresi

Una espècie és transportada passivament per una altra

Una espècie aprofita restes, excrements, esquelets o cadàvers per protegir-se o com a eines

Simbiosi

Mutualisme

Dues espècies es beneficien mútuament amb alt grau de dependència

Individus consorts que es beneficien mútuament

Antibiosi

Impossibilitat de convivència per la secreció de substàncies que provoquen la mort

dinàmica de poblacions

Natalitat i mortalitat

Taxa de natalitat

Taxa de mortalitat

Relació entre el nombre de morts per unitat de temps i la població inicial

Relació entre el nombre de naixements per unitat de temps i la població inicial

Es distingeix:

• mortalitat mínima o teòrica: en condicions ideals, sense factors limitants i només depèn de l'envelliment natural (constant)
• mortalitat ecològica o real: la que contempla les condicions ambientals (variant)

Es distingeix:

• natalitat màxima o teòrica: en condicions ideals, sense factors limitants i només depèn de la capacitat reproductora (constant)
• natalitat ecològica o real: la que contempla les condicions ambientals (variant)

Corbes de supervivència

Gràfics que representen el logaritme del nombre de supervivents i l'edat relativa.

baixa mortalitat infantil i esperança de vida alta en les primeres etapes, alta mortalitat en individus madurs i esperança de vida baixa

• Tipus I:

taxa de mortalitat constant a totes les edats

• Tipus II:

taxa de mortalitat infantil alta, però superada aquesta fase, esperança de vida llarga

• Tipus III:

Creixement

Taxa de natalitat

+ n

Taxa de creixement

Relació entre el nombre d'individus que augmenta o disminueix per unitat de temps i la població inicial

Taxa de mortalitat

- m

Taxa d'immigració

+ i

Es distingeix:

• taxa de creixement màxima o teòrica o potencial biòtic: en condicions ideals, natalitat màxima i mortalitat mínima (creixement exponencial)
• taxa de creixement limitat: la que contempla les condicions ambientals (creixement logístic)

Taxa d'emigració

- e

Creixement

• quan no hi ha factors que limitin el creixement
• illes noves, basses després de pluja, boscos després d'incendi, etc.
• idoni per a espècies pioneres
• compleix l'equació Nt = N0 · ert

• quan hi ha factors limitants al creixement
• tots els ecosistemes tenen una població màxima (K) que pot contenir
• a mesura que augmenta N i s'aproxima a K, augmenta la resistència ambiental (K - N)/N

Estratègies de creixement

Estratègia de la r

Estratègia de la K

• Poblacions dels ecosistemes inestables
• Tendeixen a reproduir-se molt ràpidament
• Reproducció contínua
• Molts descendents de mida petita
• Maduració ràpida, sense cura parental

• Poblacions dels ecosistemes estables
• Tendeixen a adaptar-se a la capacitat del medi
• Reproducció periòdica
• Poques cries de mida gran
• Protecció parental durant temps

Fluctuacions

Corresponen a les dinàmiques de les poblacions, que es mouen al voltant del valor de K. Poden ser variacions més o menys pronunciades (creixement en J i reducció posterior, o sigmoidal al voltant de K).

Fluctuacions

inundacions, sequeres, fred, calor, incendis, etc.

• Fluctuacions independents de la densitat de població:

falta d'aliments, augment de depredadors, malalties, etc.

• Fluctuacions dependents de la densitat de població:

es deuen a variacions aleatòries de factors ambientals (temperatura, humitat, pressió dels depredadors, etc.)

• Fluctuacions irregulars:

• cicles meteorològics
• esgotament periòdic de l'aliment (creixement poblacional superior al creixement dels recursos)
• processos d'autoregulació (cessament o reducció de la reproducció)
• sistema depredador-presa

• Fluctuacions cícliques:

les successions ecològiques

Successió ecològica

És el procés de substitució gradual d'unes poblacions per d'altres en una mateixa àrea fins arribar a la comunitat clímax.

quan prèviament no hi existien éssers vius

• Successió primària:

quan es dona després d'una regressió

• Successió secundària:

Successió primària

amb cargols, insectes i descomponedors

• Comunitat de líquens:

els àcids dels líquens alteren les roques i generen sòl

• Comunitat de líquens i molses:

es genera més sòl i es substitueixen els líquens

• Comunitat de molses:

germinen llavors de plantes herbàcies petites, de creixement ràpid i cicle vital curt

• Comunitat d'herbes i molses:

es genera més sòl i germinen herbes més altes i de cicle lent

• Comunitat d'herbes:

creix la biomassa i s'ocupen els nivells tròfics i els diferents nínxols, amb creixement de la diversitat i la complexitat, fent-se molt estable

• Comunitat clímax:

Successió secundària

a partir de llavors transportades pel vent o els animals

• Comunitat d'herbàcies:

substitueixen en part les herbes

• Comunitat d'arbustos:

bosc madur (>51 anys) i bosc clímax (>150 anys)

• Comunitat de bosc:

Característiques

• Les primeres espècies són pioneres o oportunistes: necessiten molta energia i nutrients pel seu cicle vital ràpid. Estratègia de la r.
• Progressivament es substitueixen per espècies de l'estratègia de la K. De cicle llarg, inverteixen l'energia en el creixement i en adquirir les millors condicions per a la supervivència.
• La productivitat es va reduint: les espècies de la K augmenten, acumulen biomassa i atrapen nutrients i gasten molt en respiració. Arriba a producció neta igual a 0 amb la comunitat clímax.
• La diversitat augmenta, amb l'augment de biomassa s'estableixen els diferents nivells tròfics i nínxols.
• El grau d'organització interna augmenta, la diversitat promou l'augment de les relacions interespecífiques i afavoreix l'aparició d'adaptacions.
• L'ecosistema es fa estable, es fa resistent a l'impacte de les variables ambientals.

"Un aprèn quan té consciència del que ha après i quan té consciència dels problemes que ha tingut per aprendre. "

john dewey