La Ecología se centra en estudiar la interacción de los organismos con su entorno. Los ecólogos intentan comprender la forma en que estas interacciones se reflejan en las adaptaciones morfológicas y fisiológicas, así como en la abundancia, la distribución y la diversidad de los organismos en la naturaleza. Para entender por qué los organismos viven en un determinado lugar y existe un tipo y tamaño de población específico, dividen a la Ecología en varios niveles de estudio. Realizan abordajes desde el punto de vista de los organismos, las poblaciones, las comunidades y los ecosistemas.
Los organismos
La rama de la Ecología que se centra en cómo los organismos interaccionan con su entorno se llama autoecología. Los investigadores que estudian la ecología de los organismos exploran las adaptaciones morfológicas, fisiológicas y de conducta, que permiten el éxito en el desarrollo de la vida de los individuos en un área determinada.
Partiendo del individuo, los tres niveles de organización subsiguientes (poblaciones, comunidades y ecosistemas) son fundamentales en Ecología.
Las poblaciones
Una población es un grupo de individuos de la misma especie que habita en la misma área al mismo tiempo.
Por ejemplo, la población de pingüinos emperadores que habita la región antártica en la actualidad será diferente a la población de pingüinos de la misma región geográfica, pero de principios de siglo XX.
Las comunidades
Las poblaciones no existen en aislamiento y cada una forma una parte integral de una comunidad más grande, definida como un grupo de poblaciones en interacción. El personal investigador que se dedica al estudio de las comunidades se pregunta por la naturaleza de las interacciones entre especies y las consecuencias de éstas.
Los ecosistemas
Las comunidades, a su vez, existen dentro de ecosistemas que incluyen todos los factores bióticos (componentes vivientes) y los abióticos (no vivientes) de un área geográfica definida.
Un ecosistema se puede definir entonces como el conjunto se seres vivos y de factores abióticos que se encuentran en un lugar y que directa o indirectamente interactúan entre sí.
Los factores abióticos ser refieren a las condiciones físicas y químicas del ambiente como la energía solar, la atmósfera, la latitud, altitud, el agua y el suelo, entre otros.
La comunidad de organismos vivos suele denominarse biocenosis y su medio físico; biotopo. Ambos interactúan como una unidad ecológica en un espacio y tiempo determinados. En el nivel de los ecosistemas se estudia cómo los nutrientes y la energía se mueven a través de los organismos, y entre los organismos y la atmósfera, el agua o el suelo que los rodea.
Los ecosistemas funcionan como unidades autónomas pero están relacionados entre sí; existen migraciones de individuos y poblaciones y traslado de materia y energía de unos a otros.
Si bien es cierto que se puede concebir un ecosistema cerrado y auto suficiente, la mayoría, si es que no todos, guardan alguna relación entre ellos y en conjunto están integrados en un nivel superior: la biosfera. Ésta última es el nivel más alto de organización de la vida que conocemos.
La biosfera puede verse como un enorme ecosistema que abarca toda la superficie habitable de la Tierra. En ocasiones suele definirse como la capa del planeta donde se desarrolla la vida, para diferenciarla de la litosfera (capa sólida superficial de la Tierra) y de la hidrósfera (parte de la Tierra ocupada por agua).
Podríamos preguntarnos, ¿en qué difiere un ecosistema de una comunidad?
En la mayoría de los casos, los ecosistemas están compuestos de múltiples comunidades junto con sus medios físicos y químicos. Por ejemplo, si consideramos como ecosistema de estudio un lago, en él habrá distintas comunidades a lo largo del fondo del lago, en la superficie y en las aguas superficiales de la zona litoral. Esas diferentes comunidades se estudian de forma unitaria como el ecosistema del lago, ya que la energía y la materia fluye entre ellas. Los ecosistemas adyacentes, como un río, lago o bosque, pueden distinguirse porque el flujo de nutrientes y energía está autocontenido.
¿Cómo vemos un ecosistema?
La manifestación visible de un ecosistema suele ser el “paisaje”; siendo ésta una porción de territorio heterogéneo, compuesta por conjuntos de ecosistemas que interaccionan y se repiten de forma similar en el espacio.
¿Cuáles son los límites de un ecosistema? ¿Qué tamaño tiene?
Los límites de un ecosistema no suelen ser muy claros. Delimitar un ecosistema no es simple, porque a veces la zona de transición con ecosistemas vecinos es muy difusa y el intercambio de materiales entre uno y otro puede ser grande. La delimitación comúnmente se hace según el propósito de quienes lo estudian o de quienes lo usan, cosas que por lo general suelen ser arbitrarias. Todo lo que se encuentra fuera del ecosistema, o de lo que se ha definido como un ecosistema particular, se lo llama contorno. Tampoco existe un ecosistema que sea totalmente estático. Un ecosistema puede ser tan pequeño como un charco o tan grande como un océano; puede ser un campo, un bosque o una isla.
Los ecosistemas tienen, además, una estructura física en la medida en que no son nunca homogéneos, sino que presentan partes, donde las condiciones son distintas y más o menos uniformes o gradientes en alguna dirección. El ambiente ecológico aparece estructurado por interfases o límites más o menos definidos, llamados ecotonos y por gradientes direccionales de factores fisicoquímicos del medio llamados ecoclinas.
Un ejemplo es el gradiente de humedad, temperatura e intensidad lumínica en el seno de un bosque o el gradiente de luz, temperatura y de gases (por ejemplo, oxígeno) en un lago.
Las comunidades dentro de los diferentes ecosistemas son extraordinariamente diversas, aunque se manifiestan patrones claros.
Las variaciones en la temperatura y en la disponibilidad de luz, agua y nutrientes dan forma a las adaptaciones de los organismos que habitan cada ecosistema. Las comunidades del desierto, por ejemplo, están dominadas por plantas adaptadas al calor y la sequía. Del mismo modo, las plantas de la tundra ártica y las de la tundra alpina en las cimas de las montañas altas muestran particularidades en su crecimiento que son adaptaciones específicas a un clima frío, seco y ventoso.
Las comunidades se pueden encontrar en estratos o capas horizontales o verticales. Cuando se hace referencia a la estructura física del ecosistema en la dirección vertical se habla de estratificación. Como ejemplo de una estratificación vertical, podemos observar un bosque en el cual se encuentra el estrato subterráneo, suelo, un estrato herbáceo, arbustivo y arbóreo.
¿Los ecosistemas son estáticos?
Existe una relación inherente y compleja entre los componentes de un ecosistema, ya que se relacionan mutuamente mediante los flujos de energía y los ciclos de los nutrientes. El ecosistema tiene una organización en el espacio y en el tiempo que le permiten funcionar como una unidad en equilibrio aparente y dinámico y que tiene la capacidad de autorregularse. La homeostasis, que es la tendencia a regresar al estado de equilibrio, conlleva a la estabilidad del ecosistema.
Un ecosistema se estudia describiendo sólo las propiedades o funciones más importantes, ya que no pueden ser consideradas todas y cada una de ellas. Es por ello que se aborda en base a modelos, que son formulaciones simplificadas que imitan un fenómeno del mundo real, de modo que pueden abarcarse situaciones complejas y hacerse predicciones.
Para entender un sistema ecológico dado, primero deben ser consideradas las interacciones con otros ecosistemas, luego sus relaciones dentro del sistema en estudio y por último se analizan cada una de sus partes.
En un ecosistema tienen lugar procesos característicos
Desde el punto de vista de su funcionamiento, en un ecosistema tienen lugar cinco procesos:
1 y 2. Fotosíntesis y respiración
La energía solar es capturada inicialmente por medio de los productores (plantas, algas y cianobacterias) que realizan la fotosíntesis. Esta energía se utiliza para realizar trabajo a través de la respiración de los integrantes del sistema. La función de las cadenas alimentarias es la de transferir energía de un tipo de organismos a otro, de tal modo que la energía va pasando de productores a diferentes niveles de consumidores (herbívoros, carnívoros, descomponedores). Además, la energía puede transportarse de un sistema a otro en forma de detrito (detritívoros) o de materia orgánica disuelta en las aguas de escurrimiento. Sin embargo, la energía solar no es la única fuente de energía para la vida. Existen lugares donde los productores no son fotosintéticos dado que no llega la luz solar, es decir, donde tiene lugar quimiosíntesis (a cargo de microorganismos, fundamentalmente). Todos estos temas serán profundizados en un próximo tema de estudio que llamaremos “Estructura trófica y flujo de energía en los ecosistemas”.
3. Circulación de nutrientes
Este proceso tiene lugar entre las comunidades o a escala global a través de la gran variedad de sistemas ecológicos del planeta. El camino que toma un elemento para desplazarse de un sistema abiótico a través de los organismos y viceversa se denomina ciclo biogeoquímico.
Un ejemplo de ello lo constituye el ciclo del carbono, cuya comprensión es fundamental ya que es uno de los más involucrados en el Cambio Climático. Éste ciclo describe el movimiento del carbono desde sus principales depósitos a corto y largo plazo. Considerando el movimiento desde los depósitos a corto plazo en la atmósfera y los océanos, el carbono se mueve a través de los productores y hacia los cuerpos de los consumidores y detritófagos, y luego de vuelta nuevamente a sus depósitos. El carbono entra a la comunidad viviente cuando los productores capturan dióxido de carbono (CO2) durante la fotosíntesis. Los productores regresan parte del CO2 a la atmósfera o agua durante la respiración celular e incorporan el resto en sus cuerpos. Lo mismo ocurre con los consumidores, al alimentarse de un productor. La quema de bosques, por ejemplo, regresa ese dióxido de carbono desde estos productores de vuelta a la atmósfera. De forma similar ocurre con la quema de combustibles fósiles, aunque en este caso se trata de depósitos a largo plazo (se produjeron a través de millones de años) que incluyen carbón, petróleo y gas natural. Gracias a este tipo de procesos circula la materia por los ecosistemas.
4. Sucesión ecológica
Este proceso se refiere a los cambios que se producen dentro de los ecosistemas y que determinan modificaciones a través del tiempo en su estructura y funcionamiento.
Es el proceso de sustitución gradual de unas especies por otras, en una misma área geográfica. La sucesión ecológica se da cuando una causa natural o antropogénica, despeja un espacio de las comunidades biológicas presentes en él o las altera gravemente. Se pueden diferencian dos tipos, las sucesiones ecológicas primarias y secundarias. Las primarias corresponden a áreas que no tienen seres vivos presentes previamente, son áreas desérticas como las islas volcánicas o áreas que han quedado desérticas por la actividad humana. Al contrario, una sucesión ecológica secundaria no comienza de cero, se produce en áreas donde ya existe una comunidad, pero es sacudida por una catástrofe natural, como por ejemplo un incendio.
5. Procesos internos de regulación
Estos procesos permiten al sistema funcionar como un todo y en armonía con su ambiente biótico y físico. Un ejemplo de ello son los mecanismos de retroalimentación tanto negativos como positivos que permiten la regulación de un ecosistema. Supongamos que la población de herbívoros de un determinado ecosistema es pequeña, entonces la biomasa vegetal (su fuente de alimento) crece y aumenta la materia orgánica muerta incorporada al suelo provocando mayor fertilidad del mismo. Esto traerá como consecuencia un aumento de la biomasa vegetal. Se crea así un círculo vicioso. Sin embargo, al aumentar la cantidad de biomasa vegetal y su calidad, aumenta el número de hervíboros (tienen más y mejor alimento), lo que hará que con el tiempo se reduzca la biomasa vegetal, y por ende, disminuya la incorporación de materia orgánica al suelo. En este caso se trata de un mecanismo de retroalimentación negativo. De esta forma la biomasa de vegetales, el número de hervíboros y la materia orgánica fluctúan alrededor de una media, manteniéndose más o menos en equilibrio.
¿Cuántos tipos diferentes de ecosistemas existen?
Aunque es conveniente dividir el mundo vivo en ecosistemas diferentes, cualquier investigación revela pronto que, como mencionamos antes, rara vez hay límites definidos entre éstos y que nunca están del todo aislados.
Muchas especies ocupan y son parte de dos o más ecosistemas al mismo tiempo, o se trasladan de uno a otro en diferentes épocas, como ocurre con las aves migratorias.
• Ecosistemas acuáticos, en los que el medio es el agua.
• Ecosistemas terrestres, en los que el medio es el aire.
Los organismos que viven en unos y otros ecosistemas son generalmente muy distintos porque están adaptados a vivir en dos fluidos, el aire y el agua, con características físico-químicas muy diferentes.
Las comunidades terrestres están dominadas y definidas por su vida vegetal. Dado que las plantas no pueden escapar de la sequía, el Sol o el tiempo invernal, se encuentran extremadamente bien adaptadas al clima de una región particular. Las grandes áreas terrestres con condiciones ambientales similares y comunidades vegetales características se llaman biomas, que por lo general reciben su nombre por el principal tipo de vegetación que se encuentra ahí.
Intervención del hombre en los ecosistemas
En función de la intervención humana en los ecosistemas podemos hablar de ecosistemas naturales versus ecosistemas artificiales (o ecosistemas humanizados), en los cuales el hombre tiene mucha influencia, como las ciudades, zonas industriales, áreas agrícolas y mineras, entre otras.
Debido a que el hombre está añadiendo cantidades masivas de nuevos nutrientes a los ecosistemas de todo el mundo, alterando el flujo de la energía y el clima a través del cambio climático, los ecólogos expertos en ecosistemas son responsables de evaluar el impacto de la contaminación y el incremento de la temperatura en la distribución y abundancia de especies, o, lo que es más importante, de la disposición de la Tierra para mantener la vida.
La Tierra comprende una gran cantidad de ecosistemas que albergan, a su vez, a millones de organismos, los cuales interactúan entre sí y con los elementos físicos que los rodean. Cuando se observa la imagen de la Tierra desde el espacio, se valora toda su magnitud y belleza. Pero cuando la estudiamos más de cerca, se detectan un conjunto de problemas que afectan el equilibrio y desarrollo de sus ecosistemas. La gran mayoría de estos problemas tienen su origen en las actividades humanas. Si queremos conservar la magnitud, la belleza y la magnificencia de nuestro planeta, debemos aprender a respetar los ecosistemas que los forman.
Bibliografía consultada:
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– Foguelman, Dina & González Urda, Elizabeth. Qué es la Ecología. Buenos Aires. Ediciones Kaicron, 2009.
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– Malacanza, Leonardo. Ecología y Ambiente. E-book. Serie de libros electrónicos del comité de Medio Ambiente de la Asociación de Universidades del Grupo Montevideo (CMA-AUGM). 2013.
– Ecología y Medio Ambiente. Módulo de Aprendizaje. México. Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora, México. 2008
– Odum y Sarmiento, 1998.
- PARA DESARROLLAR COMPETENCIAS. Como disparador de este tema de estudio y de forma de adquirir el conocimiento a través de una participación activa, te proponemos que leas los siguientes artículos de divulgación científica: «Planta busca a murciélago«, «Contaminación plástica en ambientes dulceacuícolas: un elefante en la sala», «Tres siglos después, el Dodo se reivindica a través de la ciencia» y “Los Aliens de la Naturaleza”.