jueves, 8 de diciembre de 2016

2 FACTORES ABIÓTICOS

Dado que el ecosistema se define como la suma de factores bióticos, abióticos más sus interacciones, es necesario introducir a los factores abióticos como tal, de forma aislada a los factores bióticos (comunidad ecológica) y a las interacciones. Los factores abióticos representan todos los factores que no están vivos en un ecosistema, estos pueden ser químicos, climáticos, geológicos, topográficos y geográficos.


2.1 Factores químicos

Aquí es donde la frase “Todo es Química” cobra verdadera relevancia (Brown, LeMay, Bursten, Murphy, & Woodward, 2009), y es que hay una paradoja, no consideramos que las reacciones químicas individuales impliquen la vida, pero la vida es un conjunto de millones de reacciones químicas individuales (Machery, 2012; Ricardo & Szostak, 2009; Tsokolov, 2009). En ese sentido es coherente afirmar que las sustancias químicas son fundamentales para los seres vivos debido a que de eso están hechos, y de ellas obtienen su energía. Los factores químicos de un ecosistema pueden ser divididos en cuatro categorías, fuentes de energía, fuentes de materia prima, xenobióticos y el suelo.

2.1.1 Fuentes de energía

Estas sustancias químicas proporcionan la energía para que los seres vivos puedan realizar sus procesos químicos internos. En la actualidad muchas de estas sustancias son producidas por otros seres vivos a través de la fotosíntesis. 

Sin embargo la energía también puede recolectarse de electrones de alta energía que se encuentran incrustados en algunos tipos de roca, sobre los cuales algunas bacterias son capaces de extraer y aprovechar de forma activa.

2.1.2 Fuentes de materia

Las fuentes de materia son aquellas sustancias que los seres vivos necesitan para aumentar su biomasa, algunas veces se encuentran en otros seres vivos, pero en otras se obtienen directamente de las formas no vivas. Por ejemplo en la fotosíntesis se requiere dióxido de carbono como fuente de carbono y oxígeno para construir los azucares, las grasas y las proteínas, así como agua de la cual se obtienen protones y electrones de baja energía. Estas sustancias inorgánicas por si mismas son muy comunes en el universo, pero los seres vivos las transforman en otras que componen sus propios cuerpos. Cabe destacar que la materia en este caso no solo involucraría a los átomos como tal, sino también a los electrones e inclusive a los fotones que se emplean durante la fotosíntesis.


2.1.3 Xenobióticos

Los xenobióticos son sustancias que normalmente no deberían estar disponibles en el ser vivo, y su origen puede ser biológico, inorgánico o antropogeno. Los xenobióticos biológicos son las toxinas que los seres vivos emplean para defenderse o cazar y generalmente las denominamos como venenos orgánicos, aunque los narcóticos también entrarían en esa categoría. Los xenobióticos inorgánicos son sustancias que se desprenden de los minerales naturalmente, y que pueden ser toxicas para los seres vivos como el mercurio o el plomo, aunque normalmente estas se encuentran aisladas en la corteza terrestre donde no pueden afectar significativamente a los seres vivos. Los seres humanos sin embargo empleamos estos xenobióticos como materias primas en nuestras industrias, y después las liberamos al ambiente, ya sea en sus formas naturales como en el caso del mercurio o en forma de moléculas químicas que no son producidas normalmente por los seres vivos, estos venenos sintéticos se acumulan en los ecosistemas y afectan principalmente a los depredadores de órdenes superiores, concepto que estudiaremos con más énfasis en el capítulo sobre bioacumulación.

Debido a que muchos factores químicos en el ecosistema son producidos por los seres vivos, la distinción entre factor biótico y factor abiótico se hace muy tenue.


2.1.4 El suelo

El suelo es una mezcla de minerales, gases y líquidos, los cuales pueden ser modificados por los seres vivos paran contener también materia orgánica en descomposición e in numerables microorganismos que permiten la supervivencia de la vida compleja. La transformación del suelo a su forma más fértil representa un ejemplo de la aplicación del tiempo irreversible a la idea del ecosistema. Los seres vivos colonizan el suelo poco a poco y mediante a sedimentación de sus restos, este va adquiriendo una capa fértil que permite la vida de otros seres vivos más complejos, que se suceden continuamente hasta que el ecosistema alcanza su madurez. 

El suelo posee funciones importantes para los seres vivos siendo un medio de soporte para el crecimiento de plantas y microorganismos, también es un medio de almacenamiento, dispensado y purificación de agua, además modifica la composición de la atmósfera, que a su vez también puede modificar al suelo. Esto implica que los factores abióticos pueden influirse mutuamente con la ayuda de los factores bióticos, lo cual introduce la existencia de relaciones complejas de más de un componente. 

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)

2.2 Factores climáticos

2.2.1 Luz

La luz solar es la primera fuente de energía para la mayor parte de los seres vivos del planeta, canalizada por las plantas verdes y las cianobacterias. La luz es un factor indispensable para muchos seres vivos en términos de su calidad, intensidad y periodo de duración. La calidad hace referencia a las longitudes de onda que fácilmente se convierten en alimento, generalmente el azul y el rojo. 

La intensidad hace referencia a la fuerza, y esto varía dependiendo del hemisferio, el ecuador recibe una mejor intensidad de luz que los hemisferios. El periodo de duración tiene que ver con la longitud del día, en el ecuador es relativamente equitativo y constante, en los hemisferios hay variaciones hasta llegar a extremos de 6 meses de luz y 6 meses de oscuridad.


2.2.2 Temperatura

La temperatura es un factor termoquímico, generalmente la vida se desarrolla bajo la condición estándar 25°C o, un poco más, las células humanas operan cerca de 37°C. Alteraciones drásticas en la temperatura afectan a las proteínas y por ende a toda la función molecular de un ser vivo. 

De hecho para compensar el incremento de temperatura, el ser vivo empieza a evaporar agua corriendo el riesgo de deshidratación, y en su inverso, este debe consumir más energía para calentarse, aunque se puede llegar al límite y sus sistemas también son afectados al nivel molecular. Las fuentes de calor externas a los seres vivos son principalmente el Sol, aunque los cráteres volcánicos submarinos también proporcionan el calor necesario.

2.2.3 Presión

El peso relativo del aire y el agua si hablamos de presión absoluta, por ejemplo en los grandes abismos oceánicos, la presión es tan fuerte que puede aplastar a la mayoría de los animales, excepto algunos tipos de peces y otros seres vivos. La presión parcial de oxigeno afecta la posibilidad de respirar para los animales, mientras que la presión parcial de dióxido de carbono hace lo propio para las plantas. 

La presión total del aire afecta a los seres vivos también, algunos animales pueden experimentar efectos adversos en sus órganos de los sentidos a medida que avanzan a zonas con presiones diferentes, en los humanos tal vez uno de los más sensibles es el oído.

2.2.4 Humedad

O presión parcial de vapor de agua, afecta la posibilidad de sudar y la temperatura. Ambientes con baja humedad tienden a resecar las pieles, y ambientes con mucha humedad poseen efecto de invernadero que incrementa la temperatura e impide la posibilidad de sudar. 

En ese sentido un ambiente con alta temperatura y humedad calienta el cuerpo y le impide refrescarse por medio del sudor, lo cual provoca golpes de calor que puede resultar mortales.


2.2.5 Disponibilidad de agua

Todos los seres vivos necesitan agua para sustentarse. Sin embargo su disponibilidad depende del clima, por ejemplo de las corrientes del viento, la temperatura o la disposición del terreno. 

El agua sin embargo también puede ser un factor destructivo en un ecosistema en forma de inundaciones o sequías.

2.2.6 Viento

Afecta a la disponibilidad de agua, la temperatura, la presión e incluso la disponibilidad de luz mediante el movimiento de las nubes. De hecho el viento es un factor más influyente en la temperatura interna de un organismo que la misma temperatura externa, un humano podría sobrevivir unos cuantos minutos sin abrigo en el ártico, siempre y cuando no esté expuesto al viento, esto se debe a que la piel crea un colchón de aire aislante, sin embargo este colchón de are es arrebatado por el viento y esto acelera la hipotermia a unos segundos. 

Por otra parte algunas aves son capaces de aprovechar las corrientes del viento para viajar a grandes distancias sin esfuerzo. El viento también puede ser un factor destructivo en forma de huracanes o tornados.

2.2.7 Corrientes oceánicas

Las corrientes oceánicas son el equivalente a las corrientes de viento, su flujo en los océanos le permite a muchos seres vivos migratorios desplazarse a gran velocidad con menor esfuerzo.


2.2.8 El fuego

El fuego generalmente se lo caracteriza como un factor destructivo al interior de un ecosistema, calcinando todo a su paso, sin embargo existen ecosistemas como el chaparral en el que los seres vivos se han adaptado a él, en especial algunas especies de plantas cuyas semillas deben ser consumidas externamente por las llamas para poder germinar. 

Este es un excelente ejemplo de como un factor abiótico se convierte en una presión de selección natural ante la cual los seres vivos presentan adaptaciones sorprendentes. En muchas ocasiones el fuego está relacionado a otro factor abiótico, la corriente eléctrica que se manifiesta en forma de rayos, los cuales precisamente generan muchos incendios naturales.


2.2.9 La atmósfera

Cuando se toma como un todo a los gases que cubren el planeta hablamos de la atmósfera, la cual tiene una importancia trascendental en el equilibrio de todos los ecosistemas del planeta. Uno de ellos es la protección contra la radiación ultravioleta realizada por el ozono, una forma alotrópica del oxígeno que es capaz de absorber las radiaciones ultravioleta más peligrosas para el ADN de los seres vivos. Su destrucción paulatina debido a los xenobióticos producidos por la industria humana ha sido un problema de salud pública por décadas. 

La atmósfera también regula equilibrios químicos mayores, por ejemplo la cantidad del gas dióxido de carbono en todo el planeta afecta la acidez de los océanos, y a mayor dióxido de carbono en la atmósfera, mayor acidez habrá en los océanos, lo cual no solo afecta la bioquímica del agua de mar, sino también la dirección e intensidad de las corrientes oceánicas, las cuales a su vez regulan la temperatura del océano y de la atmósfera. Si uno cambia todos cambian, y esa es la base de lo que en la actualidad conocemos como el Cambio Climático.


2.2.10 El niño y la niña

El fenómeno del niño y la niña son patrones atmosféricos cíclicos que operan más allá del ciclo anual, estos afectas los patrones de precipitación, el primero causando sequias intensas, y la segunda lluvias torrenciales. Los efectos del niño y la niña afectan a otros factores abióticos climáticos como la temperatura, la humedad, los incendios, y especialmente la disponibilidad del agua.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)


2.3 Factores geológicos

Más allá del suelo encontramos otras sustancias químicas cristalizadas que denominamos roca además de otros tipos de líquidos o gases. La roca y el suelo almacenan a estos minerales líquidos y gaseosos entre los que podemos destacar al petróleo y el gas natural. El gas puede filtrarse por grietas de la roca ocasionando potenciales de incendio. Los seres humanos hemos alterado el equilibrio de estos factores abióticos por la extracción de petróleo y gas natural. 


Algunas consecuencias ha sido la formación de sumideros. Los sumideros es el colapso del suelo en el espacio vacío dejado por la extracción del petróleo. El frakeo que es una tecnología para extraer gas natural y petróleo con mayor eficiencia, pero al mismo tiempo induce a la formación de escapes de gas natural que pueden llegar a ser peligrosos para las comunidades humanas (Cartwright, 2013; Donaldson, n.d.; McFadyen, 2014).

La roca misma puede contener xenobióticos o minerales que pueden ser limitantes, así algunas rocas pueden ser venenosas, mientras que otras pueden convertirse en un recurso vital para algunos seres vivos. Finalmente las rocas también son un material de soporte sobre el cual los seres vivos sésiles como las plantas y algunos animales pueden anclarse.

El clima puede afectar la composición geológica de una zona, por ejemplo en la tundra euroasiática existen enormes reservas de metano que son retenidas en el suelo y la roca por el permafrost, que no es otra cosa que lodo congelado. Cuando la temperatura aumenta por encima de cierto límite el permafrost permite la liberación de metano al ambiente, lo cual favorece el efecto de invernadero.

Finalmente los volcanes pueden afectar drásticamente la composición de los gases atmosféricos de forma local o planetaria, siendo un modo de acceso directo de los materiales del manto y la corteza a la biósfera.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)


2.4 Factores topográficos

El clima y otros factores abióticos como la disponibilidad de agua son afectados por el relieve. Las montañas reciben más lluvias que las zonas planas, debido a que cuando el aire asciende por la montaña este se enfría causando que el vapor se condense en cristales que llamamos nubes, y a mayor frío más grande el cristal hasta que este cae en forma de lluvia o nieve. Las zonas más allá de las montañas reciben solo el aire seco poco lo que degeneran en desiertos a menos que desde la montaña descienda agua condensada en forma de un rio, en cuyo caso hablaremos de un valle aluvial. Las zonas montañosas crean retos para el desplazamiento de los animales, pero algunos de ellos como las cabras de montaña pueden desplazarse con una increíble destreza. 

Los accidentes topográficos en zonas concretas otorgan refugio a las presas o escondites de emboscada a los depredadores. Las cuevas, agujeros, cascadas, gargantas de roca, valles, picos, todos ellos generan presiones evolutivas a tener en cuenta en la vida real.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)


2.5 Factores geográficos

2.5.1 Distancia al océano

Aunque es evidente que el océano afecta el clima, el punto aquí es la distancia como parámetro físico desde el océano a cualquier punto, y el tiempo de desplazamiento. Las áreas costeras son más frescas y húmedas que las islas, esto se debe a que las nubes se forman por el choque de aire caliente proveniente del continente choca con el aire frio del océano. 


2.5.2 Forma del continente

Relacionado con lo anterior, un continente sin cuerpos de agua internos tendrá un clima extremadamente caliente y seco en su centro a menos que existan otros factores que alteren eso, el caso típico en la actualidad es Australia. En el pasado todos los continentes estuvieron unidos en uno solo, también sin cuerpos de agua importantes, lo cual degeneró en la formación del superdesierto más extenso de todos los tiempos, el desierto de Pangea durante el periodo Pérmico. Nuevamente muchas formas de vida sobrevivieron en las áreas costeras donde la disponibilidad de agua era amplia.

2.5.3 Distribución de ríos, lagos, lagunas, pantanos y fuentes de agua subterráneas

Las fuentes de agua y la disponibilidad de agua no son la misma cosa, muchos seres vivos pueden obtener el agua que requieren de la humedad del aire, eso es disponibilidad del agua. 

Una fuente de agua es algo mucho más directo, y en ocasiones mucho más raro. La distribución geográfica de las fuentes de agua es lo que define a muchos ecosistemas y ecotonos a lo largo del planeta.


2.5.4 El movimiento continental

El coque o alejamiento de las placas tectónicas crea montañas y cordilleras, océanos y lagos, mares y depresiones, cada uno con condiciones climáticas independientes, lo cual es la base para la distribución espacial de los ecosistemas, a lo largo del tiempo geológico. Durante el periodo de vida humano este factor es irrelevante a menos que se manifieste en forma de terremotos, erupciones volcánicas y maremotos. Pero a largo plazo esculpe las formas de los continentes y en consecuencia, altera de forma irreversible la estructura de los ecosistemas en el planeta.

2.5.5 La altitud

Pregunta de niño de 7 años, porque si al estar más arriba de la montaña estamos mas cerca del Sol, la temperatura disminuye? La energía no debería ser mayor más arriba donde la luz no ha sido absorbida por la atmósfera? La respuesta a esto sigue dos rutas. La primera es que la luz y el calor son portadores de energía, pero no del mismo tipo. 

La luz como tal es fría, almacena la energía en radiación pero no calienta a menos que esta choque con materia. Cuando estamos a grandes altitudes el aire allí es más disperso, hay menos materia y en consecuencia menos oportunidad de que la luz se transforme en calor, que es la vibración de la materia. En otras palabras a gran altitud hay mucha energía disponible en forma de luz, pero poca materia para vibrar, por lo que la vibración total del sistema a la cual llamamos calor es baja. A bajas altitudes donde el aire es más denso hay más materia para estimular, por lo que el sistema como un todo vibrara más, y por lo tanto habrá más calor. Nuevamente estas diferencias crean diferentes patrones de selección natural.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)


2.6 Factores físico-astronómicos

2.6.1 Distancia del Ecuador

La distancia del Ecuador afecta el clima de una región. En los polos la energía que llega a la superficie pasa por una barrera atmosférica mucho más gruesa, lo cual afecta la calidad y la intensidad de la luz. Esto implica que el clima será más frio a medida que nos alejamos del ecuador. Francisco José de Caldas y Alexander von Humbolt (González‐Orozco et al., 2015) señalaron una similitud en el cambio de temperatura en cuanto a la distancia del ecuador y la distancia del nivel del mar, de forma tal que las plantas de alta montaña se asemejaban a las plantas de latitudes mayores y viceversa.

2.6.2 Pivote del planeta

El planeta gira como un trompo, no solo rota y traslada, sino que también hace un movimiento de pivote que provoca que el polo sur se aproxime hacia el sol en su respectivo verano y se aleje en su respectivo invierno. Este pivote está relacionado con la translación haciendo que el giro ocurra casi cada 6 meses. 


En otras palabras estaríamos hablando de las estaciones de primavera, verano, otoño e invierno que se asentúan mas a medida que las noches son mas largas o los días son mas largos.

2.6.3 Cometas y asteroides

Aunque sean rarezas, la caída de asteroides o cometas puede destruir ecosistemas completos y alterar la vida en todo el planeta, esto se ha corroborado con eventos relativamente localizados como en Tunguska, o con eventos catastróficos de extinción en masa como el cometa que destruyó a los dinosaurios no aviares.


2.6.4 Radiación Solar y campos magnéticos

Y no hablamos de la luz, sino de las tormentas solares, que nos fritarían como papa en horno de microondas si no fuera por la existencia del campo magnético. El manto liquido del planeta está hecho de níquel y hierro que giran en una corriente alrededor del núcleo que es más fijo, esta rotación funciona semejante a un dinamo o electroimán, mientras que el sistema gire se provoca un campo magnético que sale desde los polos y se distribuye alrededor del planeta como si fuera un enorme magneto. 




Si se preguntan dónde están los efectos de ese enorme magneto por algo es que funcionan las brújulas. El punto es que ese campo magnético desvía esta radiación hacia los polos y la transforma en las auroras boreales.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)


2.7 Fractores antropogénicos

Los seres humanos introducimos factores abióticos a los ecosistemas, como el dióxido de carbono, xenobióticos en forma de sustancias industriales sintéticas como el plástico. Estos factores afectan los equilibrios ecológicos de forma negativa a muchos ecosistemas, degenerando en extinciones masivas, además de la precarización del modo de vida de muchas comunidades alrededor del mundo. El punto es que dañar la naturaleza no es meramente una cuestión ética para no ganar dinero, sino una cuestión de salud publica, aunque hablaremos con mayor profundidad de eso en capítulos posteriores.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)


2.8 Energía

El factor abiótico de mayor relevancia también es el más difícil de definir, en física la energía no puede definirse fácilmente, por lo que empleamos más bien sus formas de transporte. La energía se transfiere de un lugar a otro por medio de la luz, el calor, el enlace químico, la reacción química, el movimiento entre otros. En ese sentido la energía es aquello que les permite a los seres vivos estar vivos, ya que su transferencia es lo que les permite nacer, crecer, interactuar con su entorno y reproducirse. De hecho hay un capitulo exclusivo al estudio de los flujos de energía al interior de cualquier libro de texto sobre el ecosistema, y esto se recopila bajo la idea de la pirámide energética, pero como hemos dicho, eso será tema de capítulos posteriores.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)


2.9 Selección natural

Las cabras de montaña no solo deben estar adaptadas a las condiciones de temperatura, presión, viento y disponibilidad de agua, la estructura del suelo a la cual sus cascos deben adaptarse y la forma en que está dispuesto el suelo "riscos mortales y abismos profundos", eso sin contar con los riesgos de tormentas de nieve y a los leopardos de montaña que merodean por su hábitat. Todos estos componentes potencialmente mortales esculpen la biología de los individuos a lo largo de múltiples generaciones, y es lo que como un todo reconocemos como la Selección Natural.

Referencias generales: (Begon et al., 2006; Belk & Maier, 2013; Cunningham & Cunningham, 2007; Hoefnagels, 2015; Mason et al., 2014; Molles, 2013; Odum & Barrett, 2004; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Tarbuck et al., 2014)

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