Ciencias de Joseleg: El ecosistema

La ecología es el estudio de las interacciones entre organismos y entre organismos y su entorno. Estas interacciones rigen el número de especies en un área y sus densidades de población. Los ecologistas trabajan en las escalas más grandes de cualquier biólogo. La ecología varía en escala desde el estudio de un organismo individual a través del estudio de poblaciones hasta el estudio de comunidades y ecosistemas, los cuales pueden ser tan pequeños como un charco y tan grandes como todo el planeta. Esta sección presenta las áreas amplias de ecología, poblaciones, comunidades y ecosistemas, así como un área reciente, la ecología de organismos. La ecología de la población se centra en grupos de individuos que se cruzan, llamados poblaciones. Un objetivo principal de la ecología de la población es comprender los factores que afectan el crecimiento de una población y determinar su tamaño y densidad. Aunque la atención de un ecólogo de poblaciones puede estar dirigida a estudiar la población de una especie en particular, la abundancia relativa de una especie a menudo está influenciada por sus interacciones con otras especies.

La ecología comunitaria estudia cómo las poblaciones de especies interactúan y forman comunidades funcionales. Por ejemplo, un bosque es una comunidad de árboles, hierbas, arbustos, pastos, los herbívoros que los comen y los carnívoros que se aprovechan de los herbívoros. La ecología comunitaria se centra en por qué ciertas áreas tienen un alto número de especies (es decir, son ricas en especies), pero otras áreas tienen un bajo número de especies (es decir, son pobres en especies). Aunque los ecologistas están interesados en la riqueza de especies por sí misma, también existe un vínculo entre la riqueza de especies y la función de la comunidad. Los ecologistas generalmente creen que las comunidades ricas en especies se desempeñan mejor que las comunidades pobres en especies. También se ha propuesto que más especies hacen que una comunidad sea más estable, es decir, más resistente a perturbaciones como las especies introducidas. La ecología comunitaria también considera cómo la composición de especies y la estructura comunitaria cambian con el tiempo y, en particular, después de una perturbación, un proceso llamado sucesión.

Un ecosistema es un sistema formado por la interacción entre una comunidad de organismos y su entorno físico. La ecología del ecosistema se ocupa del flujo de energía y el ciclo de los elementos químicos dentro de un ecosistema. Seguir este flujo de energía y productos químicos requiere una comprensión de las relaciones de alimentación entre especies, llamadas cadenas alimentarias. En las cadenas alimentarias, cada nivel se denomina nivel trófico, y muchas cadenas alimentarias se interconectan para formar redes alimentarias complejas. La segunda ley de la termodinámica establece que, en cada transformación de energía, la energía libre se reduce porque la energía térmica se pierde en el proceso y aumenta la entropía del sistema. Por lo tanto, un flujo de energía unidireccional ocurre a través de un ecosistema, con energía disipada en cada paso, en resumen, la energía no se recicla. Un ecosistema necesita un aporte recurrente de energía de una fuente externa, en la mayoría de los casos, el Sol, para sostenerse. En contraste, las sustancias químicas como el nitrógeno no se disipan y cambian constantemente entre los componentes abióticos y bióticos del medio ambiente formando ciclos.

Un ecosistema es la suma de los factores bióticos, abióticos, más las relaciones entre ellos y la dinámica del flujo de materia y energía que se da a través de dichas relaciones, concepto que conglobamos bajo el término de sistema. Los factores bióticos y sus relaciones entre si ya fueron analizadas durante el capítulo de la comunidad ecológica, por lo que la escolarización estandarizada del capítulo del ecosistema se enfoca en los flujos de materia y energía. En este sentido los flujos de materia se representan en la forma de los ciclos biogeoquímicos del carbono, el nitrógeno, el fósforo y el agua ignorando generalmente a otros factores abióticos introducidos por el ser humano como sería el caso del plomo o el mercurio. En cuanto a los flujos de energía lo que se estudia generalmente es la pirámide energética.

Los ecosistemas son dinámicos y presentan al igual que los seres vivos una serie de dinámicas denominadas resiliencia, que es la capacidad para responder a los estímulos externos o internos para intentar mantener un equilibrio estable, así como la homeostasis, que es un estado de equilibrio dinámico mantenido por la acción de los seres vivos. En este sentido, los ecosistemas no pueden entenderse totalmente con una perspectiva de tiempo eterno e inalterable, aun cuando algunos luzcan tan imponentes y absolutos como los grandes bosques del norte o los inconmensurables océanos del mundo, los ecosistemas cambian a lo largo del tiempo, y cuando introducimos el tiempo geológico, los seres vivos que los componen pueden cambiar drásticamente aun cuando sus roles generales se conservan. Las especies nuevas pueden surgir naturalmente mediante el proceso de especiación o ser introducidas desde otras regiones por cambios en la topografía.

Sin embargo, esta dinámica de los ecosistemas no ingresa en el marco de estudio reglamentaria y hacen parte de la historia evolutiva que se estudia en el capítulo de evolución y geología.

La ecología organismal es el estudio de las formas en que los organismos individuales enfrentan los desafíos de los entornos abióticos y bióticos. Se puede dividir en dos subdisciplinas. El primero, la ecología fisiológica, investiga cómo los organismos se adaptan fisiológicamente a su medio ambiente y cómo el medio ambiente afecta la distribución de las especies. La segunda subdisciplina, la ecología del comportamiento o etología, se centra en cómo el comportamiento de los organismos individuales contribuye a su supervivencia y éxito reproductivo, lo que, a su vez, afecta la densidad de población de la especie.

1.1 Sir Arthur George Tansley (1871-1955)

Fue un destacado botánico y ecólogo británico. Reconocido como uno de los fundadores de la ecología moderna, Tansley fue pionero en la introducción del concepto de "ecosistema". Su enfoque multidisciplinario y su dedicación a la investigación del mundo natural le valieron un lugar destacado en la historia de la ciencia y la conservación ambiental.

Contexto

Sir Arthur George Tansley vivió en un período de intensos cambios políticos, económicos, sociales, religiosos y culturales. A principios del siglo XX, el Reino Unido, su país de origen, se encontraba en un momento de transición hacia una sociedad industrializada. Políticamente, el país estaba gobernado por un sistema parlamentario y experimentaba tensiones relacionadas con el sufragio y los derechos laborales.

Desde el punto de vista económico, el Reino Unido se encontraba en pleno apogeo del capitalismo, con un fuerte enfoque en la producción industrial y el comercio internacional. Sin embargo, también existía una creciente preocupación por los problemas sociales derivados de la industrialización, como las malas condiciones laborales y la desigualdad.

En términos sociales, la época de Tansley estuvo marcada por una serie de cambios significativos. La urbanización y la migración rural-urbana estaban transformando las ciudades y las dinámicas sociales. Se produjeron avances en la educación y la atención médica, pero también persistían problemas como la pobreza y la segregación social.

En cuanto a lo religioso, a principios del siglo XX el Reino Unido experimentaba un declive gradual en la influencia de la religión institucionalizada, con un aumento en la secularización y una diversidad religiosa creciente.

Culturalmente, esta era se caracterizó por un florecimiento intelectual y artístico en el Reino Unido, conocido como la era eduardiana, que abarcó desde finales del siglo XIX hasta el comienzo de la Primera Guerra Mundial. El modernismo y los movimientos artísticos vanguardistas también estaban emergiendo en Europa.En este contexto complejo y en constante cambio, Sir Arthur George Tansley desarrolló su trabajo científico y dejó un legado importante en el campo de la ecología y la conservación ambiental. Su enfoque multidisciplinario y su compromiso con el estudio de los ecosistemas sentaron las bases para la comprensión de las interacciones entre los seres vivos y su entorno.

Infancia

Tansley nació en Londres, hijo del empresario George Tansley y su esposa Amelia. Aunque su padre era exitoso en los negocios, su verdadera pasión era la educación, después de comenzar a asistir a clases en el Working Men's College cuando tenía 19 años. Más tarde, George Tansley se convirtió en profesor voluntario, retirándose de su negocio en 1884 para dedicarse a la enseñanza en el colegio. Se casó con Amelia Lawrence en 1863 y tuvo dos hijos, una hija mayor llamada Maud, seguida por Arthur siete años después, en 1871.

El interés de Tansley por la ciencia surgió gracias a uno de los profesores voluntarios de su padre, descrito como "un excelente y entusiasta botánico de campo". Después de asistir a una escuela preparatoria de los 12 a los 15 años, ingresó a la Highgate School.

Logros

Descontento con la enseñanza de ciencias, que consideraba "ridículamente inadecuada", se cambió a University College London en 1889 y estudió en la facultad de Ciencias Biológicas, donde fue fuertemente influenciado por Ray Lankester y F. W. Oliver. En 1890, Tansley asistió al Trinity College, Cambridge. Después de completar la Parte I de Tripos en 1893, regresó a University College London como asistente de Oliver, cargo que mantuvo hasta 1907. En 1894 regresó a Cambridge y completó la Parte II de Tripos, obteniendo un título de primera clase con honores.

Los principales logros científicos de Tansley se centran en el campo de la ecología. Fue uno de los fundadores de la ecología moderna y se le atribuye la introducción del concepto de "ecosistema" en 1935. Este concepto revolucionario se refiere a la interacción entre los organismos vivos y su entorno físico, y ha sido fundamental para comprender las dinámicas de los ecosistemas.

Tansley también realizó importantes contribuciones en áreas como la sucesión vegetal, la fisiología de las plantas, la clasificación de las comunidades vegetales y la conservación de la naturaleza. Sus investigaciones y publicaciones sentaron las bases para el desarrollo de la ecología moderna como disciplina científica.

En cuanto a sus publicaciones, Tansley fue autor de numerosos artículos científicos y libros. Uno de sus trabajos más influyentes es el libro "The British Islands and their Vegetation" (Las Islas Británicas y su Vegetación), publicado en 1911, donde describió las comunidades vegetales de Gran Bretaña y sentó las bases para la clasificación de los tipos de vegetación.

Comunidad científica

Sir Arthur George Tansley perteneció a una comunidad científica vibrante y colaborativa durante su carrera. Como una figura destacada en el campo de la ecología, tuvo una amplia red de colegas, colaboradores y amigos que influyeron en su trabajo y con quienes compartió ideas e investigaciones.

Uno de sus colaboradores más destacados fue el biólogo Sir Edward James Salisbury. Juntos, trabajaron en la clasificación y la ecología de las comunidades vegetales, y su colaboración resultó en importantes publicaciones conjuntas. Salisbury fue un aliado cercano de Tansley y compartieron una visión común sobre la ecología y la conservación de la naturaleza.

Tansley también tuvo una relación estrecha con el botánico y ecólogo británico Sir William Henry Beeby. Ambos trabajaron juntos en la Royal Society y compartieron un interés común en la sucesión vegetal y la ecología de los bosques. Su colaboración fue fundamental para el desarrollo de la teoría de la sucesión vegetal y su aplicación en la restauración ecológica.

En cuanto a amistades, Tansley fue cercano al destacado botánico y genetista Reginald Crundall Punnett. Ambos compartieron una pasión por la genética y la biología de la conservación, y mantuvieron una relación de amistad y colaboración a lo largo de sus carreras.

En general, la comunidad científica en la que Tansley se movía estaba compuesta por botánicos, ecólogos y otros científicos interesados en el estudio de la naturaleza y la conservación. Su trabajo y sus contribuciones fueron reconocidos y respetados, y colaboró activamente con muchos de sus contemporáneos para avanzar en el campo de la ecología y la comprensión de los ecosistemas.

Reconocimientos

Sir Arthur George Tansley recibió varios reconocimientos tanto en vida como de forma póstuma en reconocimiento a su destacada labor científica. A continuación se enumeran algunos de los principales reconocimientos que recibió:

(a) Medalla Linneana: En 1931, Tansley fue galardonado con la prestigiosa Medalla Linneana de la Sociedad Linneana de Londres. Esta medalla es otorgada por logros destacados en botánica.

(b) Medalla Darwin-Wallace: En 1952, Tansley fue honrado con la Medalla Darwin-Wallace de la Sociedad Linneana de Londres. Esta medalla es otorgada en reconocimiento a contribuciones sobresalientes en el campo de la biología evolutiva.

(c) Medalla Real: En 1953, Tansley recibió la Medalla Real de la Royal Society, una de las distinciones científicas más antiguas y prestigiosas del Reino Unido. Esta medalla se otorga por contribuciones sobresalientes en ciencia.

Sir Arthur George Tansley fue honrado con el título de caballero, lo que lo llevó a ser conocido como Sir Arthur George Tansley. El título de caballero es una distinción honorífica que se otorga en reconocimiento a los logros destacados en diversos campos, incluyendo la ciencia.

Además, Tansley fue miembro tanto de la Sociedad Linneana de Londres (FLS - Fellow of the Linnean Society) como de la Royal Society (FRS - Fellow of the Royal Society). Estos títulos y membresías son reconocimientos importantes dentro de la comunidad científica y demuestran su prestigio y contribuciones al campo de la biología y la ecología.

Después de su fallecimiento en 1955, el legado de Tansley continuó siendo reconocido y honrado. Su contribución al desarrollo del campo de la ecología y su concepto de "ecosistema" han tenido un impacto duradero en la ciencia y la conservación ambiental.

Es importante destacar que, además de los reconocimientos formales, el trabajo y la influencia de Tansley han sido celebrados y valorados por la comunidad científica en general. Su contribución intelectual y su dedicación a la investigación han sido objeto de admiración y respeto a lo largo de los años.

¿Por qué él es importante?

El trabajo de Sir Arthur George Tansley ha tenido un impacto significativo en nuestra vida cotidiana, especialmente en relación con la comprensión y la conservación de los ecosistemas. Aquí hay algunas formas en las que su trabajo ha influido en nuestra vida diaria:

(a) Concepto de ecosistema: Tansley introdujo el concepto de "ecosistema" en 1935, que ha sido fundamental para comprender cómo los organismos vivos interactúan con su entorno físico. Este concepto ha permeado numerosos campos, desde la ecología hasta la gestión ambiental y la planificación urbana. Nos ayuda a comprender las interacciones complejas entre los seres vivos y su entorno, y cómo los cambios en un componente pueden afectar a todo el sistema.

(b) Conservación de la naturaleza: Tansley fue un defensor de la conservación de la naturaleza y abogó por la protección de los ecosistemas y la biodiversidad. Sus investigaciones y escritos sentaron las bases para la comprensión de la importancia de la conservación y el papel que desempeñan los ecosistemas en nuestro bienestar. Sus ideas han influido en políticas de conservación y en la conciencia pública sobre la importancia de preservar la naturaleza.

(c) Gestión de recursos naturales: El enfoque de Tansley hacia los ecosistemas también ha influido en la gestión de recursos naturales. Su trabajo ha llevado a un mayor reconocimiento de la necesidad de considerar las interacciones y los impactos ambientales al gestionar los recursos, como el agua, los bosques y la agricultura. Sus ideas han ayudado a promover prácticas más sostenibles y a evitar la degradación y la sobreexplotación de los recursos naturales.

(d) Educación ambiental: Tansley también abogó por la educación ambiental y la divulgación científica. Su compromiso con la enseñanza y su trabajo en el ámbito académico ayudaron a fomentar una mayor comprensión de los ecosistemas y la importancia de cuidar el medio ambiente. Su legado ha influido en la promoción de la educación ambiental en escuelas, universidades y organizaciones dedicadas a la conciencia ambiental.

¿Qué debemos aprender de él?

Tansley demostró una mente abierta y una disposición para colaborar con otros científicos. Su colaboración con colegas y su capacidad para integrar ideas de diferentes disciplinas contribuyeron en gran medida a su éxito. Su enfoque nos recuerda la importancia de la colaboración y de estar dispuestos a aprender de los demás, incluso en campos distintos al nuestro.

La introducción del concepto de "ecosistema" por parte de Tansley fue una innovación revolucionaria en el campo de la ecología. Su visión y capacidad para formular conceptos novedosos nos inspiran a pensar más allá de los límites establecidos y a buscar soluciones creativas a los desafíos que enfrentamos en nuestras vidas y en la sociedad.

Tansley dedicó gran parte de su vida a la conservación de la naturaleza y a la educación ambiental. Su pasión y compromiso en estas áreas nos motivan a tomar conciencia de nuestro entorno natural y a contribuir a su preservación. Nos insta a ser ciudadanos responsables y a promover la educación ambiental para las generaciones futuras.

2. Generalidades del ecosistema

Regresar al Índice

Un ecosistema (o sistema ecológico) está compuesto por todos los organismos y el entorno físico con los que interactúan. Estos componentes bióticos y abióticos están vinculados a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía. La energía ingresa al sistema a través de la fotosíntesis y se incorpora al tejido vegetal. Al alimentarse de plantas y de otros organismos, los animales desempeñan un papel importante en el movimiento de materia y energía a través del sistema. También influyen en la cantidad de biomasa vegetal y microbiana presente. Al descomponer la materia orgánica muerta, los descomponedores liberan carbono de nuevo a la atmósfera y facilitan el ciclo de nutrientes al convertir los nutrientes almacenados en biomasa muerta en una forma que puede ser fácilmente utilizada por las plantas y microorganismos.

Figura 2.1. Bosques tropicales: Son ecosistemas ricos en biodiversidad que se encuentran en regiones cercanas al ecuador. Caracterizados por su alta pluviosidad y temperaturas cálidas, albergan una amplia variedad de especies de plantas y animales.

Los ecosistemas están controlados por factores externos e internos. Los factores externos, como el clima, el material parental que forma el suelo y la topografía, controlan la estructura general de un ecosistema, pero no son influenciados por el ecosistema en sí. Los factores internos están controlados, por ejemplo, por la descomposición, la competencia de raíces, la sombra, las perturbaciones, la sucesión y los tipos de especies presentes. Si bien los aportes de recursos generalmente están controlados por procesos externos, la disponibilidad de estos recursos dentro del ecosistema está controlada por factores internos. Por lo tanto, los factores internos no solo controlan los procesos del ecosistema, sino que también son controlados por ellos.

Los ecosistemas son entidades dinámicas: están sujetos a perturbaciones periódicas y siempre están en proceso de recuperación de alguna perturbación pasada. La tendencia de un ecosistema a mantenerse cerca de su estado de equilibrio, a pesar de la perturbación, se denomina resistencia. La capacidad de un sistema para absorber la perturbación y reorganizarse mientras experimenta cambios para retener esencialmente la misma función, estructura, identidad y retroalimentación se denomina resiliencia ecológica. Los ecosistemas se pueden estudiar mediante una variedad de enfoques: estudios teóricos, estudios de seguimiento de ecosistemas específicos durante largos períodos de tiempo, aquellos que analizan las diferencias entre ecosistemas para dilucidar cómo funcionan y experimentación manipulativa directa. Los biomas son clases o categorías generales de ecosistemas. Sin embargo, no hay una distinción clara entre biomas y ecosistemas. Las clasificaciones de ecosistemas son tipos específicos de clasificaciones ecológicas que consideran los cuatro elementos de la definición de ecosistemas: un componente biótico, un complejo abiótico, las interacciones entre ellos y dentro de ellos, y el espacio físico que ocupan.

Los ecosistemas proporcionan una variedad de bienes y servicios de los cuales las personas dependen. Los bienes del ecosistema incluyen los "productos tangibles y materiales" de los procesos del ecosistema, como el agua, los alimentos los combustibles, los materiales de construcción y las plantas medicinales. Los servicios del ecosistema, por otro lado, generalmente se refieren a "mejoras en la condición o ubicación de cosas de valor". Estos incluyen cosas como el mantenimiento de los ciclos hidrológicos, la limpieza del aire y el agua, el mantenimiento del oxígeno en la atmósfera, la polinización de cultivos e incluso aspectos como la belleza, la inspiración y las oportunidades de investigación.

Muchos ecosistemas se degradan debido a impactos humanos, como la pérdida de suelo, la contaminación del aire y el agua, la fragmentación del hábitat, la desviación del agua, la supresión de incendios y la introducción de especies invasoras. Estas amenazas pueden llevar a una transformación abrupta del ecosistema o a una interrupción gradual de los procesos bióticos y la degradación de las condiciones abióticas del ecosistema. Una vez que el ecosistema original ha perdido sus características definitorias, se considera "colapsado". La restauración de los ecosistemas puede contribuir a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

3. Epistemología del estudio del ecosistema

Regresar al Índice

El ecosistema es un concepto extremadamente complejo que no puede ser abarcado fácilmente por una lógica reduccionista de las ciencias de la naturaleza, por lo cual emplearemos el enfoque de Benfey (2007) sobre la estructura de las ciencias que intentar abarcar situaciones más complejas. Benfey menciona que toda teoría científica puede ser reducida a tres ejes, cada uno con dos componentes relacionados en parejas: Estructura interna y relaciones externas; tiempo reversible y tiempo irreversible; continuidad y cantidad de unidades. Las teorías simples solo abarcan la mitad de estos conceptos, por ejemplo, el paradigma de una teoría simple pero poderosa es la ley de los gases ideales que solo abarca el tiempo reversible, las relaciones externas y la cantidad de sus unidades. La ecología sin embargo debe superar estas limitaciones, los cambios ecológicos pueden ser reversibles o irreversibles, las propiedades del ecosistema solo emergen cuando analizamos las interacciones entre sus componentes, además que algunas variables importantes pueden ser continuas o discontinuas; todo esto se conjuga para hacer a un ecosistema, un sistema de análisis al cual no podemos enfrentarnos con modelos científicos reduccionistas u holistas por separado (Benfey, 2007).

Evidentemente a parte de las ideas de Benfey, el paradigma general de estudio de la ecología es el naturalismo metodológico, estudiar a los ecosistemas mediante explicaciones naturales sin tomar en cuenta otras explicaciones de tipo metafísico como los dioses (Blanco, 2012). Finalmente la aproximación fisicalista de las ciencias de la naturaleza instaurada por Boyle, Hooke y Newton también se hace presente, en el sentido de que las explicaciones naturales sean susceptibles de ser transformadas a relaciones matemáticas entre las variables (de Berg, 1992). Debido a la complejidad del ecosistema, las matemáticas se hacen un poco más complejas, pero aun así es realizable, y si lo que usted desea es ser ecólogo deberá prepararse para una alta dosis de matemáticas complejas. Sin embargo, a este nivel introductorio con saber leer gráficas nos basta y sobra para entender las tendencias generales que han encontrado los ecólogos del siglo XX sobre el comportamiento de los ecosistemas.

3.1 Tiempo reversible contra tiempo irreversible.

Los ecosistemas pueden entenderse en términos del tiempo reversible, es decir que el pasado, presente y futuro (Benfey, 2007) son más o menos iguales gracias a la capacidad de estos sistemas de responder a los estímulos de forma tal que se intenta conservar el equilibrio, lo cual se denomina bajo los conceptos de resiliencia y homeostasis (Holling, 1973). Sin embargo, esto solo funciona cuando el tiempo que aplicamos es el tiempo humano, de unos cuantos siglos o milenios, de hecho, es así como vienen plasmados los conceptos de los ecosistemas en los libros de texto, poniendo poco énfasis a su desarrollo histórico geológico. Los ecosistemas tal como los conocemos no aparecieron todos al mismo tiempo, sino que son el producto de una historia evolutiva y geológica (Tarbuck, Lutgents, & Tasa, 2014), y solo cuando introducimos el tiempo geológico podemos hablar de un tiempo irreversible, en el cual el pasado es diferente del presente y este lo será del futuro. Evidentemente no se trata de enseñar historia evolutiva, sino de ser consiente sobre que faceta de la teoría ecológica se plantea en el aula de clase.

Figura 3.1. Tabla de eras geológicas. La geología nos ha mostrado que los ecosistemas actuales son diferentes de sus contrapartes en el pasado, en términos de flora y fauna.

3.2 Estructura interna vs relaciones externas

La estructura interna del ecosistema contiene como componentes físicos a los factores bióticos y abióticos. Los factores bióticos son la suma de todas las especies que viven dentro de las fronteras del ecosistema más sus interacciones ecológicas, las cuales representan mucho de lo que denominaríamos la selección natural darwiniana, pero no toda, ya que la selección natural también es representada por los factores abióticos. Los factores abióticos son todos los seres no vivos que se encuentran en un ecosistema, como la temperatura, la humedad, la disponibilidad de agua, la topografía, los ciclos estacionales, la distribución de las fuentes de agua entre otros, lo peor del asunto es que no solo se involucra a las entidades individuales, sino también sus relaciones entre sí, y sus relaciones con los factores bióticos. Estas relaciones provocan la aparición de dinámicas nuevas, y en consecuencia fenómenos matemáticos propios de la biología que no pueden ser reducidos a las leyes de la física y de la química.

Figura 3.2. Los ecosistemas no están aislados. Los ecosistemas no son entidades aisladas, y las fronteras con otros ecosistemas poseen una biodiversidad especial debido a sus características graduales.

Adicional a la estructura interna, los ecosistemas son difíciles de definir en el espacio ya que son cualitativos, cuando un ecosistema cambia a otro lo hace de forma gradual, estas zonas de frontera gradual se denominan ecotonos, los cuales no solo definen el espacio y/o volumen del ecosistema, sino que también definen las interacciones que tienen con otros ecosistemas, lo cual da origen a nuevas relaciones y nuevos modelos bajo los cuales planteamos nuevas leyes biológicas no reducibles a la química o a la física de forma directa. Algunas de estas relaciones se denominan servicios de un ecosistema, y definen la utilidad económica de un ecosistema para los intereses humanos, sin embargo, la falta de atención a los efectos recíprocos de estos servicios tomados por el ser humano puede afectar de forma muy grave a los ecosistemas como tal, llevándolos a puntos donde estos no pueden responder para mantener su equilibrio.

3.3 Número de unidades vs la asociación de estas

Las especies y los individuos son un aspecto claramente relacionado al número de unidades, se puede representar matemáticamente y hace referencia de forma concreta a los índices de biodiversidad de un ecosistema. Sin embargo, los índices de biodiversidad modernos no solo toman en cuenta la cantidad de unidades, sino su distribución espacial, si estos se asocian en manadas numerosas o son solitarios. La introducción de la asociación de las unidades tiene efectos en la complejidad de los instrumentos para determinar la biodiversidad de un ecosistema. Sin embargo, este aspecto se estudia con mayor énfasis en la comunidad.

4. Historia del ecosistema como concepto

Regresar al Índice

El concepto de ecosistema es relativamente reciente, durante el siglo XIX este no existía como tal, lo que existía era la geografía botánica y zoológica recolectada por los exploradores naturalistas tales como Alexander von Humboldt y resumida en los informes de las expediciones botánicas de los diversos imperios coloniales, los cuales eran recolectados en físico para museos, zoológicos y jardines botánicos o en forma de textos bellamente ilustrados que serían enviados a los museos o a las universidades imperiales (Cañizares-Esguerra, 2006; Egerton, 2009; González‐Orozco, Ebach, & Varona, 2015; Goodland, 1975; Nicolson, 1996). En ese sentido se poseía conocimiento sobre las especies en las diferentes áreas de los imperios, pero las interacciones de estos no eran estudiadas.

4.1 Ecosistema como concepto científico

No fue sino hasta 1935 que Arthur Tansley un ecólogo británico acuñó el término ecosistema, como un sistema interactivo establecido entre la biocoenosis y el biotopo. La propuesta radicaría en que la ecología como rama independiente de la biología debería estudiar a los ecosistemas (Stephen Bocking, 1994; Cooper, 1957; Egerton, 1983; Jax, 1998).

Figura 4.1. Arthur George Tansley (1871-1955). Fue un botánico y pionero en la ciencia de la ecología. Desde el principio, fue muy influenciado por el ecólogo danés Eugenio Warming.1 Impuso y defendió el término ecosistema en 1935, y ecotopo en 1939. Fue uno de los fundadores de la British Ecological Society, y editor del Journal of Ecology por veinte años.

El concepto de biocoenosis es más antiguo y puede rastrearse a Alfred Russel Wallace (Egerton, 1993), contemporáneo, colega, co-proponente de la selección natural y defensor de las ideas de Charles Darwin (Wallace, 2007). La biocoenosis fue propuesta en aquel entonces como la relación entre la geografía y las especies animales, idea que también habían trabajado Alexander von Humboldt y Francisco José de Caldas pero con las plantas (Egerton, 2009; González‐Orozco et al., 2015; Nicolson, 1996), ya fuera en la latitud o en la altitud.

En este sentido se recoge la interacción entre los seres vivos y un factor abiótico que es la geografía, por lo que podríamos decir que la biocoenosis es lo que nosotros entenderíamos como biogeografía. Sin embargo, la biocoenosis era un concepto más general que también involucraba el modo en que las diferentes especies de plantas y animales se agrupaban en comunidades, por lo que la biocoenosis se puede describir como la relación general entre una comunidad ecológica y su biogeografía. Este concepto solo pudo emerger durante la edad de los imperios coloniales gracias a las expediciones botánicas y el deseo de los imperios por reconocer cuales plantas, animales y otros materiales que existían en sus colonias y pudieran ser empleados como recursos económicos o estratégicos.

Figura 4.2. Eugene P. Odum (1913-2002). Fue uno de los más importantes promotores de la ecología contemporánea. Está referido como "el padre del ecosistema ecológico". Él y su hermano Howard T. Odum escribieron el popular libro de texto de ecología, Fundamentals of Ecology (1953). La Escuela de Ecología de Odum de la Universidad de Georgia fue nombrada así en su honor.

Por otra parte, biotopo se define como un área geografía de condiciones consistentes que permite la vida de una comunidad de seres vivos homogénea, y de hecho es la misma definición de hábitat. Aunque algunos autores disienten, en el presente texto asumiremos que hábitat y biotopo son sinónimos. Un hábitat por lo tanto acumula principalmente los factores abióticos, mientras que la biocoenosis agrupa a los factores bióticos, sus interacciones y la distribución geográfica. Cuando todos se colocaron juntos nació el concepto de ecosistema.

Figura 4.3. Howard T. Odum (1924-2002). fue un científico estadounidense ecologista. Es conocido por su trabajo pionero en la ecología de los ecosistemas, y por sus provocadoras propuestas adicionales de las leyes de la termodinámica, derivadas de su trabajo en la teoría general de sistemas.

4.2 El ecosistema como concepto escolar

En 1942, Raymond Lindeman publicó el influyente artículo "The Trophic-Dynamic Aspect of Ecology", donde introdujo la noción de flujo de energía a través de los niveles tróficos en un ecosistema. Este artículo ayudó a establecer una comprensión más clara de las interacciones energéticas dentro de los ecosistemas.

A través de su libro "Animal Ecology" publicado en 1927, Charles Elton introdujo conceptos fundamentales sobre la dinámica de las poblaciones y las interacciones tróficas en los ecosistemas. Su enfoque en las cadenas y redes alimentarias contribuyó a la comprensión de cómo los organismos se relacionan entre sí dentro de un sistema ecológico.

El concepto de ecosistema de Tansley fue rápidamente adoptado por el influyente educador en biología Eugene Odum. Eugene junto con su hermano Howard T. Odum escribieron en 1953 el primer libro de texto en biología en contener el concepto de ecosistema para la enseñanza reglamentaria de los biólogos ecólogos en formación, y a partir de ellos para los libros de texto de la enseñanza escolar más básica en Estados Unidos, estamos hablando de la primera edición de Fundalemtals of Ecology (Odum & Odum, 1953).

"Fundamentals of Ecology", escrito por Eugene P. Odum y Howard T. Odum, es ampliamente considerado como uno de los libros de texto más influyentes en el campo de la ecología. Publicado por primera vez en 1953, el libro se ha convertido en un referente en la enseñanza y comprensión de los principios fundamentales de la ecología.

El libro abarca una amplia gama de temas relacionados con la ecología, proporcionando una introducción sólida a los conceptos y principios clave de esta disciplina científica. Explora las interacciones entre los organismos y su entorno físico, analizando los procesos ecológicos y las estructuras de los ecosistemas.

Una de las principales contribuciones del libro es su enfoque en la ecología de sistemas, que considera a los organismos como parte de sistemas más grandes y complejos. Los autores introducen conceptos como los flujos de energía, los ciclos de nutrientes y las interacciones tróficas para explicar cómo los organismos interactúan entre sí y con su entorno.

Además, "Fundamentals of Ecology" aborda temas como la biodiversidad, la dinámica de las poblaciones, la sucesión ecológica y los problemas ambientales. Los autores presentan estudios de casos y ejemplos prácticos para ilustrar los conceptos teóricos y fomentar la comprensión de la ecología en un contexto real.

Si bien "Fundamentals of Ecology" es un texto influyente en la ecología moderna, no se considera el primer libro de texto de ecología. Antes de su publicación, existían otros libros y estudios que sentaron las bases de esta disciplina científica. Sin embargo, el libro de Odum y Odum ha sido ampliamente utilizado y ha contribuido significativamente a la difusión y popularización de la ecología como campo de estudio.

4.3 De la cadena alimenticia a la pirámide energética

G Evelyn Hutchinson uno de los primeros limnólogos combinó las ideas de Tansley con las de Charles Elton sobre el estudio de las cadenas alimenticias con los aportes de Vladimir Vernadsky para sugerir que la disponibilidad de nutrientes minerales no orgánicos en un lago, limitaban la productividad de las algas, las cuales a su vez limitarían la productividad del lago como un todo. Raymond Lindeman tomó estas ideas más allá y sugirió que el flujo de energía en el lago era la fuerza primaria que conducía a todo el ecosistema. Los estudiantes de Hutchinson eran precisamente los hermanos Odum, quienes condensaron estas ideas en una aproximación de la ecología local de una región como si se tratara de un sistema, una entidad con propiedades superiores a las de sus componentes aislados (Billings, 2015; S Bocking, 2013; Camill, n.d.; Kingsland, 2004).

5. Introducción a los factores abióticos

Regresar al Índice

Los factores abióticos son elementos no vivos que influyen en los ecosistemas y en la distribución y adaptación de los seres vivos. Estos factores incluyen componentes físicos, químicos y geológicos del entorno, como la luz solar, la temperatura, la humedad, el suelo, el agua, los minerales y la topografía. Los factores abióticos desempeñan un papel crucial en la determinación de la estructura y función de los ecosistemas, ya que afectan directamente a la disponibilidad de recursos y a las condiciones ambientales en las que los organismos deben sobrevivir. Comprender y estudiar estos factores es fundamental para comprender la dinámica y la diversidad de los ecosistemas, así como para predecir y manejar los impactos del cambio ambiental.

5.1 Historia del estudio de los factores abióticos

A lo largo de la historia, muchos científicos y ecólogos han estudiado los factores abióticos que afectan a los seres vivos en diversos contextos. Aquí hay algunos ejemplos de investigadores y publicaciones relevantes en este campo:

(a) Alexander von Humboldt: En su obra "Ensayo sobre la geografía de las plantas" (1807), Humboldt exploró las relaciones entre los factores abióticos, como la altitud, la temperatura y la precipitación, y la distribución de las plantas en diferentes regiones geográficas.

(b) Francisco José de Caldas: fue un científico y naturalista colombiano que también realizó importantes estudios sobre los factores abióticos, particularmente en relación con la altitud. En sus investigaciones, exploró los cambios en la vegetación, el clima y la geología a medida que se ascendía a diferentes altitudes en las montañas. Estos estudios contribuyeron a comprender cómo los factores abióticos, como la altitud, influyen en la distribución de las plantas y la variación del clima en diferentes regiones geográficas.

Figura 5.1. Francisco José de Caldas (1768-1816) fue un científico, naturalista y patriota colombiano. Nacido en Popayán, se destacó por su dedicación a la ciencia y su ferviente compromiso con la independencia de Colombia. Conocido como el "Sabio Caldas", realizó estudios en matemáticas, física, astronomía y botánica. Fue uno de los primeros en explorar y cartografiar el territorio colombiano, contribuyendo al conocimiento geográfico y científico de la región. Además, escribió numerosos artículos científicos y publicaciones, incluido su periódico "El Semanario del Nuevo Reino de Granada". Caldas también jugó un papel activo en la lucha por la independencia de Colombia, siendo arrestado y ejecutado por las fuerzas realistas en 1816. Su legado perdura como uno de los científicos más destacados de Colombia y un símbolo de la lucha por la libertad y el conocimiento científico.

Sus investigaciones y escritos se encuentran en sus publicaciones, como "El Semanario del Nuevo Reino de Granada" y "Observaciones sobre la Historia Natural, Geografía, Agricultura, Población y Frutos del Reyno de Santa Fe de Bogotá" (1808). Francisco José de Caldas es reconocido como uno de los pioneros de la investigación científica en América Latina y su trabajo en el campo de los factores abióticos fue fundamental para la comprensión de la ecología de la región.

(c) Ellen Swallow Richards: Considerada una de las pioneras de la ecología y la ciencia ambiental, Richards realizó importantes estudios sobre la relación entre los factores abióticos y la calidad del agua y el aire. Sus investigaciones se encuentran en varios artículos y libros, incluido su trabajo "Water-Supply: Considered Mainly from a Chemical and Sanitary Standpoint" (1895).

(d) Victor Shelford: Shelford fue un ecólogo estadounidense conocido por sus contribuciones al estudio de los factores abióticos en la distribución de los organismos. En su libro "Animal Communities in Temperate America" (1913), introdujo conceptos como la tolerancia ecológica y los gradientes ambientales para comprender cómo los organismos responden a los factores abióticos.

(e) G. Evelyn Hutchinson: Hutchinson fue un influyente ecólogo y limnólogo que investigó los factores abióticos en los ecosistemas acuáticos. Su libro "The Ecological Theater and the Evolutionary Play" (1965) aborda la importancia de los factores abióticos en la estructura y función de los ecosistemas, y cómo influyen en la evolución de los organismos.

(f) Eugene P. Odum: Como mencionado anteriormente, Odum fue un destacado ecólogo que estudió los factores abióticos y su influencia en los ecosistemas. En su libro "Ecology" (1953), junto con Howard T. Odum, aborda la interacción entre los factores bióticos y abióticos, y su papel en la organización de los ecosistemas.

5.2¿Porque es importante el reconocimiento de los factores abióticos?

El reconocimiento de los factores abióticos es de vital importancia en ecología y ciencias ambientales por varias razones:

(a) Comprender los límites ambientales: Los factores abióticos establecen los límites dentro de los cuales los organismos pueden sobrevivir y prosperar. Al comprender estos límites, podemos identificar las condiciones ambientales adecuadas para diferentes especies y entender por qué ciertos organismos se encuentran en determinados lugares.

(b) Predecir y mitigar impactos ambientales: Los factores abióticos son cruciales para predecir y comprender los impactos de cambios ambientales, como el calentamiento global, la contaminación y la pérdida de hábitat. Al estudiar cómo los factores abióticos influyen en los ecosistemas, podemos evaluar mejor los posibles efectos de estos cambios y desarrollar estrategias de mitigación.

(c) Conservación de especies y hábitats: Los factores abióticos desempeñan un papel fundamental en la conservación de especies y hábitats. Al comprender los requisitos ambientales de las especies, podemos identificar y proteger los hábitats críticos y diseñar estrategias de conservación más efectivas.

(d) Manejo de recursos naturales: Los factores abióticos son considerados en el manejo sostenible de los recursos naturales, como el agua, el suelo y la energía. El conocimiento de cómo estos factores afectan la disponibilidad y calidad de los recursos nos ayuda a tomar decisiones informadas y a desarrollar prácticas de manejo que sean beneficiosas tanto para el medio ambiente como para las comunidades humanas.

5.3 Los factores abióticos y la macroeconomía

Cuando las políticas macroeconómicas no consideran los efectos de los factores abióticos en el desarrollo económico, pueden surgir consecuencias graves para la economía de una nación. Ignorar los límites ambientales y las interacciones entre los sistemas naturales y económicos puede conducir a la degradación de los recursos naturales, la pérdida de empleos y la disminución de la calidad de vida de las personas; y paradójicamente una disminución del potencial económico que se pretendía expandir en primera instancia. Es fundamental adoptar enfoques de desarrollo sostenible que tengan en cuenta los factores abióticos y busquen un equilibrio entre el crecimiento económico y la preservación del medio ambiente.

El mar de Aral

Un ejemplo emblemático de esto es el caso del Mar de Aral y la Unión Soviética. Durante la era soviética, se implementaron políticas que buscaban aumentar la producción de algodón en las regiones de Asia Central, como Uzbekistán y Kazajistán. Para lograrlo, se desviaron los ríos que alimentaban el Mar de Aral para el riego masivo de los campos de algodón, ignorando el equilibrio natural del ecosistema y los factores abióticos asociados, especialmente el agua, el viento y la salinidad.

Como resultado, el Mar de Aral, que solía ser uno de los cuatro lagos más grandes del mundo, se ha reducido drásticamente en tamaño y ha experimentado una grave degradación ambiental por salinización. La disminución del flujo de agua y la extracción excesiva para la agricultura provocaron la reducción del nivel del agua y la salinización del lago. Esto tuvo un impacto devastador en la economía local, ya que las comunidades pesqueras y las actividades relacionadas con el turismo se vieron seriamente afectadas.

Figura 5.2. El estado actual del Mar de Aral es preocupante. Debido a décadas de extracción excesiva de agua de los ríos que alimentaban el mar para la agricultura y la falta de medidas de conservación, el Mar de Aral ha experimentado una dramática reducción en su tamaño. En la actualidad, el mar se ha dividido en dos cuerpos de agua más pequeños: el Mar de Aral Norte y el Mar de Aral Sur. Ambos cuerpos de agua sufren de altos niveles de salinidad y contaminación debido a la liberación de sedimentos y productos químicos de los antiguos lechos marinos expuestos. Esta situación ha tenido un impacto devastador en los ecosistemas locales, la biodiversidad y las comunidades que dependían del mar para su sustento. Los esfuerzos de conservación y restauración se han llevado a cabo para mitigar los efectos, pero el desafío de recuperar completamente el Mar de Aral sigue siendo enorme.

La desaparición del Mar de Aral también tuvo consecuencias a nivel regional. La liberación de sedimentos salinos y productos químicos tóxicos debido a la exposición de la antigua cuenca del mar causó problemas de salud en las poblaciones locales y una pérdida significativa de la biodiversidad. Además, los cambios en los patrones climáticos locales, como el aumento de la aridez, afectaron la agricultura y la disponibilidad de agua para otras actividades económicas.

Dust Bowl en Estados Unidos

Durante la década de 1930, las vastas extensiones de las Grandes Llanuras de Estados Unidos se vieron asoladas por una devastadora sequía, lo cual desencadenó una serie de eventos desoladores conocidos como el Dust Bowl. La situación fue agravada por prácticas agrícolas inadecuadas y perjudiciales, como la sobreexplotación de la tierra y la eliminación indiscriminada de la vegetación natural. Estas prácticas destructivas fueron promovidas por políticas macroeconómicas que buscaban maximizar la producción agrícola sin tener en cuenta los límites del entorno.

Las regiones más afectadas por el Dust Bowl fueron principalmente los estados de Texas, Oklahoma, Kansas, Colorado y Nuevo México, conocidos como el "Corredor del Polvo". La falta de vegetación debido a la explotación excesiva y la sequía implacable provocaron una erosión masiva del suelo, convirtiéndolo en polvo.

Figura 5.3. La erosión de la capa superior del suelo tiene un impacto devastador en el potencial agrícola. Esta capa superficial, rica en nutrientes y materia orgánica, es fundamental para el crecimiento saludable de las plantas. Cuando se erosiona, se pierden estos nutrientes esenciales, lo que resulta en la degradación de la fertilidad del suelo. Además, la erosión expone capas inferiores menos productivas, con menor contenido de nutrientes y capacidad de retención de agua. Esto reduce la capacidad del suelo para sostener cultivos saludables y disminuye su productividad a largo plazo. La erosión del suelo también puede llevar a la pérdida de la estructura del suelo, aumentar la compactación y dificultar la infiltración del agua, lo que empeora aún más las condiciones para el crecimiento de las plantas. En resumen, la erosión de la capa superior del suelo compromete seriamente el potencial agrícola al empobrecer el suelo y reducir su capacidad para sostener cultivos de manera eficiente.

Las consecuencias fueron devastadoras. Enormes tormentas de polvo, conocidas como "tormentas negras", azotaron la región, causando la destrucción de los cultivos, daños graves en la infraestructura y obligando a la desafortunada evacuación de miles de personas de sus hogares. La magnitud de esta crisis ambiental tuvo un impacto económico significativo en la agricultura y en las comunidades rurales, dejando cicatrices duraderas en el paisaje y la sociedad.

Se tomaron algunas medidas para remediar la situación. El gobierno implementó programas como el Soil Conservation Service, que promovió prácticas de conservación del suelo, como la siembra de árboles rompevientos y la rotación de cultivos. También se establecieron programas de reasentamiento para las familias afectadas, incentivando la migración a otras regiones del país.

A pesar de los esfuerzos de recuperación, el Dust Bowl dejó consecuencias duraderas en el ecosistema y la sociedad. La degradación del suelo, la pérdida de biodiversidad y la migración masiva de población tuvieron un impacto perdurable en las áreas afectadas. Aunque se han realizado avances en la conservación del suelo y la gestión sostenible de la agricultura, las consecuencias de aquel período difícil todavía se sienten en algunas áreas, recordándonos la importancia de tomar medidas responsables y sostenibles para evitar desastres ambientales similares en el futuro.

Crisis del agua en el Valle de San Joaquín, California

La crisis del agua en el Valle de San Joaquín, California, ha sido causada principalmente por la sobreexplotación de los recursos hídricos y la falta de consideración de los factores abióticos en la toma de decisiones. La intensa producción agrícola en la región ha agotado los acuíferos y ha disminuido los caudales de los ríos, lo que ha generado escasez de agua tanto para la agricultura como para los ecosistemas acuáticos. Esta situación ha tenido un impacto económico significativo, afectando la productividad agrícola, aumentando los costos de riego y generando la necesidad de encontrar soluciones sostenibles para garantizar la seguridad hídrica a largo plazo.

En cuanto a los responsables, se puede señalar la falta de regulación y control en la extracción de agua, así como la falta de políticas públicas efectivas para gestionar adecuadamente los recursos hídricos. Los partidos políticos y las autoridades locales también tienen su cuota de responsabilidad en el manejo inadecuado de la crisis.

Las regiones más afectadas son aquellas donde la agricultura intensiva es predominante, como el Valle de San Joaquín y sus alrededores. Estas áreas han experimentado una disminución significativa de los niveles de agua subterránea, lo que ha llevado a una mayor dependencia de fuentes externas de agua y a la reducción de la productividad agrícola.

Para remediar la crisis del agua, se han implementado medidas como la regulación de la extracción de agua, la promoción de prácticas agrícolas más sostenibles y la búsqueda de fuentes alternativas de abastecimiento de agua, como la reutilización y la desalinización. Sin embargo, a pesar de estos esfuerzos, las consecuencias de la sobreexplotación y la escasez de agua pueden tener efectos irreversibles a largo plazo, como la degradación del suelo, la pérdida de biodiversidad y la alteración de los ecosistemas acuáticos.

6. Factores químicos

Regresar al Índice

Aquí es donde la frase “Todo es Química” cobra verdadera relevancia (T. L. 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.

Figura 6.1. Desde sustancias simples como el agua hasta compuestos complejos como los lípidos y los carbohidratos, todos juegan un papel fundamental en los ecosistemas. La grasa y los azúcares son ejemplos claros de sustancias químicas que cumplen una doble función: son fuentes de materia y, al mismo tiempo, proporcionan energía a los organismos. Estas sustancias químicas son utilizadas por los seres vivos para el crecimiento, la reproducción y la obtención de energía necesaria para llevar a cabo sus funciones vitales.

6.1 Fuentes de energía

En el mundo natural, las sustancias químicas desempeñan un papel crucial al proporcionar la energía necesaria para que los seres vivos lleven a cabo sus procesos químicos internos. Estas sustancias químicas son fuentes fundamentales de energía y materia para la vida en todas sus formas.

En la actualidad, gran parte de estas sustancias químicas son producidas a través del proceso de fotosíntesis, realizado por plantas, algas y algunas bacterias. La fotosíntesis convierte la energía solar en energía química almacenada en moléculas como la glucosa. Estas moléculas son utilizadas por los organismos como fuente de energía para realizar funciones vitales como el crecimiento, la reproducción y la actividad celular.

Sin embargo, existen otras fuentes de energía química en la naturaleza que son menos conocidas pero igualmente importantes. Algunos tipos de rocas contienen electrones de alta energía, los cuales pueden ser aprovechados por ciertos microorganismos en un proceso llamado quimiosíntesis. Estas bacterias, conocidas como quimioautótrofos, pueden extraer y utilizar activamente la energía de estos electrones para llevar a cabo sus procesos metabólicos.

Figura 6.2. Una fuente hidrotermal es una estructura geológica submarina que emerge en el lecho oceánico y emite agua caliente y rica en minerales. Estas fuentes se forman cuando el agua de mar penetra en grietas y fisuras de la corteza terrestre, donde es calentada por el magma subyacente. El agua caliente, cargada de minerales disueltos, asciende y se mezcla con el agua fría del océano, formando chorros de agua caliente que emergen en forma de chimeneas o respiraderos. Estos ecosistemas únicos sustentan una variedad de organismos adaptados a las condiciones extremas, y son importantes para la investigación científica sobre la vida en ambientes extremos y la evolución de la vida en la Tierra.

Un ejemplo notable de este proceso se encuentra en las fuentes hidrotermales submarinas, donde se encuentran rocas ricas en compuestos químicos como sulfuros y hierro. Las bacterias quimioautótrofas que habitan en estos ambientes extremos pueden utilizar estos compuestos como fuente de energía para su supervivencia, en lugar de depender de la luz solar como ocurre en la fotosíntesis.

Además de su función energética, las sustancias químicas presentes en los seres vivos también desempeñan un papel vital en la estructura y el funcionamiento de los organismos. Por ejemplo, las proteínas, que están compuestas por cadenas de aminoácidos, son esenciales para la estructura celular, el transporte de sustancias y la regulación de las reacciones químicas. Los lípidos, como los ácidos grasos y los esteroides, son componentes fundamentales de las membranas celulares y también actúan como reservas de energía.

6.2 Fuentes de materia

Las fuentes de materia desempeñan un papel fundamental en la nutrición y crecimiento de los seres vivos. Estas sustancias, necesarias para aumentar la biomasa, pueden ser obtenidas tanto de otros organismos como de formas no vivas del entorno. Un ejemplo destacado es la fotosíntesis, proceso en el cual los organismos utilizan dióxido de carbono como fuente de carbono y oxígeno para sintetizar azúcares, grasas y proteínas. Además, el agua es esencial en la fotosíntesis, ya que proporciona protones y electrones de baja energía.

Estas sustancias inorgánicas, por sí mismas, son abundantes en el universo. Sin embargo, los seres vivos tienen la capacidad única de transformarlas en compuestos que componen sus propios cuerpos. La materia, en este contexto, no se limita solo a los átomos, sino que también incluye electrones e incluso fotones que se utilizan durante la fotosíntesis.

Figura 6.3. El loro amazónico de cabeza amarilla (Amazona ochrocephala) es una especie de loro que se encuentra en las regiones tropicales de América del Sur. Estos loros tienen una necesidad peculiar en su dieta: consumir arcilla. Aunque se alimentan principalmente de frutas, semillas y néctar, también buscan activamente depósitos de arcilla para complementar su nutrición. La arcilla les proporciona minerales esenciales, como el sodio, que no se encuentran en cantidades suficientes en su dieta vegetal. Los loros de cabeza amarilla ingieren pequeñas cantidades de arcilla, generalmente en barrancos o riberas de ríos, para satisfacer sus requerimientos minerales y mantener su equilibrio nutricional. Esta adaptación demuestra la capacidad de estas aves para encontrar soluciones ingeniosas en su entorno y garantizar su bienestar.

La fotosíntesis es un proceso crucial en la biosfera, ya que es la principal forma en que la energía solar se convierte en energía química utilizable por los seres vivos. En las plantas, algas y algunos microorganismos fotosintéticos, la clorofila captura la luz solar y la convierte en energía química a través de una serie de reacciones químicas complejas. El dióxido de carbono del aire y el agua del suelo son utilizados como fuentes de materia para construir moléculas orgánicas, liberando oxígeno como subproducto.

Además de la fotosíntesis, existen otras fuentes de materia que los seres vivos pueden aprovechar. Por ejemplo, los organismos heterótrofos obtienen la materia necesaria para su crecimiento y desarrollo a través de la alimentación. Se alimentan de otros organismos, descomponen materia orgánica muerta o aprovechan recursos inorgánicos presentes en el entorno.

Es importante destacar que el ciclo de la materia es fundamental para el funcionamiento de los ecosistemas. Los nutrientes y elementos químicos necesarios para la vida, como el carbono, nitrógeno, fósforo y otros, se mueven a través de los diferentes componentes de un ecosistema, como los seres vivos, el suelo, el agua y la atmósfera. Estos ciclos biogeoquímicos garantizan un suministro constante de materiales esenciales para los organismos vivos y son regulados por interacciones complejas entre los factores bióticos y abióticos del ecosistema.

6.3 Xenobióticos

Los xenobióticos son sustancias que normalmente no deberían estar presentes en los organismos vivos. Su origen puede ser biológico, inorgánico o antropogénico.

(a) Los xenobióticos biológicos son toxinas producidas por los seres vivos como mecanismo de defensa o caza. Estas sustancias, conocidas como venenos orgánicos, incluyen toxinas de plantas, venenos de serpientes y venenos microbianos. También se consideran xenobióticos los narcóticos, que afectan el sistema nervioso de los organismos.

(b) Los xenobióticos orgánicos no biológicos son compuestos químicos sintéticos que no son producidos de forma natural por los organismos vivos. Estos incluyen sustancias como pesticidas, herbicidas, productos químicos industriales y contaminantes ambientales. Al ser liberados en el medio ambiente, pueden tener efectos adversos en los seres vivos, alterando los ecosistemas y representando riesgos para la salud humana y animal.

(c) Por otro lado, los xenobióticos inorgánicos son sustancias que se desprenden de minerales y que pueden resultar tóxicas para los seres vivos. Ejemplos de ello son el mercurio y el plomo. Normalmente, estos xenobióticos inorgánicos se encuentran aislados en la corteza terrestre y no tienen un impacto significativo en los seres vivos, a menos que sean liberados al ambiente debido a actividades humanas.

Figura 6.4. Lo que no debería estar en un ecosistema. Aunque generalmente se hace mucho escándalo por derrames de petróleo, el problema real es que aun que se “limpie” de crudo, el ecosistema retiene sustancias que vienen con él, como metales pesados que afectaran a los organismos por décadas.

Precisamente, los seres humanos utilizamos xenobióticos como materias primas en nuestras industrias y luego los liberamos al ambiente. Algunos de estos xenobióticos son sustancias naturales como el mercurio, mientras que otros son productos químicos sintéticos que no son producidos por los organismos vivos de forma natural. Estos venenos sintéticos se acumulan en los ecosistemas y afectan principalmente a los depredadores de niveles superiores en la cadena alimentaria.

Este fenómeno, conocido como bioacumulación, será abordado con mayor énfasis en el capítulo correspondiente. Los xenobióticos sintéticos pueden persistir en el ambiente durante períodos prolongados y tener efectos adversos en los organismos que los encuentran. Estos compuestos químicos pueden alterar el equilibrio ecológico, causar daños en la salud de los seres vivos e incluso contribuir al cambio climático.

Es importante destacar que, debido a que muchos factores químicos en el ecosistema son producidos por los propios seres vivos, la distinción entre factor biótico y factor abiótico se vuelve difusa. Los xenobióticos introducidos por actividades humanas representan un desafío para la salud ambiental y requieren de medidas de control y gestión adecuadas.

Para comprender y abordar los efectos de los xenobióticos en los organismos y los ecosistemas, es fundamental realizar investigaciones científicas y monitoreo ambiental. Además, se deben implementar políticas y regulaciones que promuevan prácticas sostenibles en la industria y reduzcan la liberación de xenobióticos al ambiente. La educación y concientización sobre los riesgos asociados con el uso y la liberación de xenobióticos también son aspectos clave para promover un enfoque responsable hacia el cuidado del medio ambiente.

6.4 El suelo

El suelo es un componente fundamental de los ecosistemas, una compleja mezcla de minerales, gases, líquidos y materia orgánica en descomposición. Es un sistema dinámico en el que los seres vivos desempeñan un papel crucial. A medida que los organismos colonizan el suelo, se produce una sucesión gradual y acumulativa de materia orgánica, creando una capa fértil que permite el desarrollo de una diversidad de formas de vida. Esta transformación del suelo en un ambiente propicio para la vida es un proceso irreversible que ocurre a lo largo del tiempo.

El suelo desempeña múltiples funciones esenciales. Actúa como un medio de soporte para el crecimiento de plantas y microorganismos, proporcionando nutrientes y agua necesarios para su desarrollo. Además, el suelo cumple un papel clave en el almacenamiento y la filtración del agua, contribuyendo a la regulación de los ciclos hidrológicos. A su vez, los procesos químicos y biológicos en el suelo pueden modificar la composición de la atmósfera, influyendo en la calidad del aire que respiramos.

Es importante destacar que los factores abióticos y bióticos interactúan de manera compleja en el suelo. Los seres vivos, a través de sus actividades metabólicas y de su interacción con el entorno, pueden modificar las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo. Por ejemplo, las raíces de las plantas pueden contribuir a la descomposición de la materia orgánica y a la formación de estructuras porosas que mejoran la aireación y el drenaje del suelo. A su vez, los microorganismos presentes en el suelo desempeñan un papel crucial en la descomposición de la materia orgánica y en la disponibilidad de nutrientes para las plantas.

Además, las características del suelo pueden variar en función de su ubicación geográfica, el clima, la geología y las actividades humanas. La deforestación, la agricultura intensiva, la contaminación y el cambio climático son factores que pueden alterar significativamente la calidad y la salud del suelo. Por ejemplo, la sobreexplotación agrícola y el uso indiscriminado de fertilizantes y pesticidas pueden llevar a la degradación del suelo, afectando su capacidad de sustentar la vida vegetal y animal. Esto a su vez puede tener repercusiones en la seguridad alimentaria, la biodiversidad y el equilibrio de los ecosistemas.

La comprensión de los procesos que ocurren en el suelo y su relación con los seres vivos es fundamental para la conservación y gestión sostenible de los recursos naturales. El estudio de la pedología, la ciencia que se dedica al estudio del suelo, nos permite entender mejor sus propiedades, su formación y los factores que influyen en su salud. Mediante prácticas de manejo adecuadas, como la agricultura orgánica, la rotación de cultivos y la conservación de la cobertura vegetal, es posible proteger y mejorar la calidad del suelo, promoviendo la productividad agrícola sostenible y la conservación de los ecosistemas.

Figura 6.5. El suelo. Aunque los suelos varían en fertilidad, los seres vivos pueden adaptarse a suelos poco nutritivos, por ejemplo, una de las grandes paradojas de las selvas húmedas tropicales es que sus suelos son malos, la frondosidad que vemos se debe a que las plantas están adaptadas, por lo que quemar selva para sembrar otras cosas es inviable.

La composición química de la parte abiótica del suelo es sumamente compleja y está influenciada por diversos factores, como la geología, el clima y las actividades humanas. En general, los suelos contienen una variedad de minerales que se encuentran en forma de partículas sólidas, las cuales desempeñan un papel fundamental en la estructura y las propiedades del suelo. Uno de los grupos de minerales más comunes en el suelo son los óxidos metálicos. Estos minerales están compuestos por la combinación de un metal con oxígeno. Algunos ejemplos de óxidos metálicos presentes en el suelo incluyen:

(a) Óxido de hierro (Fe₂O₃): Es uno de los minerales más abundantes en el suelo y le proporciona su coloración característica. El óxido de hierro puede presentarse en diferentes formas, como hematita, goethita o magnetita. Estos minerales desempeñan un papel importante en la retención y liberación de nutrientes, así como en la formación de agregados del suelo.

(b) Óxido de aluminio (Al₂O₃): El aluminio es otro elemento común en el suelo y se encuentra en forma de óxido de aluminio. Este mineral contribuye a la estabilidad estructural del suelo y es responsable de su capacidad para retener agua y nutrientes. Sin embargo, altas concentraciones de aluminio pueden ser tóxicas para las plantas.

(c) Óxido de silicio (SiO₂): El silicio es un elemento esencial para muchas plantas y se encuentra en forma de óxido de silicio en el suelo. El silicio desempeña un papel importante en la resistencia de las plantas al estrés, fortaleciendo sus tejidos y aumentando su capacidad de resistir enfermedades y plagas.

Además de los óxidos metálicos, el suelo también puede contener otros minerales como carbonatos, sulfatos, fosfatos y sílice amorfa.

(d) Calcita (CaCO₃): Es un mineral común en el suelo y es la principal forma de carbonato presente. La calcita contribuye a la neutralización de la acidez del suelo y puede ser un indicador de suelos alcalinos o calizos.

(e) Yeso (CaSO₄·2H₂O): Es un sulfato de calcio hidratado que se encuentra en el suelo. El yeso puede afectar la textura del suelo y su capacidad de retención de agua.

(f) Apatita: Es un mineral de fosfato que contiene calcio y se encuentra en el suelo en forma de pequeños cristales. La apatita es una fuente natural de fósforo, un elemento esencial para el crecimiento de las plantas.

(g) Diatomita: Es una forma de sílice amorfa que se encuentra en el suelo en forma de diatomeas, microorganismos marinos que secretan caparazones de sílice. La diatomita puede mejorar la retención de agua y nutrientes en el suelo.

Figura 6.6. Las diatomeas son microorganismos unicelulares pertenecientes al grupo de los protistas, específicamente al filo Bacillariophyta. Son organismos fotosintéticos y se caracterizan por tener una cubierta celular rígida llamada frústula, compuesta principalmente de sílice. Estas estructuras de sílice forman patrones geométricos únicos y variados, lo que las convierte en una de las formas más diversas de vida en la Tierra. Las diatomeas son abundantes en cuerpos de agua dulce y salada, y desempeñan un papel fundamental en los ecosistemas acuáticos al ser una fuente importante de oxígeno y nutrientes, además de ser indicadoras de la calidad del agua.

Es importante destacar que la presencia y la abundancia de estos minerales pueden variar según la región geográfica y las condiciones específicas del suelo. Además, existen otros minerales y compuestos químicos que también pueden estar presentes en el suelo en cantidades menores, contribuyendo a su composición química general. Cabe mencionar que la presencia y la interacción de estos minerales en el suelo tienen un impacto significativo en sus propiedades físicas, químicas y biológicas, influyendo en la fertilidad, la capacidad de retención de agua, la disponibilidad de nutrientes y la salud general del suelo. El estudio de la mineralogía del suelo es fundamental para comprender estos procesos y para la gestión adecuada de los recursos naturales y la agricultura sostenible. Estos minerales contribuyen a la composición química del suelo y pueden afectar sus propiedades físicas y químicas, como la capacidad de retención de agua, la capacidad de intercambio catiónico y la disponibilidad de nutrientes.

Figura 6.7. La hormiga león, también conocida como formicálida, utiliza el suelo de manera estratégica para su supervivencia. Estos insectos construyen trampas en forma de embudo en el suelo arenoso, donde se esconden y esperan a sus presas. Utilizando su cuerpo cubierto de arena, se camuflan perfectamente en el entorno, permaneciendo casi invisibles para otros insectos. Cuando una presa se acerca, la hormiga león emerge rápidamente de la arena y captura a su presa con sus mandíbulas afiladas. Después de capturar a su presa, la arrastra hacia el fondo del embudo, donde la devora. El suelo es esencial para su estrategia de caza, ya que proporciona el medio ideal para su camuflaje y les permite atrapar a sus presas de manera efectiva.

Es importante destacar que la composición química del suelo puede variar ampliamente de un lugar a otro, dependiendo de los factores geológicos y climáticos específicos de cada región. Además, las actividades humanas, como la agricultura intensiva y la aplicación de fertilizantes y pesticidas, pueden alterar la composición química del suelo y afectar su salud y productividad.

7. Presión total y presiones parciales

Regresar al Índice

La presión atmosférica es un factor fundamental que afecta a los seres vivos en múltiples formas. Tanto la presión total del aire como las presiones parciales de gases específicos desempeñan roles importantes en el funcionamiento y la supervivencia de los organismos. Analizaremos primero el efecto de diversas presiones parciales, y luego hablaremos de dos tipos de presiones totales, la del aire o atmosférica y la de una columna de agua.

7.1 Presión de vapor o humedad

La presión de vapor en la atmósfera es un factor fundamental en los procesos de evaporación y condensación que ocurren en la Tierra. Se refiere a la presión ejercida por el vapor de agua en el aire y está directamente relacionada con la cantidad de agua que se evapora y se encuentra en forma gaseosa en la atmósfera.

El vapor de agua es una parte esencial de la atmósfera y su presencia tiene un impacto significativo en el clima y el clima global. A medida que el agua se evapora de los océanos, lagos, ríos y superficies terrestres, se convierte en vapor de agua y se mezcla con el aire circundante. A medida que el vapor de agua se eleva, se enfría y se condensa en pequeñas gotas de agua o cristales de hielo, formando nubes. Estas nubes pueden luego dar lugar a la formación de precipitación, como lluvia, nieve o granizo.

Figura 7.1. El ecosistema más húmedo del planeta se encuentra en las selvas tropicales, donde la humedad es alta debido a la constante precipitación y la densa vegetación. Esta humedad puede presentar desafíos para algunos animales, ya que puede promover el crecimiento de hongos y bacterias, aumentar la proliferación de parásitos y dificultar la regulación térmica. Algunos animales pueden desarrollar adaptaciones para lidiar con estas condiciones, como la piel repelente al agua, sistemas de defensa contra patógenos o comportamientos de búsqueda de refugio en cuerpos de agua. Sin embargo, para aquellos que no pueden adaptarse, la humedad extrema puede afectar negativamente su salud, reproducción y supervivencia.

La presión de vapor de agua varía según la temperatura y la humedad relativa. A temperaturas más altas, el agua tiene una mayor capacidad para evaporarse y existe una mayor presión de vapor en la atmósfera. Por otro lado, a temperaturas más bajas, la capacidad de retención de agua en forma de vapor disminuye y la presión de vapor es menor.

La humedad relativa es una medida de cuánta humedad hay presente en el aire en relación con la cantidad máxima de humedad que el aire puede retener a una determinada temperatura. Si la humedad relativa es del 100%, significa que el aire está completamente saturado y no puede retener más vapor de agua, lo que puede resultar en la formación de niebla o lluvia.

La presión de vapor también tiene un impacto en la distribución del calor en la atmósfera. El vapor de agua es un gas de efecto invernadero, lo que significa que tiene la capacidad de absorber y emitir radiación infrarroja, lo que contribuye al calentamiento de la atmósfera. Cuanto mayor sea la presión de vapor, mayor será la capacidad del aire para retener calor y contribuir al efecto invernadero.

Cuando la presión de vapor es alta y el aire está saturado de humedad, se dificulta la evaporación del sudor de la superficie del cuerpo de los animales. La evaporación del sudor es un mecanismo clave para que los animales puedan liberar calor y mantener una temperatura corporal adecuada.

Figura 7.2. El jaguar (Panthera onca) tiene adaptaciones especiales para gestionar el sobrecalentamiento corporal en su hábitat húmedo. El agua desempeña un papel importante en la vida del jaguar, ya que busca en ella tanto alimento como refugio del calor. Utiliza su habilidad para nadar para perseguir y atrapar presas acuáticas, como peces y caimanes. Además, el agua proporciona al jaguar una forma de regular su temperatura corporal, ya que puede sumergirse para refrescarse y reducir el calor acumulado durante la caza o la actividad física. Si bien otros grandes felinos pueden ocasionalmente tener algún contacto con el agua, el jaguar es considerado el más acuático de todos. Su capacidad para nadar y su preferencia por los ambientes acuáticos hacen de esta especie una excepción entre los grandes felinos y refuerza su adaptación al hábitat húmedo en el que se encuentra..

Cuando el sudor no se evapora eficientemente debido a una alta presión de vapor, los animales pueden experimentar dificultades para disipar el calor. Esto puede conducir a un aumento de la temperatura corporal, lo que puede tener consecuencias negativas para su salud y funcionamiento fisiológico.

Ante una alta presión de vapor, los animales pueden recurrir a otros mecanismos de termorregulación para combatir el sobrecalentamiento. Algunas estrategias incluyen buscar sombra o áreas más frescas, disminuir la actividad física para reducir la producción de calor, buscar fuentes de agua para mojarse o sumergirse, o utilizar superficies corporales especializadas, como alas o orejas, para aumentar la pérdida de calor por radiación.

Es importante destacar que diferentes especies de animales tienen adaptaciones específicas para hacer frente a condiciones de alta humedad y presión de vapor. Por ejemplo, algunas especies de mamíferos y aves cuentan con mecanismos de enfriamiento evaporativo más eficientes, como glándulas sudoríparas especializadas o plumaje que les permite retener menos calor y facilitar la evaporación.

7.2 Presión parcial de O₂

La presión parcial de oxígeno (P_O2) es un aspecto crucial en la fisiología de los organismos. A medida que ascendemos a altitudes elevadas, como en las montañas, la presión atmosférica disminuye, lo que resulta en una disminución en la presión parcial de oxígeno. Esta reducción de la disponibilidad de oxígeno puede representar un desafío para los animales que habitan en estas regiones.

Sin embargo, a lo largo de la evolución, ciertos animales han desarrollado adaptaciones para enfrentar esta limitación de oxígeno. Por ejemplo, las aves de altura, como los cóndores y los halcones peregrinos, han desarrollado sistemas respiratorios altamente eficientes. Poseen una arquitectura pulmonar unidireccional y una mayor capacidad para transportar oxígeno en la sangre, lo que les permite extraer más oxígeno del aire delgado de las altas altitudes.

Del mismo modo, los mamíferos que habitan en áreas montañosas, como las cabras de montaña y las vicuñas, han desarrollado adaptaciones similares. Estos animales tienen una mayor concentración de glóbulos rojos en la sangre y una mayor capacidad para absorber y utilizar el oxígeno, lo que les permite sobrevivir en entornos de baja presión de oxígeno.

Figura 7.3. El ave conocida que puede volar a la mayor altura registrada es el cóndor andino (Vultur gryphus). Estas majestuosas aves de presa son nativas de los Andes en Sudamérica y se caracterizan por su envergadura y habilidad para volar en altitudes extremas. Se han registrado avistamientos de cóndores andinos volando a altitudes que superan los 6 000 metros sobre el nivel del mar. Estas alturas son asombrosas, considerando que a esas altitudes la disponibilidad de oxígeno es significativamente más baja y las condiciones climáticas son extremas. La capacidad del cóndor andino para volar a estas alturas se debe a su adaptación fisiológica y anatómica. Sus alas largas y anchas, junto con un sistema respiratorio eficiente, les permiten aprovechar las corrientes ascendentes de aire caliente en las montañas para elevarse a grandes alturas en busca de alimento y para realizar largos vuelos migratorios. El cóndor andino es un ejemplo impresionante de la adaptación de las aves a diferentes entornos y su capacidad para explorar y sobrevolar las alturas más altas de la tierra.

En el caso de los organismos acuáticos, la presión parcial de oxígeno también juega un papel crucial. A medida que nos sumergimos en aguas profundas, la presión del agua aumenta, lo que resulta en un aumento de la presión parcial de oxígeno disuelto en el agua. Esto permite que los organismos acuáticos, como peces y crustáceos, obtengan suficiente oxígeno para su respiración.

Sin embargo, existen organismos que se han adaptado a entornos donde la presión parcial de oxígeno es extremadamente baja, como las profundidades abisales del océano. En estas zonas, donde la presión es intensa y la disponibilidad de oxígeno es limitada, habitan bacterias nitrificantes. Estas bacterias son capaces de sobrevivir y prosperar utilizando procesos metabólicos únicos. En lugar de depender del oxígeno molecular para su metabolismo, utilizan compuestos inorgánicos como el amoníaco y los nitritos como fuente de energía, realizando la nitrificación. Estas bacterias desempeñan un papel fundamental en el ciclo del nitrógeno en los océanos profundos.

7.3 Presion parcial del CO2

La presión parcial de dióxido de carbono (P_CO2) es un factor determinante para las plantas y su capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis de manera eficiente. Durante la fotosíntesis, las plantas toman dióxido de carbono de la atmósfera a través de los estomas de sus hojas y lo utilizan para sintetizar carbohidratos, liberando oxígeno como subproducto. La (P_CO2) afecta directamente la tasa de captación de dióxido de carbono por parte de las plantas.

Cuando la (P_CO2) es baja, como ocurre en ciertos entornos o situaciones, las plantas pueden experimentar dificultades para obtener suficiente dióxido de carbono para su fotosíntesis. Esto puede limitar su capacidad para producir energía y biomasa, lo que a su vez afecta su crecimiento y desarrollo. En contraste, un aumento en la (P_CO2) puede estimular la fotosíntesis y promover un crecimiento más rápido en las plantas, siempre y cuando haya suficiente luz y otros nutrientes disponibles.

Figura 7.4. La caña de azúcar (Saccharum officinarum) ha desarrollado una estrategia especial para gestionar el dióxido de carbono (CO₂) sin abrir completamente los estomas, por donde normalmente se produce el intercambio gaseoso con la atmósfera. En lugar de ello, utiliza una vía metabólica llamada fotosíntesis tipo C4, que se caracteriza por la concentración espacial de CO₂ en células especializadas dentro de las hojas. Estas células, conocidas como células del mesófilo oclusivo, capturan el CO₂ químicamente en lugar de por difusión pasiva y lo concentran con la enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEP carboxilasa), lo que reduce la pérdida de agua a través de los estomas. Esta adaptación permite a la caña de azúcar realizar la fotosíntesis de manera más eficiente, ya que utiliza menos agua mientras maximiza la captura de CO₂ y la producción de azúcares para su crecimiento.

Es importante destacar que la (P_CO2) también tiene implicaciones más amplias en términos de cambio climático y calentamiento global. El aumento de las emisiones de dióxido de carbono de origen antropogénico está contribuyendo a un aumento en la (P_CO2) a nivel global, lo que tiene un impacto significativo en los patrones climáticos y los ecosistemas. El aumento de la (P_CO2) puede influir en la distribución de las especies vegetales y alterar los ciclos biogeoquímicos, como el ciclo del carbono.

7.4 Presión parcial de nitrógeno

Además de las presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono, la presión parcial de nitrógeno (P_N2) también juega un papel importante en los ecosistemas. El nitrógeno es un elemento esencial para la vida y constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera terrestre. Sin embargo, la forma molecular de nitrógeno (P_N2) es inerte y no está directamente disponible para la mayoría de los organismos. Aquí es donde entran en juego las bacterias nitrificantes.

Las bacterias que realizan la fijación del nitrógeno atmosférico y lo convierten en amonio (NH₄⁺) son conocidas como bacterias fijadoras de nitrógeno. Estas bacterias poseen la capacidad de transformar el nitrógeno gaseoso (N₂) en una forma más utilizable por otros organismos. Utilizan una enzima llamada nitrogenasa para llevar a cabo este proceso en condiciones anaeróbicas o en presencia de bajos niveles de oxígeno. Algunas de las bacterias fijadoras de nitrógeno más conocidas son las del género Rhizobium, que establecen simbiosis con las raíces de plantas leguminosas como los frijoles, las arvejas y los tréboles. Estas bacterias forman nódulos en las raíces de las plantas, donde fijan el nitrógeno atmosférico y lo convierten en amonio, que es utilizado por las plantas para su crecimiento y desarrollo.

Figura 7.5. En la agricultura, se utilizan inoculantes de Rhizobium, que son preparados comerciales que contienen cepas específicas de estas bacterias. Estos inoculantes se aplican a las semillas o al suelo antes de la siembra para promover la colonización de las raíces de las plantas por las bacterias fijadoras de nitrógeno. Al establecer una simbiosis efectiva, se facilita la fijación del nitrógeno atmosférico, lo que proporciona a las plantas una fuente adicional de este nutriente esencial. Esta práctica puede aumentar la productividad de los cultivos, reducir la necesidad de fertilizantes nitrogenados y mejorar la sostenibilidad agrícola al reducir la contaminación por nitratos.

Las bacterias nitrificantes son microorganismos especializados que realizan un proceso conocido como nitrificación, que convierte el nitrógeno molecular en formas más accesibles para otros organismos. Primero, las bacterias oxidantes de amonio convierten el amonio (NH₄⁺) en nitrito (NO₂^-), y luego las bacterias oxidantes de nitrito convierten el nitrito en nitrato (NO₃^-). Estos compuestos de nitrógeno son utilizados por las plantas y otros organismos para la síntesis de proteínas y otros compuestos nitrogenados necesarios para el crecimiento y desarrollo.

La presión parcial de nitrógeno en el suelo y en el agua es un factor clave que influye en la actividad y la eficiencia de las bacterias nitrificantes. Un suministro adecuado de nitrógeno disponible en forma de amonio y nitrito es esencial para el crecimiento y la actividad de estas bacterias. A medida que las bacterias nitrificantes descomponen la materia orgánica y liberan nitrógeno en formas utilizables, contribuyen al ciclo global del nitrógeno y a la disponibilidad de nutrientes para otros organismos.

La guerra en Ucrania de 2022 tuvo un efecto dominó en la disponibilidad de fertilizantes nitrogenados y contribuyó al aumento del costo de los alimentos en países como Colombia. Ucrania es uno de los principales productores y exportadores de fertilizantes nitrogenados, especialmente de urea y amoníaco. Sin embargo, debido al conflicto en la región y a la inestabilidad política, la producción y exportación de estos fertilizantes se ha visto afectada.

Figura 7.6. El proceso Haber, desarrollado por Fritz Haber a principios del siglo XX, es de gran importancia para la agricultura debido a su capacidad para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno y hidrógeno. El amoníaco es un componente clave para la producción de fertilizantes nitrogenados, que son esenciales para mejorar la fertilidad del suelo y aumentar el rendimiento de los cultivos. Aunque Fritz Haber es recordado negativamente por su participación en la producción de armas químicas durante la Primera Guerra Mundial, su proceso de síntesis de amoníaco ha tenido un impacto significativo en la agricultura y en la capacidad de alimentar a una población creciente.

Como resultado, la escasez de fertilizantes nitrogenados se ha extendido a nivel mundial, lo que ha llevado a un aumento significativo en los precios de estos insumos agrícolas. Colombia, al depender en gran medida de las importaciones de fertilizantes, se ha visto especialmente afectada por esta situación. Los agricultores colombianos han enfrentado dificultades para acceder a fertilizantes a precios asequibles, lo que ha impactado negativamente la productividad de los cultivos.

El aumento en los costos de los fertilizantes nitrogenados se ha trasladado al precio de los alimentos, ya que los agricultores necesitan compensar estos gastos adicionales. Como resultado, los consumidores colombianos han experimentado un incremento en el costo de los alimentos básicos, lo que puede afectar su capacidad para adquirir una alimentación adecuada.

7.5 Presión de la columna de agua

La presión de la columna de agua es una medida de la fuerza que ejerce el agua debido a su peso en una determinada área de superficie. Se refiere a la presión que se experimenta a medida que se sumerge más profundamente en un cuerpo de agua, como un océano, un lago o un río.

A medida que nos sumergimos en el agua, la presión aumenta debido al peso del agua que se encuentra por encima de nosotros. Cada metro de profundidad añade una presión adicional a la columna de agua, ya que el agua ejerce su fuerza hacia abajo. Esto se debe a que la gravedad actúa sobre la masa del agua y crea una presión ascendente.

Figura 7.7. El tiburón duende de aguas profundas (Mitsukurina owstoni) ha desarrollado adaptaciones notables para sobrevivir en las profundidades oceánicas. Su cuerpo largo y delgado, su mandíbula protráctil y sus grandes ojos verdes son adaptaciones clave para enfrentar la alta presión de la columna de agua y la escasez de luz. Estas características le permiten cazar presas grandes y detectar incluso la mínima cantidad de luz en la oscuridad total. Además, su baja tasa metabólica le ayuda a sobrevivir en ambientes fríos y con poca disponibilidad de alimentos/oxígeno. Estas adaptaciones le permiten ser un depredador exitoso en su hábitat profundo y desafiante.

La presión de la columna de agua es importante para muchos aspectos de la vida acuática. Los organismos acuáticos, como los peces y otras criaturas marinas, han evolucionado para adaptarse a diferentes niveles de presión en el agua. Algunos peces de aguas profundas, por ejemplo, tienen cuerpos adaptados para soportar las altas presiones, como estructuras esqueléticas resistentes y órganos especializados para regular la presión interna.

La presión de la columna de agua también afecta a otros fenómenos naturales. Por ejemplo, influye en la capacidad de las corrientes oceánicas para moverse y transportar calor y nutrientes a lo largo de las masas de agua. Además, la presión de la columna de agua se utiliza en la medición de la profundidad de los cuerpos de agua, como en la navegación marina y la investigación científica.

Figura 7.8. Cuando algunos peces de las profundidades abisales son expuestos a la superficie, experimentan un fenómeno conocido como barotrauma. Debido a las altas presiones a las que están adaptados en las profundidades, sus cuerpos están adaptados para soportar esas condiciones extremas. Al traerlos rápidamente a la superficie, la presión disminuye drásticamente y los gases en su cuerpo se expanden rápidamente. Esto puede resultar en una deformación de su cuerpo y órganos, haciendo que parezcan gelatina derretida. Además, su sistema de flotabilidad basado en la grasa y los órganos especiales puede verse afectado, lo que agrava aún más su aspecto extraño.

En términos de exploración humana, la presión de la columna de agua presenta desafíos para las actividades de buceo en aguas profundas. A medida que los buzos descienden a profundidades mayores, la presión aumenta y puede afectar a su cuerpo y a su equipo. Los buzos deben tener en cuenta los efectos de la presión en su fisiología y utilizar equipos adecuados, como trajes de buceo y reguladores de presión, para garantizar su seguridad.

Figura 7.9. El barotrauma afecta a los buceadores humanos cuando realizan inmersiones a profundidades significativas. Los tanques de oxígeno en realidad llevan aire que contiene nitrógeno, pero la presión del tanque debe ayudar a que los pulmones del buceador no sean aplastados por la columna de agua, lo cual provoca que la presión parcial de los gases en la sangre aumente agresivamente, si el nuceador no disminuye su presión parcial sanguínea al regresar a la superficie lentamente, esos gases pasas a fase gaseosa en las venas formando burbujas obstructoras que taponan los capilares lo cual genera infartos y derrames. Los síntomas incluyen dolor de oído, sangrado nasal, dificultad para respirar y dolor en el pecho. Para disminuir los síntomas del barotrauma, los buceadores deben realizar descensos y ascensos lentos y controlados, igualar la presión en los oídos y senos paranasales mediante maniobras de compensación y seguir las tablas de descompresión para evitar la descompresión rápida. Además, una adecuada formación y técnica de buceo son fundamentales para prevenir el barotrauma.

7.6 Presión total

Además de las presiones parciales de gases específicos, la presión total del aire tiene implicaciones para los seres vivos. Los cambios bruscos en la presión atmosférica pueden afectar a los organismos, especialmente a aquellos que dependen de órganos sensoriales altamente sensibles, como los humanos y otros animales con oído desarrollado. Los cambios rápidos en la presión pueden provocar incomodidad, dolor e incluso daño en los oídos, ya que el equilibrio de presión dentro y fuera del oído interno se ve afectado. Por ejemplo, cuando volamos en avión o descendemos a profundidades submarinas, es posible experimentar molestias en los oídos debido a los cambios en la presión atmosférica.

Figura 7.10. Los halcones peregrinos (Falco peregrinus) compensan los cambios bruscos de presión atmosférica gracias a su sofisticado sistema vestibular, ubicado en el oído interno. Este sistema les proporciona un sentido del equilibrio preciso y les permite ajustarse rápidamente a las variaciones de presión durante las rápidas picadas de caza. Además, sus huesos huecos y su sistema respiratorio altamente eficiente ayudan a minimizar los efectos del barotrauma. Los halcones peregrinos también pueden ajustar el tamaño de sus fosas nasales y controlar la presión en sus oídos para mantener el equilibrio de manera óptima durante sus vuelos de alta velocidad.

En resumen, la presión total del aire y las presiones parciales de gases importantes, como el oxígeno y el dióxido de carbono, desempeñan un papel crucial en la vida de los organismos. Estos factores pueden afectar la respiración, la fotosíntesis y otros procesos fisiológicos vitales. Además, los cambios bruscos en la presión atmosférica pueden tener consecuencias negativas en los órganos sensoriales de los organismos. La comprensión de cómo los seres vivos interactúan y se adaptan a las diferentes presiones es fundamental para apreciar la complejidad y diversidad de la vida en nuestro planeta.

8. Entorno de inmersión

Regresar al Índice

Estos componentes incluyen elementos como el suelo, el agua y el aire, que son fundamentales para la vida y desempeñan un papel crucial en la supervivencia y el funcionamiento de los organismos. Estos factores abióticos proporcionan el contexto ambiental en el que se desarrollan los seres vivos, influyendo en su fisiología, comportamiento, distribución y capacidad de adaptación. Son elementos fundamentales de los ecosistemas y desempeñan un papel clave en la interacción entre los organismos y su entorno.

Los ecosistemas están influenciados por una amplia gama de factores abióticos que afectan su estructura y funcionamiento. En este artículo, exploraremos los factores abióticos de transporte que desempeñan un papel fundamental en la dinámica de los ecosistemas: las corrientes de agua marinas, las corrientes de agua en grandes lagos y ríos, las corrientes de aire y la movilidad en y del suelo. Estos factores abióticos tienen un impacto significativo en la distribución de nutrientes, la dispersión de organismos, la regulación de la temperatura y la disponibilidad de recursos, influyendo así en la biodiversidad y la interacción entre los seres vivos y su entorno. A través de un análisis detallado, exploraremos cómo estas corrientes de agua y aire, así como la movilidad del suelo, configuran los ecosistemas y contribuyen a su resiliencia y funcionamiento.

8.1 El viento y las corrientes de aire

El viento es un factor abiótico crucial en los ecosistemas, con efectos significativos en varios aspectos. Su influencia se extiende a la disponibilidad de agua, la temperatura, la presión y la exposición a la luz solar. El viento afecta la disponibilidad de agua a través de la evaporación y la transpiración, lo cual puede influir en la distribución y disponibilidad de recursos hídricos en un ecosistema. Además, el viento puede transportar nubes, lo que tiene un impacto directo en la cantidad de luz solar que llega al suelo, afectando así la fotosíntesis y la productividad de las plantas.

Figura 8.1. La evolución de grandes voladores como el Quetzalcoatlus, uno de los pterosaurios más grandes conocidos, con una envergadura estimada de hasta 10-11 metros sería inviable en regiones con vientos débiles debido a varias razones. Cuando el Quetzalcoatlus estaba erguido en el suelo, su altura desde las patas hasta la cresta alcanza aproximadamente los 5-6 metros, similar a una jirafa adulta. A diferencia de las aves, los pterosaurios no poseían músculos pectorales potentes para generar su propio impulso en el vuelo. Dependían en gran medida de las corrientes de aire ascendente para mantenerse en el aire. En regiones con vientos débiles, sería difícil para ellos generar la sustentación necesaria para volar y mantenerse en el aire durante largos períodos. La falta de músculos pectorales potentes limitaría su capacidad para despegar y volar en ausencia de corrientes de aire favorables. Por lo tanto, los pterosaurios como el Quetzalcoatlus estarían restringidos a regiones con vientos más fuertes y corrientes ascendentes para su vuelo exitoso.

La temperatura es otro aspecto afectado por el viento. El viento puede intensificar la sensación térmica, provocando una mayor pérdida de calor corporal en organismos expuestos. Por ejemplo, en climas fríos, el viento puede eliminar el colchón de aire aislante que se forma alrededor del cuerpo, acelerando la pérdida de calor y aumentando el riesgo de hipotermia. Por otro lado, en climas cálidos, el viento puede facilitar la evaporación del sudor, lo que ayuda a los organismos a mantener una temperatura corporal adecuada.

Además de los efectos en la temperatura, el viento también puede tener un impacto en la presión atmosférica. Los cambios en la velocidad y la dirección del viento pueden generar variaciones en la presión, lo que puede influir en el comportamiento de los organismos, especialmente aquellos que tienen sistemas de equilibrio sensibles. Por ejemplo, las aves migratorias pueden utilizar las corrientes de aire ascendentes y descendentes para elevarse y descender durante sus largos viajes, aprovechando así la energía del viento para minimizar su esfuerzo y maximizar su eficiencia en la migración.

Figura 8.2. El albatros errante (Diomedea exulans) es el ave moderna que aprovecha las corrientes de aire para migrar a grandes distancias. Esta especie utiliza la Corriente Circumpolar Antártica, una corriente de aire que circula alrededor del Polo Sur en el océano Austral. Esta corriente de aire les proporciona una fuente constante de vientos favorables que les permiten desplazarse a grandes velocidades durante sus migraciones. Los albatros errantes pueden abarcar vastas regiones del planeta, ya que se distribuyen ampliamente por el océano Austral y pueden viajar desde sus colonias de reproducción en islas remotas hasta áreas de alimentación ubicadas a miles de kilómetros de distancia. Pueden recorrer distancias asombrosas durante sus migraciones, llegando a recorrer hasta 80 000 kilómetros al año. Esta cifra es notable si la comparamos con los viajes de un avión de pasajeros promedio, que generalmente cubre alrededor de 100 000 kilómetros al año.

El viento también puede tener consecuencias destructivas en forma de fenómenos meteorológicos extremos. Los huracanes y tornados son eventos impulsados por el viento que pueden causar devastación en los ecosistemas y las comunidades. Estos fenómenos pueden derribar árboles, destruir hábitats y afectar la disponibilidad de recursos para los organismos. Además, los fuertes vientos pueden llevar a la erosión del suelo y a la desestabilización de los ecosistemas costeros.

8.2 Disponibilidad de agua

La disponibilidad de agua es un factor crucial en los ecosistemas, ya que todos los seres vivos dependen de este recurso vital para sobrevivir y llevar a cabo sus funciones biológicas. El agua actúa como un elemento fundamental en numerosos procesos, como la hidratación, la termorregulación, la digestión, el transporte de nutrientes y la fotosíntesis.

La cantidad y disponibilidad de agua en un ecosistema están estrechamente relacionadas con el clima de la región. Las corrientes del viento desempeñan un papel importante en la distribución de la humedad atmosférica y la precipitación. En áreas donde los vientos transportan humedad desde cuerpos de agua cercanos, se pueden formar climas más húmedos y lluviosos. Por el contrario, en regiones alejadas de fuentes de agua, los vientos pueden ser secos y causar condiciones de sequía.

Figura 8.3. Las cactáceas, conocidas científicamente como Cactaceae, han desarrollado adaptaciones únicas para gestionar la baja disponibilidad de agua en su entorno árido. Estas plantas han evolucionado para almacenar agua en sus tallos y tejidos, permitiéndoles sobrevivir durante largos períodos sin precipitaciones. Además, poseen estructuras especializadas llamadas espinas, que reducen la pérdida de agua debido a la transpiración y protegen a la planta de los herbívoros. Sus raíces son extensas y superficiales, lo que les permite aprovechar al máximo las precipitaciones esporádicas. También pueden cerrar sus estomas durante el día para reducir la pérdida de agua por evaporación. Estas adaptaciones les permiten sobrevivir en ambientes áridos y enfrentar eficientemente la baja disponibilidad de agua. Al igual que la caña de azúcar las cactáceas son plantas C4, por lo que capturan CO₂ enzimáticamente sin la necesidad de tener sus estomas abiertos, lo cual limita la perdida de agua.

La temperatura también influye en la disponibilidad de agua en un ecosistema. Las altas temperaturas aumentan la tasa de evaporación, lo que puede llevar a una mayor demanda de agua por parte de los organismos y aumentar el riesgo de sequía. Por otro lado, en climas fríos, el agua puede estar presente en forma de hielo, lo que limita su disponibilidad para los seres vivos.

La disposición del terreno también desempeña un papel crucial en la disponibilidad de agua. La topografía del paisaje determina cómo se acumula y fluye el agua. Las áreas montañosas pueden capturar agua de las precipitaciones y alimentar ríos y arroyos, proporcionando un suministro constante de agua en las regiones inferiores. Los valles y las depresiones pueden actuar como áreas de almacenamiento de agua, permitiendo que se acumule y esté disponible para la vida vegetal y animal.

Figura 8.4. Los escorpiones de la familia Buthidae, como el género Centruroides, han desarrollado adaptaciones para gestionar la baja disponibilidad de agua en ambientes áridos. Estas adaptaciones incluyen la capacidad de regular su metabolismo y reducir su actividad durante períodos de escasez de agua para conservar la humedad corporal. Además, poseen exoesqueletos gruesos y resistentes que reducen la pérdida de agua por evaporación. Estos escorpiones también pueden obtener agua de fuentes no convencionales, como rocío o lluvia ocasional, y son capaces de almacenar agua en su cuerpo para períodos prolongados de sequía. Estas estrategias les permiten sobrevivir en entornos con baja disponibilidad de agua y mantener su equilibrio hídrico.

Sin embargo, el agua también puede ser un factor destructivo en los ecosistemas. Las inundaciones, que ocurren cuando hay un exceso de agua que supera la capacidad de absorción del suelo, pueden tener un impacto devastador en la vida silvestre y los ecosistemas. Las inundaciones pueden destruir hábitats, arrastrar organismos y nutrientes, y alterar los patrones naturales de los ecosistemas.

Por otro lado, las sequías representan una escasez de agua prolongada que puede tener consecuencias negativas para los organismos vivos. Las plantas pueden sufrir estrés hídrico, lo que afecta su crecimiento y desarrollo. Los animales también pueden experimentar dificultades para encontrar suficiente agua para beber y mantener sus funciones corporales. Las sequías pueden provocar la muerte masiva de plantas y animales, así como desequilibrios en la cadena alimentaria y la estructura del ecosistema.

La gestión adecuada del agua es fundamental para mitigar los efectos negativos de los extremos climáticos. La conservación y el uso sostenible del agua son esenciales para garantizar la supervivencia y el equilibrio de los ecosistemas. Además, las prácticas de gestión del agua, como la construcción de embalses y la implementación de sistemas de riego eficientes, pueden ayudar a regular y controlar el suministro de agua en áreas propensas a la escasez o las inundaciones.

8.3 Corrientes oceánicas

Las corrientes oceánicas desempeñan un papel crucial en los ecosistemas marinos al influir en la distribución de los organismos y en los patrones de migración. Estas corrientes, impulsadas por factores como los vientos, las diferencias de temperatura y la rotación de la Tierra, generan flujos de agua a gran escala en los océanos. Estas corrientes pueden tener un impacto significativo en la distribución de nutrientes, el transporte de larvas y la disponibilidad de alimento, lo que a su vez afecta la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas marinos.

Figura 8.5. La especie de tortuga que viaja más lejos gracias a las corrientes oceánicas es la tortuga laúd, conocida científicamente como Dermochelys coriacea. Estas tortugas recorren largas distancias a través de los océanos del mundo, principalmente en las regiones tropicales y subtropicales. Utilizan la corriente del Golfo, una corriente cálida que fluye a lo largo de la costa este de América del Norte, para viajar desde sus áreas de anidación en el Atlántico hacia las áreas de alimentación en el Atlántico Sur y el Pacífico. Las tortugas laúd pueden recorrer hasta 10.000 kilómetros durante sus migraciones, realizando viajes épicos en busca de alimento y reproducción. Para poner esto en perspectiva, es similar a la distancia que un barco crucero puede recorrer durante un año en el Caribe. Estas migraciones demuestran la asombrosa capacidad de las tortugas laúd para navegar y aprovechar las corrientes oceánicas en su beneficio, convirtiéndolas en verdaderas viajeras de larga distancia en los océanos del mundo.

Las corrientes oceánicas se clasifican en dos tipos principales: las corrientes superficiales y las corrientes profundas. Las corrientes superficiales son impulsadas principalmente por los vientos y suelen ser más rápidas y visibles en la superficie del océano. Estas corrientes, como la Corriente del Golfo en el Atlántico Norte, la Corriente de Humboldt en el Pacífico Sur y la Corriente de Agulhas en el Océano Índico, transportan masas de agua caliente o fría a través de largas distancias, influyendo en el clima regional y en la vida marina.

Las corrientes profundas, por otro lado, son impulsadas por diferencias en la densidad del agua, principalmente causadas por diferencias en la temperatura y la salinidad. Estas corrientes se encuentran a mayor profundidad y su movimiento es mucho más lento que las corrientes superficiales. Un ejemplo destacado es la Corriente Termohalina, también conocida como Cinta Transportadora Oceánica, que es una corriente global que desempeña un papel importante en la redistribución del calor y las corrientes de nutrientes en los océanos.

Figura 8.6. La tortuga marina verde, conocida como Chelonia mydas, realiza migraciones largas gracias a las corrientes oceánicas. Se encuentra en el océano Atlántico, Pacífico e Índico. Utiliza la Corriente del Golfo en el Atlántico para viajar desde Florida hacia el Caribe. Allí, se desplaza mediante corrientes costeras e isleñas para alimentarse y anidar. Estas tortugas pueden recorrer hasta 2000 kilómetros o más. En comparación, un barco crucero en el Caribe viaja aproximadamente de 10000 a 20000 kilómetros al año. Las tortugas marinas verdes son expertas en aprovechar las corrientes oceánicas, lo que les permite ahorrar energía y viajar largas distancias de manera eficiente. Su habilidad para adaptarse a estas corrientes contribuye a su supervivencia y a la salud de los ecosistemas marinos.

Estas corrientes oceánicas tienen un impacto significativo en los seres vivos, especialmente en aquellos que dependen de la migración para su supervivencia. Muchas especies marinas, como las ballenas, los peces pelágicos y las tortugas marinas, aprovechan las corrientes oceánicas para desplazarse a grandes distancias con menor esfuerzo. Por ejemplo, las tortugas marinas utilizan las corrientes marinas para migrar entre sus áreas de alimentación y las áreas de reproducción, recorriendo miles de kilómetros en su viaje.

Las corrientes oceánicas también influyen en la disponibilidad de alimento para muchas especies marinas. Las corrientes superficiales transportan nutrientes, plancton y otros organismos que sirven de alimento para una gran variedad de organismos marinos, incluyendo peces, aves marinas y mamíferos marinos. Además, las corrientes oceánicas pueden crear zonas de convergencia donde se acumula el alimento, lo que atrae a numerosas especies y contribuye a la formación de ecosistemas altamente productivos, como las áreas de afloramiento.

Sin embargo, las corrientes oceánicas también pueden presentar desafíos para ciertas especies. Las corrientes fuertes y rápidas pueden dificultar la natación y la búsqueda de alimento para algunos organismos marinos, especialmente aquellos que tienen movilidad limitada. Por otro lado, las corrientes pueden transportar larvas y huevos a distancias lejanas, lo que puede afectar la dispersión y la colonización de especies en diferentes áreas.

Figura 8.7. Las corrientes oceánicas han desempeñado un papel crucial en la colonización de islas de atolones de coral que se encuentran a miles de kilómetros de cualquier continente. Estas corrientes transportan semillas, esporas y organismos marinos a través de vastas distancias, permitiendo la llegada de nuevas especies a las islas remotas. Charles Darwin también visitó atolones verdaderos en el Pacífico durante su viaje a bordo del HMS Beagle. Durante su expedición, Darwin exploró las Islas Cocos (también conocidas como Islas Keeling) y los Atolones de Coral en el Pacífico Sur. Estas islas y atolones están ubicados en aguas distantes de los continentes, lo que los convierte en un excelente ejemplo de la influencia de las corrientes oceánicas en la colonización de ecosistemas aislados. Al estudiar la biodiversidad y las adaptaciones de las especies en estas islas, Darwin pudo observar cómo las corrientes oceánicas transportaban organismos y semillas, permitiendo la colonización y el desarrollo de la vida en lugares remotos. Estas experiencias influyeron en sus ideas sobre la evolución y la selección natural, y contribuyeron a su famosa obra "El origen de las especies".

Además de su influencia en los ecosistemas marinos, las corrientes oceánicas también tienen un impacto significativo en el clima global. Por ejemplo, la Corriente del Golfo desempeña un papel importante en la regulación del clima en Europa occidental, ya que transporta grandes cantidades de calor desde los trópicos hacia el norte, suavizando las temperaturas y afectando las precipitaciones en la región.

Figura 8.8. Corrientes oceánicas. Las corrientes actúan como cintas transportadoras que permiten las migraciones de muchos seres vivos, tanto en el océano como en el aire. El fuego

8.4 Las corrientes de los ríos

Las corrientes de los ríos son un componente fundamental de los factores abióticos en un ecosistema acuático. El flujo constante de agua en los ríos no solo tiene un impacto en la distribución de la vida acuática, sino que también desempeña un papel crucial en la formación y evolución de los ecosistemas ribereños.

El caudal y la velocidad de un río influyen en las adaptaciones de las especies que lo habitan. Algunas especies de peces, por ejemplo, han desarrollado formas hidrodinámicas y aletas fuertes para nadar eficientemente contra la corriente. Otros organismos, como las plantas acuáticas, han evolucionado raíces y estructuras que les permiten aferrarse al lecho del río y resistir el flujo constante de agua.

Figura 8.9. El río Amazonas en Brasil ha permitido la colonización por el delfín de río (Inia geoffrensis), también conocido como delfín rosado. Sus aguas ricas en nutrientes y su extensa red de afluentes brindan un hábitat propicio para la evolución de delfines de agua dulce. Otro río importante es el río Ganges en la India, donde se encuentra el delfín del Ganges (Platanista gangetica). Este río sagrado proporciona las condiciones adecuadas, como aguas claras y ricas en peces, para el desarrollo de esta especie. Ambos ríos, el Amazonas y el Ganges, representan ecosistemas fluviales únicos que han permitido la adaptación y evolución de estos delfines a las condiciones de agua dulce, proporcionándoles alimentos y protección en su entorno acuático.

Además, las corrientes de los ríos desempeñan un papel importante en la colonización de los ecosistemas. Las corrientes fluviales pueden transportar nutrientes y sedimentos desde las tierras altas hasta las áreas bajas, enriqueciendo el suelo y creando condiciones propicias para el crecimiento de plantas y la vida acuática. Asimismo, las corrientes pueden actuar como corredores de migración para muchas especies, permitiendo que los organismos se muevan a través de diferentes hábitats y colonizen nuevas áreas.

Sin embargo, las corrientes de los ríos también pueden ser barreras de aislamiento para algunas especies. Por ejemplo, cuando se forman cascadas o rápidos a medida que los continentes se mueven, estos obstáculos pueden dificultar o incluso impedir el paso de ciertas especies. Esto puede llevar a la fragmentación de las poblaciones y a la formación de especies endémicas en diferentes tramos del río

Figura 8.10. El cierre de los lagos africanos debido a la formación de cascadas en el río Nilo tuvo un impacto significativo en la evolución de los cíclidos. Estas cascadas, siendo las más destacadas las cataratas de Murchison en Uganda, crearon barreras físicas que aislaron a las poblaciones de cíclidos en diferentes lagos. Este aislamiento geográfico permitió que las poblaciones de cíclidos experimentaran procesos evolutivos independientes, dando lugar a una increíble diversidad de especies adaptadas a diferentes nichos ecológicos dentro de cada lago. Las cascadas actuaron como barreras para el flujo genético entre las poblaciones, lo que impulsó la divergencia y especiación de los cíclidos en los lagos africanos, convirtiéndolos en un ejemplo fascinante de radiación adaptativa.

En cuanto a los ecosistemas ribereños, las corrientes de los ríos juegan un papel crucial en la formación y evolución de estos sistemas. El flujo constante de agua erosiona las orillas del río, creando formas de relieve como barrancos, terrazas y meandros. Estos procesos de erosión y sedimentación no solo dan forma a la topografía del paisaje, sino que también influyen en la distribución de las especies y en la diversidad de hábitats disponibles, no solo acuáticos, sino también de tierra al crear barreras de aislamiento entre territorios secos, como creando ecosistemas de transición llamados ecotonos.

Figura 8.11. Un ecotono es una zona de transición entre dos ecosistemas diferentes, donde se encuentran y mezclan características de ambos. En el caso de la ribera de un río, actúa como un ecotono entre el medio acuático y el terrestre. Presenta condiciones únicas, como fluctuaciones en el nivel de agua, suelos húmedos y una diversidad de flora y fauna adaptada a estas condiciones cambiantes. Las nutrias, pertenecientes a la familia Mustelidae, como la nutria europea (Lutra lutra), la nutria de río norteamericana (Lontra canadensis) y la nutria gigante o lobo de río amazónica (Pteronura brasiliensis) nostrada en la figura, se han adaptado a vivir en este ecotono ribereño. Poseen características físicas y comportamentales que les permiten aprovechar los recursos disponibles. Su cuerpo alargado y musculoso, patas palmadas y cola aplanada les facilitan nadar ágilmente en el agua. Además, cuentan con una densa capa de pelaje que las protege del frío y les proporciona flotabilidad. Las nutrias también se alimentan principalmente de peces, crustáceos y otros invertebrados acuáticos, aprovechando los recursos que abundan en el río y su ribera. Su agilidad y destreza en el agua les permiten nadar, bucear y capturar presas con facilidad. Además, construyen madrigueras en las orillas del río para descansar, reproducirse y protegerse de los depredadores.

Además de los aspectos ecológicos, las corrientes de los ríos también tienen un impacto significativo en la sociedad humana. Los ríos han sido utilizados durante siglos como fuentes de agua potable, para el riego de cultivos y como vías de transporte. La regulación y gestión de los recursos hídricos de los ríos son aspectos cruciales para asegurar la sostenibilidad y el equilibrio de los ecosistemas ribereños, así como para satisfacer las necesidades humanas.

8.5 Corrientes en los grandes lagos

Los grandes lagos continentales, como los de África, América del Norte y Asia Central, también experimentan corrientes internas, aunque su dinámica puede ser diferente a la de las corrientes oceánicas y de los ríos. Estas corrientes internas son impulsadas por una combinación de factores, como el viento, la rotación de la Tierra y las diferencias de temperatura y salinidad del agua.

A diferencia de las corrientes oceánicas, las corrientes en los lagos continentales suelen ser más débiles y localizadas, limitándose a áreas específicas. También pueden ser más estacionales, fluctuando en intensidad y dirección a lo largo del año.

Figura 8.12. Las microzonas con y sin corrientes en los grandes lagos africanos han tenido un impacto significativo en la evolución de los cíclidos, una familia de peces diversa y única en estos ecosistemas. Por ejemplo, en el lago Malawi, la especie Melanochromis auratus (arriba) ha evolucionado en áreas con corrientes moderadas, lo que ha favorecido su capacidad para nadar y capturar presas en aguas abiertas. Por otro lado, el cíclido Labidochromis caeruleus (abajo) se encuentra en microzonas sin corrientes y ha desarrollado adaptaciones para habitar hábitats rocosos y aprovechar los recursos disponibles en esas áreas. Estas microzonas han proporcionado nichos ecológicos únicos que han impulsado la diversificación y especiación de los cíclidos en los grandes lagos africanos.

Las corrientes en los grandes lagos continentales tienen varias peculiaridades. En primer lugar, su influencia abarca una escala más pequeña en comparación con las corrientes oceánicas. Pueden afectar la circulación del agua y la distribución de nutrientes, lo que a su vez tiene un impacto en los patrones de vida y la productividad biológica del ecosistema lacustre.

Estas corrientes pueden tener efectos significativos en los seres vivos que habitan los lagos continentales. Por ejemplo, las corrientes pueden transportar nutrientes y sedimentos, lo que influye en la disponibilidad de recursos y la calidad del agua. Esto a su vez afecta a las plantas acuáticas, el fitoplancton y otros organismos que dependen de estos recursos para su supervivencia.

Además, las corrientes pueden influir en los patrones de migración de los peces, especialmente durante las estaciones de reproducción. Algunas especies de peces pueden aprovechar las corrientes para desplazarse entre diferentes áreas del lago, buscar alimentos o buscar lugares adecuados para desovar.

Es importante destacar que las corrientes en los lagos continentales también pueden ser afectadas por la actividad humana, como la construcción de presas, el dragado de canales y la extracción de agua. Estos cambios pueden alterar los patrones naturales de las corrientes y tener consecuencias en la dinámica del ecosistema.

8.6 El suelo

El suelo, a primera vista, puede parecer una entidad estática y sólida en el paisaje, pero en realidad es un ecosistema vivo y dinámico que desempeña un papel fundamental como factor abiótico en los ecosistemas terrestres. Más allá de ser simplemente un medio para el crecimiento de las plantas, el suelo también actúa como un medio de transporte esencial para muchos organismos y moléculas a través de su estructura porosa y su capacidad para retener y mover el agua.

En el suelo, existen múltiples formas de movimiento y transporte. Por un lado, los seres vivos han desarrollado adaptaciones para moverse en el suelo y aprovechar los recursos que ofrece. Desde pequeños organismos como las bacterias y los hongos hasta animales más grandes como los insectos, las lombrices de tierra y los roedores, todos encuentran en el suelo un hábitat y un medio de desplazamiento. Estos organismos interactúan entre sí y con el sustrato del suelo, influyendo en su composición y estructura a través de su actividad biológica.

Figura 8.13. El topo de nariz rosada (Cryptotis parva) es un pequeño mamífero adaptado para moverse de manera eficiente a través del suelo. Su cuerpo ha evolucionado para la excavación, con extremidades cortas y fuertes garras que le permiten cavar túneles subterráneos de forma rápida y efectiva. Su pelaje es suave y denso, lo que le proporciona protección y le permite deslizarse suavemente a través de los espacios estrechos del suelo. Sus ojos son pequeños y sus oídos están cubiertos por el pelaje, ya que no dependen tanto de la vista o el oído, sino más bien de su agudo sentido del tacto y los receptores sensoriales presentes en su nariz rosada. Estas adaptaciones le permiten detectar presas, como insectos y lombrices, en la oscuridad del suelo y moverse con facilidad en este entorno subterráneo.

Además de los seres vivos, el propio suelo experimenta movimientos a diferentes escalas de tiempo. A mediano plazo, se han registrado casos históricos de ciudades y asentamientos que antes estaban cerca de la costa y ahora se encuentran a varios kilómetros de distancia. Este fenómeno se debe a procesos como la erosión costera, la sedimentación y el cambio en los cursos de los ríos, que pueden modificar la configuración del suelo y desplazar áreas habitadas.

A largo plazo, el suelo también se ve afectado por la dinámica de la tectónica de placas. El movimiento de las placas continentales puede dar lugar a la formación de montañas y cadenas montañosas, alterando la topografía del suelo y creando nuevas barreras geográficas. Estas fronteras geográficas, como las cascadas y los acantilados, pueden tener un impacto significativo en la distribución de las especies y la conectividad de los ecosistemas.

Figura 8.14. Las lombrices de tierra como Lumbricus terrestris son altamente beneficiosas para el suelo, ya que contribuyen a su aireación y mejoran su estructura al excavar galerías. Además, su actividad de alimentación y digestión descompone materia orgánica, facilitando la liberación de nutrientes esenciales para las plantas. Esto las convierte en un importante organismo en los ecosistemas terrestres y en la agricultura. La adaptación principal de esta especie a la vida en el suelo radica en su capacidad de excavar túneles y moverse a través de ellos con movimientos ondulantes. Su cuerpo musculoso y la presencia de cerdas en sus segmentos le proporcionan tracción y facilitan su desplazamiento en el suelo. Estas adaptaciones les permiten cumplir su función ecológica clave en la mejora de la salud del suelo y su contribución a los ciclos biogeoquímicos.

La capacidad del suelo para actuar como un medio de transporte se ve facilitada por su composición y estructura. El suelo está compuesto por partículas minerales, materia orgánica, agua y aire, que forman una matriz porosa. Esta matriz permite el flujo y la retención de agua, lo que a su vez transporta nutrientes, sustancias químicas y organismos a través del suelo. Los poros del suelo también actúan como canales de aireación, permitiendo la respiración de las raíces y la actividad microbiana.

Figura 8.15. La antigua ciudad de Mileto, ubicada en la costa occidental de Turquía, ha experimentado un desplazamiento significativo a lo largo de la historia. Desde su ubicación original en la costa, el yacimiento arqueológico de Mileto se encuentra ahora a unos 10 kilómetros tierra adentro debido a los cambios en el paisaje costero. Este desplazamiento nos muestra que los continentes y las líneas costeras han experimentado cambios a lo largo de períodos de tiempo extensos, en la escala de una civilización humana cada 1000 o 2000 años. Revela cómo la tectónica de placas y otros procesos geológicos han moldeado la superficie terrestre a lo largo de milenios, influyendo en la configuración de los continentes y la geografía de las regiones habitadas por los seres humanos.

9. Energía

Regresar al Índice

Los factores abióticos de tipo físico-energético desempeñan un papel fundamental en los ecosistemas y tienen un impacto directo en la vida de los seres vivos. Estos factores incluyen la luz, el calor, el fuego, la electricidad y otros elementos energéticos presentes en el entorno. La luz solar proporciona la energía necesaria para la fotosíntesis, el proceso vital que sustenta a la mayoría de los organismos autótrofos. El calor es crucial para regular la temperatura corporal de los organismos y determina su fisiología y metabolismo. El fuego, aunque generalmente asociado con la destrucción, también desempeña un papel importante en algunos ecosistemas al promover la regeneración y germinación de ciertas especies. La electricidad, en forma de descargas naturales como los rayos, puede influir en la propagación de incendios forestales y afectar la vida de los organismos. Estos factores físico-energéticos interactúan de manera compleja y moldean la dinámica y la adaptación de los seres vivos en los ecosistemas, influyendo en su distribución, comportamiento y evolución.

9.1 Luz

La luz solar es una fuente primordial de energía para la mayoría de los seres vivos en nuestro planeta, desempeñando un papel fundamental en la fotosíntesis y en la regulación de los ritmos biológicos. Su importancia radica en su calidad, intensidad y duración, ya que estos aspectos determinan la disponibilidad y utilización de la energía luminosa por parte de los organismos.

En cuanto a la calidad de la luz, ciertas longitudes de onda son más fácilmente convertidas en energía utilizable, principalmente el azul y el rojo. Estas longitudes de onda son absorbidas por pigmentos como la clorofila en las plantas verdes y las cianobacterias, permitiéndoles llevar a cabo la fotosíntesis y producir nutrientes. La capacidad de los seres vivos para captar y utilizar eficientemente estas longitudes de onda determina en gran medida su crecimiento y desarrollo.

Figura 9.1. La luz. La luz y la temperatura están relacionadas, pero no son lo mismo, puede haber mucha luz y bajas temperaturas, pues se requiere de aire denso , y especialmente de vapor de agua para que la luz genere sensación térmica.

La intensidad de la luz se refiere a la cantidad de energía luminosa que alcanza un área determinada. Esta intensidad varía según la ubicación geográfica y la posición relativa del sol en relación con el hemisferio terrestre. En el ecuador, donde los rayos solares inciden directamente durante todo el año, la intensidad de la luz es mayor y más constante en comparación con los hemisferios más alejados del ecuador. Esto tiene implicaciones importantes para la distribución de los organismos y sus adaptaciones a diferentes niveles de irradiación solar.

El periodo de duración de la luz se relaciona con la cantidad de tiempo en el que los organismos están expuestos a la radiación solar durante el día. En el ecuador, la duración del día y la noche es relativamente equitativa a lo largo del año, lo que proporciona una estabilidad en los patrones de luz y oscuridad. Sin embargo, en los hemisferios, hay variaciones estacionales en la duración del día, que pueden llegar a extremos como los 6 meses de luz y 6 meses de oscuridad en las regiones polares. Estas variaciones en la duración del día afectan la disponibilidad de luz para la fotosíntesis y regulan los ritmos biológicos de los organismos, como la reproducción, migración y hibernación.

Figura 9.2. Los búhos, conocidos científicamente como Strigiformes, han desarrollado adaptaciones notables que les permiten cazar eficientemente en la oscuridad. Su visión nocturna altamente especializada se debe a la presencia de células sensibles a la luz llamadas bastones en sus ojos, así como una mayor cantidad de células de cono sensibles a la luz en comparación con otros pájaros. Además, sus ojos están diseñados de manera que pueden captar la luz de forma más efectiva, maximizando su capacidad para detectar movimiento y formas en la oscuridad. Además de su visión, los búhos también cuentan con una audición extremadamente aguda, gracias a la forma de sus orejas y la disposición de las plumas faciales que les permiten captar sonidos de presas en la oscuridad. Estas adaptaciones combinadas hacen que los búhos sean cazadores expertos en la oscuridad.

Es importante destacar que la luz solar no solo influye en los procesos biológicos de las plantas, sino también en los seres vivos que dependen de ellas. Los animales herbívoros obtienen su energía y nutrientes de las plantas, y los carnívoros obtienen su energía a través de la cadena alimentaria. Por lo tanto, la calidad, intensidad y duración de la luz solar también afectan indirectamente la disponibilidad de alimento y la distribución de las especies en los ecosistemas.

9.2 Temperatura

La temperatura es un factor ambiental crucial que influye en el funcionamiento y la supervivencia de los seres vivos. En el contexto biológico, la temperatura se considera un factor termoquímico, ya que afecta directamente las reacciones químicas y la estabilidad de las biomoléculas. La vida tal como la conocemos se desarrolla en un rango de temperatura relativamente estrecho, con una condición estándar alrededor de los 25°C. Por ejemplo, las células humanas operan de manera óptima a una temperatura cercana a los 37°C.

Las alteraciones drásticas en la temperatura pueden tener consecuencias perjudiciales para los organismos vivos. Las proteínas, que son componentes esenciales para el funcionamiento molecular, son particularmente sensibles a los cambios de temperatura. Las altas temperaturas pueden desnaturalizar las proteínas, causando la pérdida de su estructura tridimensional y, como resultado, la pérdida de su función biológica. Este proceso se conoce como desnaturalización proteica. Por otro lado, las bajas temperaturas pueden ralentizar las reacciones químicas y afectar la fluidez de las membranas celulares.

Figura 9.3. La densidad de la atmósfera cambia. La atmósfera del planeta no es un recipiente homogéneo, los gases y vapores tienden a “caer” por lo que a nivel del mar hay mayor densidad, y por lo tanto mayor presión; mientras que a grandes alturas hay menos presión de gases. Esto afecta la temperatura, una atmósfera más densa es más caliente.

Para contrarrestar los efectos adversos de las altas temperaturas, los organismos vivos han desarrollado mecanismos de regulación térmica. Un ejemplo común es la evaporación de agua a través de la transpiración en las plantas y la sudoración en los animales, lo que permite enfriar el cuerpo y regular la temperatura interna. Sin embargo, esto también puede conducir a la deshidratación si la pérdida de agua no se compensa adecuadamente.

Por otro lado, en condiciones de bajas temperaturas, los organismos necesitan generar calor para mantener su temperatura interna. Esto implica un aumento en el consumo de energía metabólica para producir calor a través de procesos como la termogénesis. Algunos animales, como los mamíferos y las aves, tienen adaptaciones específicas para generar y retener calor, como el aislamiento térmico proporcionado por la grasa o el pelaje.

Figura 9.4. Los zorros del desierto, conocidos científicamente como Vulpes zerda, han desarrollado adaptaciones sorprendentes para sobrevivir en los rigurosos entornos desérticos. Estos pequeños mamíferos han evolucionado con características fisiológicas y comportamentales específicas que les permiten lidiar con el calor extremo. Poseen orejas grandes y delgadas que ayudan a disipar el calor y mantener una temperatura corporal adecuada. Además, tienen una capa de pelaje denso que actúa como aislante térmico y los protege de la radiación solar directa. También tienen una habilidad notable para conservar agua, obteniendo la mayor parte de sus necesidades hídricas de su dieta, compuesta principalmente por insectos y pequeños roedores. Su comportamiento incluye ser principalmente nocturnos, evitando así las altas temperaturas del día. Estas adaptaciones les permiten aprovechar los recursos disponibles y sobrevivir en los desafiantes ecosistemas desérticos.

Es importante destacar que la temperatura no solo afecta a los organismos individuales, sino también a los ecosistemas en su conjunto. Los patrones de temperatura influyen en la distribución geográfica de las especies, determinando qué organismos pueden habitar en diferentes regiones climáticas. Por ejemplo, los organismos ectotermos, como los reptiles, dependen en gran medida de la temperatura ambiental para regular su metabolismo y actividad. En contraste, los organismos endotermos, como los mamíferos y las aves, pueden mantener una temperatura corporal constante independientemente del entorno.

Figura 9.5. El oso polar, conocido científicamente como Ursus maritimus, se ha adaptado de manera extraordinaria para vivir en regiones congeladas y de bajas temperaturas. Su cuerpo está cubierto por un espeso pelaje blanco y denso, que le brinda aislamiento térmico y ayuda a retener el calor. Además, su capa de grasa subcutánea actúa como un aislante adicional y les proporciona reserva de energía. Sus patas son grandes y cuentan con almohadillas y garras largas que les permiten caminar sobre la nieve y el hielo con mayor facilidad. Además, su nariz y orejas son más pequeñas para reducir la pérdida de calor. Estas adaptaciones les permiten sobrevivir en condiciones extremadamente frías, pero los hacen menos aptos para vivir en regiones cálidas, donde su pelaje y capa de grasa se vuelven una desventaja.

Las fuentes de calor externas que influyen en la temperatura de los seres vivos son diversas. La principal fuente de calor es el Sol, que proporciona energía radiante en forma de luz y calor. La cantidad de radiación solar recibida varía según la ubicación geográfica, la estación del año y el momento del día. Además del Sol, otros fenómenos geológicos también pueden proporcionar calor a los ecosistemas. Los cráteres volcánicos submarinos, por ejemplo, emanan calor desde el interior de la Tierra, creando ambientes únicos y propicios para la vida

9.3 El fuego

El fuego es un fenómeno natural que ha desempeñado un papel significativo en la configuración y evolución de los ecosistemas a lo largo de la historia. Si bien comúnmente se le asocia con la destrucción, el fuego también tiene un impacto positivo en ciertos ecosistemas y en la adaptación de los seres vivos que los habitan. Un ejemplo notable es el chaparral, un ecosistema caracterizado por la vegetación resistente al fuego.

En el chaparral, algunas especies de plantas han desarrollado adaptaciones sorprendentes para aprovechar el fuego como una oportunidad para su reproducción y supervivencia. Estas plantas han evolucionado semillas que requieren la exposición al fuego para germinar. Las llamas consumen la cubierta protectora de las semillas y desencadenan su proceso de germinación, lo que les permite aprovechar los recursos disponibles después de un incendio y competir eficazmente con otras plantas en el área quemada. Esta estrategia de reproducción es conocida como "germinación por estímulo del fuego" y es un ejemplo impresionante de cómo los seres vivos pueden adaptarse a condiciones aparentemente hostiles.

La relación entre el fuego y los factores abióticos también se extiende al origen de los incendios. En muchos casos, el fuego está vinculado a otro factor abiótico: la corriente eléctrica generada por los rayos durante las tormentas eléctricas. Los rayos pueden golpear la tierra y provocar incendios naturales, especialmente en áreas secas y propensas a la sequía. Estos incendios pueden propagarse rápidamente y alterar significativamente la estructura y composición de los ecosistemas.

Aunque el fuego puede tener efectos devastadores, también desempeña un papel importante en la dinámica de los ecosistemas. El fuego actúa como un agente de limpieza, eliminando la acumulación de material orgánico muerto, como hojas caídas, ramas y restos de plantas. Esto favorece la liberación de nutrientes y promueve el crecimiento de nuevas plantas. Además, el fuego puede estimular la regeneración de ciertas especies vegetales que dependen del calor y la exposición a las llamas para reproducirse.

Una especie de planta que presenta una adaptación sobresaliente al fuego es la Banksia (género Banksia), nativa de Australia. Dentro de este género, una especie notable es la Banksia coccinea, conocida como Banksia de fuego o Banksia rojo.

Figura 9.6. Banksia coccinea, comúnmente conocida como Banksia roja, es una especie de arbusto o árbol pequeño perteneciente a la familia Proteaceae. Se encuentra nativa en el suroeste de Australia. Su nombre científico "Banksia coccinea" hace referencia a su hermosa inflorescencia roja brillante, que es su rasgo más distintivo. Esta especie presenta hojas lanceoladas y dentadas, con un color verde brillante en el haz y un tono plateado en el envés. Las inflorescencias son grandes y vistosas, formadas por múltiples flores tubulares agrupadas en espigas terminales. Estas flores son muy atractivas para aves y otros polinizadores, lo que contribuye a su importancia en la conservación de la biodiversidad local. Banksia coccinea es apreciada por su belleza ornamental y su resistencia a condiciones adversas, como sequías y suelos pobres. Es una especie emblemática de la flora australiana y un símbolo de la biodiversidad única de la región.

Las semillas de la Banksia de fuego están firmemente adheridas a los conos de la planta y solo pueden liberarse después de un incendio. El calor intenso del fuego derrite una capa de resina que mantiene las semillas unidas, permitiendo que se dispersen por el suelo una vez que el incendio ha pasado. Sin esta exposición al fuego, las semillas de Banksia de fuego no germinan y permanecen latentes en los conos durante años hasta que se produzca un incendio.

Esta adaptación al fuego es crucial para la supervivencia y la regeneración de la Banksia de fuego en los ecosistemas australianos. Después de un incendio, las semillas liberadas tienen la oportunidad de germinar en un suelo limpio y rico en nutrientes. La planta brota rápidamente y sus hojas y flores se convierten en una fuente valiosa de alimento para numerosas especies animales, como aves e insectos que sobrevivan al incendio.

La adaptación de las semillas de la Banksia de fuego al fuego demuestra cómo los seres vivos pueden desarrollar estrategias ingeniosas para sobrevivir y prosperar en condiciones ambientales extremas. Estas adaptaciones permiten a las plantas aprovechar los incendios como un mecanismo de regeneración y colonización en los ecosistemas que dependen del fuego como un factor abiótico recurrente.

En el contexto del cambio climático y la intervención humana en los ecosistemas, la relación entre el fuego y los factores abióticos se vuelve aún más relevante. El aumento de las temperaturas, la sequía y la acumulación de material combustible debido a la actividad humana pueden aumentar la frecuencia e intensidad de los incendios forestales. Estos incendios pueden tener impactos negativos en la biodiversidad, la calidad del aire y el equilibrio de los ecosistemas.

Figura 9.7. Los incendios de California en 2023 han generado alarma sobre el cambio climático en un país negacionista. Estos incendios, impulsados por el calentamiento global, han dejado en claro los impactos devastadores de este fenómeno. La destrucción de bosques, comunidades y pérdidas humanas evidencian la urgencia de actuar. A pesar de la negación previa, este evento ha provocado una reconsideración de las políticas climáticas. La comunidad científica y la sociedad exigen acciones concretas para reducir emisiones, invertir en energías renovables y fortalecer la resiliencia. Estos incendios han sido un llamado de atención y esperamos que conduzcan a un cambio de rumbo en la lucha contra el cambio climático.

La comprensión de los factores abióticos relacionados con el fuego es fundamental para la gestión adecuada de los ecosistemas y la mitigación de los riesgos asociados. Los estudios científicos y la investigación en el campo de la ecología del fuego ayudan a comprender cómo los diferentes ecosistemas responden y se adaptan a los incendios, así como a desarrollar estrategias efectivas de prevención y control.

9.4 Energía

La energía es un concepto fundamental en la física y en la vida misma. Aunque su definición precisa puede resultar desafiante, podemos comprenderla mejor a través de sus diversas formas de transporte y transferencia. La energía se propaga y se desplaza de un lugar a otro mediante diferentes mecanismos, como la luz, el calor, los enlaces químicos, las reacciones químicas y el movimiento, entre otros.

En el contexto de los seres vivos, la energía desempeña un papel crucial, ya que es lo que les permite mantenerse vivos y realizar todas sus funciones vitales. Gracias a la transferencia de energía, los organismos pueden nacer, crecer, interactuar con su entorno y reproducirse. De hecho, el estudio de los flujos energéticos es tan relevante que muchos libros de texto sobre ecología y ecosistemas dedican un capítulo exclusivo a este tema.

Uno de los conceptos fundamentales relacionados con la energía en los ecosistemas es la pirámide energética. Este concepto recopila la información sobre cómo se distribuye y fluye la energía en una cadena trófica, mostrando las diferentes tasas de transferencia energética entre los diferentes niveles tróficos. Sin embargo, profundizaremos en este tema en capítulos posteriores, ya que requiere un análisis más detallado.

La comprensión de la energía y su papel en los sistemas naturales es esencial para abordar una amplia gama de problemas ambientales y socioeconómicos. La forma en que generamos, utilizamos y conservamos la energía tiene un impacto significativo en el medio ambiente y en nuestra calidad de vida. Es importante considerar tanto las fuentes de energía renovables y limpias como las formas de energía no renovables y su impacto en el cambio climático, la contaminación y el agotamiento de recursos.

En la actualidad, existe un creciente interés en el desarrollo y la adopción de tecnologías más sostenibles y eficientes desde el punto de vista energético. La transición hacia una matriz energética más limpia y renovable es un objetivo clave en muchos países y comunidades. Se están explorando diversas alternativas, como la energía solar, eólica, hidroeléctrica, geotérmica y de biomasa, con el fin de reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y mitigar los impactos negativos asociados con su uso.

La investigación y el desarrollo en el campo de la energía también están enfocados en la mejora de la eficiencia energética en diferentes sectores, como el transporte, la industria y los edificios. La implementación de tecnologías más eficientes y el fomento de prácticas sostenibles pueden contribuir a reducir el consumo energético y disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Además de las consideraciones técnicas y científicas, la energía también tiene implicaciones sociales, económicas y políticas. La seguridad energética, la equidad en el acceso a la energía y la gobernanza de los recursos energéticos son aspectos clave que deben abordarse de manera integral..

10. Atmósfera

Regresar al Índice

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. Aunque ya hablamos de las presiones, en este apartado nos centrarenos en fenómenos mas macro como la protección del ozono, la protección de la capa magnética, la regulación de los ciclos biogeoquímicos, las relaciones continentales de materia entre otros.

10.1 La capa de ozono

La capa de ozono es un componente fundamental de los factores abióticos que influyen en los ecosistemas. Esta capa, ubicada en la estratosfera, despliega una importante función al proteger a los seres vivos de la radiación ultravioleta (UV) dañina proveniente del Sol. El ozono, una forma alotrópica del oxígeno con tres átomos unidos en lugar de dos, posee la capacidad única de absorber las radiaciones UV más perjudiciales para el ADN de los organismos vivos, brindando una barrera protectora crucial.

Sin embargo, lamentablemente, la capa de ozono ha sido sometida a un deterioro progresivo debido a los xenobióticos generados por las actividades industriales y humanas. Estos compuestos químicos, como los clorofluorocarbonos (CFC) y otros productos liberados en la atmósfera, han sido responsables de la reducción gradual de la capa de ozono. Durante décadas, esta destrucción paulatina ha representado un problema de salud pública de gran preocupación.

Figura 10.1. En los años 80, el clorofluorocarbono (CFC) más comúnmente utilizado fue el CFC-12, también conocido como refrigerante R-12. Este compuesto químico se utilizaba ampliamente como refrigerante en aires acondicionados, refrigeradores y sistemas de enfriamiento. También se empleaba como propelente en aerosoles, espumas y productos de limpieza. Sin embargo, se descubrió que los CFCs contribuían a la destrucción de la capa de ozono, lo que llevó a la adopción del Protocolo de Montreal en 1987, con el objetivo de eliminar gradualmente el uso de estas sustancias y proteger la capa de ozono.

El ozono estratosférico es fundamental para salvaguardar la vida en la Tierra, ya que actúa como un escudo protector contra la radiación UV-C y la mayoría de la radiación UV-B, que pueden resultar altamente dañinas para los organismos vivos. Estas radiaciones UV pueden ocasionar daños en el material genético de las células, aumentar el riesgo de cáncer de piel, dañar los ojos y afectar negativamente el sistema inmunológico.

La reducción de la capa de ozono ha llevado a un aumento en la incidencia de problemas de salud relacionados con la exposición a la radiación UV. Los casos de cáncer de piel, cataratas y enfermedades inmunológicas se han incrementado, y la comunidad científica ha alertado sobre los riesgos de continuar deteriorando la capa de ozono.

Figura 10.2. El Protocolo de Montreal ha tenido un efecto tangible y medible en la capa de ozono. Desde su implementación en 1987, se ha observado una disminución en la producción y emisión de sustancias agotadoras del ozono, como los clorofluorocarbonos (CFC) y los halones. Como resultado, se ha observado una desaceleración en la destrucción de la capa de ozono y se ha evidenciado una recuperación gradual en algunas regiones del mundo. Estos avances demuestran que el protocolo ha sido más que un simple gesto simbólico, ya que ha logrado un impacto significativo en la protección y conservación de la capa de ozono a nivel global.

En respuesta a esta preocupante situación, se ha desarrollado un marco global para abordar el problema de la destrucción de la capa de ozono. El Protocolo de Montreal, adoptado en 1987, estableció la eliminación gradual de sustancias agotadoras del ozono y ha demostrado ser un acuerdo internacional exitoso en la protección de la capa de ozono. Gracias a este acuerdo, se ha observado una disminución en la producción y emisión de sustancias dañinas, lo que ha permitido cierta recuperación de la capa de ozono en algunas regiones.

Sin embargo, a pesar de los esfuerzos realizados hasta ahora, todavía se requiere una vigilancia constante y una acción continua para asegurar la recuperación total de la capa de ozono. La conciencia pública y la adopción de prácticas sostenibles son fundamentales para minimizar la emisión de sustancias dañinas y preservar la salud de la capa de ozono.

Además de su papel en la protección contra la radiación UV, la capa de ozono también desempeña un papel en la regulación del clima. Al absorber y emitir radiación infrarroja, influye en los patrones climáticos y en la distribución del calor en la atmósfera. La alteración de la capa de ozono puede tener implicaciones significativas en los sistemas climáticos, como cambios en los vientos atmosféricos y las corrientes oceánicas.

Figura 10.3. La producción de ozono a bajas alturas (ozono troposférico), como en la microatmósfera de una ciudad, se produce mediante reacciones químicas entre los óxidos de nitrógeno (NO_x) y los compuestos orgánicos volátiles en presencia de luz solar. Aunque el ozono estratosférico es beneficioso, el ozono a nivel del suelo se convierte en un contaminante debido a su capacidad oxidante “quema tejidos” y su efecto perjudicial para la salud humana. La exposición prolongada al ozono puede causar problemas respiratorios, como irritación pulmonar, dificultad para respirar, exacerbación de enfermedades respiratorias existentes y disminución de la función pulmonar, especialmente en personas con asma o enfermedades respiratorias crónicas.

La destrucción de la capa de ozono también tiene implicaciones para los ecosistemas terrestres y acuáticos. La radiación UV-B puede afectar directamente la fotosíntesis de las plantas, lo que puede alterar la productividad y el equilibrio de los ecosistemas. Además, la exposición prolongada a la radiación UV puede dañar el fitoplancton, que es una fuente crucial de alimento y oxígeno en los océanos.

10.2 Regulación de los ciclos biogeoquímicos

La atmósfera es un componente fundamental del ecosistema planetario, y su papel como factor abiótico es crucial para regular los ciclos biogeoquímicos que ocurren en la Tierra. Uno de los principales elementos químicos que la atmósfera regula es el dióxido de carbono (CO₂), el cual tiene un impacto significativo en el equilibrio de los ecosistemas terrestres y acuáticos.

El CO2 es un gas de efecto invernadero, lo que significa que tiene la capacidad de retener el calor radiante del sol en la atmósfera. Este fenómeno, conocido como el efecto invernadero, es esencial para mantener la temperatura adecuada en la Tierra y permitir la existencia de vida. Sin embargo, en las últimas décadas, la actividad humana ha aumentado la concentración de CO2 en la atmósfera de manera significativa, principalmente debido a la quema de combustibles fósiles.

Figura 10.4. El aumento de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera conduce a un mayor CO₂ disuelto en los océanos. Esto provoca un incremento en la concentración de iones de hidrógeno (H⁺), lo que reduce el pH del agua de mar, generando un proceso conocido como acidificación oceánica. La acidificación oceánica tiene consecuencias negativas para los organismos marinos, ya que afecta su capacidad para formar estructuras calcáreas, como corales y conchas, y puede perturbar los equilibrios ecológicos y las cadenas alimentarias. Esta relación entre el CO₂ oceánico y el pH de los océanos es una preocupación clave en el contexto del cambio climático y sus impactos en los ecosistemas marinos.

El aumento del CO₂ en la atmósfera tiene consecuencias directas en los ecosistemas acuáticos, ya que afecta la acidez de los océanos. Cuando el CO₂ se disuelve en el agua de mar, forma ácido carbónico, lo que conduce a la acidificación de los océanos. Esta acidificación tiene impactos negativos en los organismos marinos, como corales, moluscos y organismos planctónicos, que dependen de la química del agua para su supervivencia y desarrollo.

Además de influir en la bioquímica del agua de mar, la acidificación oceánica también puede alterar las corrientes oceánicas. Las corrientes oceánicas son masas de agua en movimiento que desempeñan un papel crucial en la regulación del clima global. Son responsables de redistribuir el calor a través de los océanos y transportar nutrientes y organismos a diferentes regiones. La alteración de las corrientes oceánicas debido a la acidificación puede tener efectos significativos en la distribución de las especies marinas y en los patrones climáticos.

La regulación de la atmósfera también es fundamental para otros ciclos biogeoquímicos esenciales, como el ciclo del agua, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del oxígeno. El ciclo del agua se ve influenciado por la presencia de vapor de agua en la atmósfera, el cual es crucial para la formación de nubes y la posterior precipitación. La atmósfera regula la cantidad de vapor de agua, influyendo así en la distribución de las precipitaciones en diferentes regiones del planeta. Esta distribución de la lluvia tiene un impacto directo en la disponibilidad de agua dulce y en la configuración de los ecosistemas terrestres.

Figura 10.5. La atmósfera es dinámica. La atmósfera no es solo la suma de gases sobre la roca, sino también el modo en que estos se organizan e interactúan con otros factores como la luz. Por ejemplo, a grandes alturas el oxígeno se convierte en ozono y esta capa absorbe la luz ultravioleta. Las corrientes de viento y por ende el clima está determinado por la absorción del aire normal de la energía residual del Sol.

El ciclo del nitrógeno también está influenciado por la atmósfera, ya que el nitrógeno gaseoso (N₂) constituye la mayor parte de la composición del aire. Aunque los organismos no pueden utilizar directamente el nitrógeno atmosférico, ciertos microorganismos tienen la capacidad de fijar el nitrógeno, convirtiéndolo en formas utilizables por las plantas y otros organismos. Este proceso de fijación del nitrógeno se ve facilitado por bacterias presentes en el suelo y en las raíces de algunas plantas leguminosas. La regulación de la concentración de nitrógeno en la atmósfera es fundamental para mantener el equilibrio de este ciclo biogeoquímico y asegurar la disponibilidad de este nutriente esencial para la vida.

Por último, el ciclo del oxígeno también está estrechamente relacionado con la atmósfera. El oxígeno molecular (O2) es producido por organismos fotosintéticos, como las plantas y algunas bacterias, a través del proceso de fotosíntesis. Este oxígeno es liberado a la atmósfera y es utilizado por organismos aeróbicos, incluyendo a los seres humanos, para la respiración y otras actividades metabólicas. La regulación de los niveles de oxígeno en la atmósfera es esencial para mantener las condiciones adecuadas para la respiración y asegurar la supervivencia de los organismos aeróbicos

10.3 El niño y la niña

Los fenómenos del Niño y la Niña son eventos climáticos que se producen en el océano Pacífico tropical y tienen un impacto significativo en los ecosistemas y en la vida humana en diversas regiones del mundo. Estos fenómenos son ejemplos de macrociclos supraanuales que desafían nuestra tendencia a adaptarnos a ciclos anuales más predecibles. Además de los eventos del Niño y la Niña, existen otros ciclos atmosféricos supraanuales que influyen en el clima y en los ecosistemas a escala global.

El fenómeno del Niño se caracteriza por un calentamiento inusual de las aguas superficiales del océano Pacífico tropical, lo que tiene repercusiones en los patrones climáticos en todo el mundo. Durante un evento de El Niño, las aguas cálidas del Pacífico tropical desencadenan cambios en los vientos, las precipitaciones y las corrientes oceánicas. Esto puede resultar en sequías en algunas regiones y fuertes lluvias e inundaciones en otras, afectando tanto a ecosistemas terrestres como acuáticos.

Por otro lado, el fenómeno de La Niña se caracteriza por la presencia de aguas más frías de lo normal en el Pacífico tropical. Esto también tiene efectos significativos en el clima, con un aumento de las precipitaciones en algunas regiones y sequías en otras. Estos eventos climáticos pueden provocar cambios en los patrones migratorios de las especies, afectar la disponibilidad de alimentos, alterar los ciclos de reproducción y desencadenar eventos extremos como tormentas y huracanes.

Estos fenómenos supraanuales representan desafíos para los seres humanos, que a menudo nos hemos adaptado a ciclos anuales más predecibles. Nuestras actividades agrícolas, por ejemplo, se han basado en la regularidad de las estaciones y los patrones climáticos anuales. Sin embargo, los eventos del Niño y la Niña pueden romper estos patrones, generando incertidumbre y dificultades para la producción de alimentos, la gestión del agua y la planificación de las actividades humanas.

Durante un evento de El Niño, las sequías pueden afectar la disponibilidad de agua para el riego de cultivos, lo que resulta en pérdidas de cosechas y escasez de alimentos. Además, las fuertes lluvias e inundaciones pueden causar daños en infraestructuras, desplazamiento de comunidades y pérdidas económicas significativas. Estos impactos se sienten especialmente en las regiones que dependen en gran medida de la agricultura y la pesca como fuentes de sustento.

Figura 10.6. A principios de los años 90, el fenómeno del Niño tuvo un impacto significativo en países como Panamá, Colombia, Ecuador y Perú. Este evento climático provocó intensas sequías en algunas regiones, afectando la disponibilidad de agua para el riego de cultivos y el abastecimiento humano. Además, se registraron fuertes lluvias e inundaciones en otras áreas, causando deslizamientos de tierra, daños en infraestructuras y desplazamiento de comunidades. Estos impactos generaron pérdidas económicas y sociales importantes, afectando la agricultura, la pesca y la vida cotidiana de las personas. La respuesta a estos eventos climáticos extremos implicó medidas de emergencia y la necesidad de fortalecer la resiliencia de las comunidades frente a futuros fenómenos similares. Una de esas medidas fue la famosa hora Gaviria en Colombia, en la cual se cortaba el suministro eléctrico durante una hora en la noche.

Por otro lado, durante un evento de La Niña, las lluvias excesivas pueden generar inundaciones devastadoras, erosión del suelo y deslizamientos de tierra. Estos eventos extremos pueden destruir viviendas, infraestructuras y cultivos, y poner en peligro la vida de las personas. Además, las sequías asociadas a La Niña pueden afectar la disponibilidad de agua potable y generar escasez de alimentos, especialmente en áreas propensas a la agricultura.

Es importante destacar que estos fenómenos no solo impactan a los humanos, sino también a los ecosistemas en general. Los cambios en los patrones climáticos y en las condiciones del agua pueden alterar los hábitats naturales, afectar la migración de especies y poner en peligro la biodiversidad. Por ejemplo, los eventos del Niño y la Niña pueden tener un impacto significativo en los arrecifes de coral, que son ecosistemas altamente sensibles a los cambios en la temperatura del agua y la disponibilidad de nutrientes.

Además de los fenómenos del Niño y la Niña, existen otros ciclos atmosféricos supraanuales que también influyen en el clima y en los ecosistemas. Un ejemplo destacado es el ciclo decenal del Pacífico, conocido como PDO por sus siglas en inglés (Pacific Decadal Oscillation). El PDO es un patrón de variabilidad en la temperatura de la superficie del mar en el Pacífico Norte que se desarrolla a lo largo de una escala de varios años. Tiene un impacto en la distribución de las temperaturas, las corrientes oceánicas y los patrones de precipitación en el Pacífico y en regiones adyacentes. El PDO puede tener efectos significativos en la pesca, la agricultura y otros sectores económicos que dependen del clima y los recursos marinos.

Otros ejemplos de ciclos supraanuales incluyen el ciclo de Madden-Julian (MJO), un patrón de variabilidad atmosférica que se desarrolla en escalas de 30 a 60 días y puede influir en la formación de tormentas y sistemas tropicales, y el ciclo de Quasi-Bienal Oscillation (QBO), que se refiere a la variación en los vientos en la atmósfera superior y puede afectar la circulación atmosférica en escalas de dos a tres años.

11. Geología y topografía

Regresar al Índice

Más allá del suelo encontramos otras sustancias químicas cristalizadas que denominamos roca además de otros tipos de líquidos o gases.

11.1 Geología profunda

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. Un sumidero es el colapso del suelo en el espacio vacío dejado por la extracción del petróleo.

Figura 11.1. Peligros del fracking. Los incendios por fracturamiento hidráulico para la extracción de petróleo son solo el síntoma más leve de que esta técnica tiene consecuencias secundarias que no pueden ser controladas artificialmente.

El frakeo, o fracturado hidráulico 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, colchón de hielo permanente sobre el suelo, 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.

11.2 Factores topográficos

El relieve y la topografía desempeñan un papel fundamental en la configuración de los ecosistemas y en la distribución de la vida en la Tierra. Estos factores abióticos tienen un impacto significativo en el clima, la disponibilidad de agua, la biodiversidad y las interacciones entre las especies. Las montañas, valles, ríos y otros accidentes topográficos moldean los paisajes y generan una variedad de microhábitats que influyen en la adaptación y evolución de las especies. En este artículo, exploraremos cómo los factores topográficos interactúan con otros elementos abióticos para crear entornos únicos y desafiantes para la vida.

Figura 11.2. Y sin cuerdas. Las cabras de montaña son mamíferos con cascos capaces de escalar literalmente paredes de riscos son facilidad, esto evita que la mayoría de los depredadores puedan tener acceso a ellas fácilmente.

El clima es uno de los aspectos más influenciados por el relieve. Las montañas actúan como barreras físicas que interceptan los flujos de aire, dando lugar a variaciones en las precipitaciones y la temperatura. Cuando el aire asciende por una montaña, se enfría debido a la disminución de presión atmosférica. A medida que el aire se enfría, la humedad se condensa en forma de nubes, lo que da lugar a una mayor cantidad de lluvia o nieve en las laderas de montaña. Esto explica por qué las zonas montañosas tienden a recibir más precipitaciones que las áreas planas circundantes.

Por el contrario, las áreas ubicadas más allá de las montañas, en la llamada "sombra de lluvia", experimentan condiciones más secas. El aire que ha perdido su humedad al ascender la montaña desciende por el otro lado, generando una zona de aire seco. Estas áreas, conocidas como desiertos, presentan una baja disponibilidad de agua y condiciones ambientales adversas para el desarrollo de la vida, a menos que haya fuentes de agua adicionales, como ríos provenientes de las montañas. En este caso, podemos observar la formación de valles aluviales, que se caracterizan por la presencia de suelos fértiles y mayor diversidad biológica en comparación con los desiertos circundantes.

Figura 11.3. El leopardo de las nieves (Panthera uncia) está adaptado para cazar rápidamente en riscos y salientes, habilidades que requerirían equipos de alta tecnología para un humano. Su cuerpo robusto, patas fuertes y almohadillas plantares cubiertas de pelo denso le proporcionan estabilidad y tracción en terrenos rocosos. Su cola larga actúa como un contrapeso y le ayuda a mantener el equilibrio. Su pelaje moteado le permite camuflarse entre las rocas, acercándose sigilosamente a sus presas. Además, el leopardo de las nieves puede moverse lentamente y con paciencia, lo que le permite sorprender a su presa con ataques rápidos y precisos. Estas adaptaciones físicas y comportamentales le permiten cazar eficientemente en terrenos desafiantes.

Los ecosistemas de montaña presentan una serie de desafíos únicos para la vida de las plantas y los animales. La variación altitudinal en las condiciones ambientales, como la temperatura y la disponibilidad de oxígeno, ejerce presiones selectivas que dan lugar a adaptaciones especializadas. Por ejemplo, en las montañas se pueden encontrar especies de plantas adaptadas a condiciones de mayor altitud, como los bosques nublados o las praderas alpinas. Estas plantas han desarrollado estrategias para resistir el frío, la radiación ultravioleta intensa y la escasez de nutrientes en los suelos de alta montaña.

Los animales también enfrentan desafíos en los ecosistemas montañosos. El desplazamiento vertical a través de diferentes altitudes puede ser difícil y requiere adaptaciones físicas y fisiológicas especiales. Algunas especies, como las cabras de montaña, han evolucionado con habilidades excepcionales de escalada y equilibrio para moverse ágilmente por terrenos rocosos y empinados. Estos animales han desarrollado pezuñas y patas robustas que les permiten aferrarse a las superficies resbaladizas y aprovechar al máximo los recursos alimenticios disponibles en estas áreas.

Además de la topografía general de las montañas, los accidentes topográficos más específicos también influyen en los ecosistemas. Las cuevas, agujeros, cascadas, gargantas de roca, valles y picos generan microhábitats únicos que pueden actuar como refugios para las presas o proporcionar lugares de emboscada para los depredadores. Estos elementos topográficos crean presiones evolutivas y oportunidades de adaptación para las especies que viven en ellos. Por ejemplo, las aves rapaces pueden aprovechar los acantilados y las gargantas de roca para anidar y buscar presas, mientras que los mamíferos cavernícolas han desarrollado adaptaciones especiales para vivir en las oscuras cuevas subterráneas.

En países como Panamá, Colombia, Ecuador y Perú, los factores topográficos tienen un impacto significativo en los ecosistemas y en las actividades humanas. Las cordilleras de los Andes, que atraviesan estos países, crean una serie de microclimas y hábitats diversos que albergan una amplia variedad de especies vegetales y animales. Estas regiones montañosas también son importantes para el suministro de agua, ya que albergan numerosos ríos y cuencas hidrográficas que proveen de agua dulce a las poblaciones locales y son fundamentales para la agricultura y la generación de energía hidroeléctrica.

Sin embargo, los factores topográficos también presentan desafíos para el desarrollo humano. Las condiciones difíciles en las áreas montañosas pueden dificultar la construcción de infraestructuras, como carreteras y viviendas. Además, la variabilidad del terreno y la pendiente pronunciada pueden aumentar el riesgo de deslizamientos de tierra y avalanchas, lo que representa una amenaza para las comunidades asentadas en estas regiones.

11.3 Distancia al océano

La distancia al océano es un factor abiótico de gran importancia en los ecosistemas costeros y marinos. Aunque es evidente que el océano influye en el clima de las áreas cercanas, es importante considerar la distancia física como un parámetro crucial en la configuración del entorno. Además, el tiempo de desplazamiento desde el océano hasta cualquier punto del interior también juega un papel relevante en la influencia de este factor.

Las áreas costeras, debido a su proximidad al océano, presentan características climáticas distintas en comparación con las islas y regiones más alejadas de la costa. Una de las principales diferencias radica en las temperaturas y la humedad. Las áreas costeras tienden a ser más frescas y húmedas en comparación con las regiones interiores. Esto se debe a un fenómeno conocido como choque térmico.

Figura 11.4. La distancia desde y hacia el océano es un factor crucial en la historia de vida de la tortuga laúd (Dermochelys coriacea). Estas tortugas, como todas las tortugas marinas, dependen del océano como su hábitat principal y lugar de reproducción. Durante la temporada de anidación, las hembras de tortuga laúd emergen del mar y buscan playas adecuadas para depositar sus huevos. La elección de la playa es fundamental, ya que deben encontrar un lugar lo suficientemente alejado de las olas y la erosión costera para proteger sus nidos.

Además, la distancia desde la playa hasta el océano también es relevante en la etapa de eclosión de los huevos. Una vez que los huevos de tortuga laúd eclosionan, las crías emergen del nido y se dirigen hacia el océano. El camino desde el nido hasta el agua puede ser peligroso, ya que las crías deben enfrentarse a obstáculos naturales y depredadores. Si la distancia es demasiado larga o si las condiciones son adversas, las crías pueden agotarse antes de alcanzar el mar.

Por lo tanto, la distancia desde y hacia el océano desempeña un papel crítico en la historia de vida de la tortuga laúd. La elección de una playa adecuada para anidar y la supervivencia de las crías durante su camino hacia el océano dependen en gran medida de la distancia y las condiciones del entorno costero. Es esencial proteger y conservar tanto las playas como los corredores hacia el mar para garantizar la supervivencia de esta especie en peligro de extinción.

Cuando el aire caliente proveniente del continente se encuentra con el aire frío del océano, se produce un contraste de temperaturas que da lugar a la formación de nubes. Este proceso genera condiciones propicias para la condensación del vapor de agua y la posterior precipitación. Como resultado, las áreas costeras suelen experimentar una mayor cantidad de lluvias y una mayor humedad relativa en comparación con las islas y las regiones más alejadas del océano.

Además de las diferencias en las condiciones climáticas, la cercanía al océano también tiene un impacto en otros aspectos de los ecosistemas. Por ejemplo, la presencia de corrientes marinas y mareas puede influir en la distribución de nutrientes y la disponibilidad de alimento para las especies que habitan en estas áreas. Las corrientes marinas transportan nutrientes desde las profundidades del océano hacia la superficie, lo que puede favorecer la productividad biológica en las zonas costeras.

Asimismo, la proximidad al océano puede influir en la biodiversidad y la composición de especies de un ecosistema. Las áreas costeras suelen albergar una mayor variedad de especies marinas y costeras, adaptadas a las condiciones específicas que ofrece el ambiente marino. Por otro lado, las islas y las regiones más alejadas de la costa pueden presentar una biodiversidad diferente, influenciada por otros factores abióticos y las interacciones con el entorno terrestre circundante.

Figura 11.5. Los manglares son un ejemplo destacado de cómo la baja distancia a la costa influye en la biodiversidad. Su ubicación cercana al mar crea un hábitat rico y diverso. Los manglares proveen refugio y alimento a una variedad de especies marinas y terrestres. Actúan como zonas de reproducción y alimentación para peces, crustáceos y aves costeras. Además, su presencia ayuda a proteger las costas de la erosión y las tormentas, beneficiando tanto a los manglares como a los ecosistemas vecinos. La baja distancia a la costa en los manglares fomenta una interacción única entre los componentes terrestres y marinos, generando una biodiversidad excepcional y valiosa para la salud y el equilibrio de los ecosistemas costeros.

Es importante destacar que la distancia al océano no solo afecta a los ecosistemas costeros, sino que también desempeña un papel en las regiones continentales. A medida que nos alejamos del océano, los patrones climáticos y las condiciones ambientales pueden variar considerablemente. Por ejemplo, en zonas continentales más alejadas del océano, es común encontrar climas más extremos, con temperaturas más altas en verano y más bajas en invierno, así como una menor disponibilidad de agua.

11.4 Forma del continente

La forma de un continente es otro factor abiótico determinante en la distribución de los ecosistemas. La configuración y la presencia de cuerpos de agua internos en un continente pueden tener un impacto significativo en su clima y las condiciones ambientales en general. Un ejemplo claro de esto se encuentra en Australia, donde la forma del continente ha contribuido a su clima extremadamente caliente y seco en el centro.

La forma de Australia, con una gran masa de tierra sin cuerpos de agua importantes en su interior, ha llevado a la formación de vastas regiones desérticas en su centro. Esta área, conocida como el Outback australiano, es un ejemplo destacado de cómo la falta de fuentes de agua internas puede influir en las condiciones climáticas. Las temperaturas en el interior de Australia tienden a ser abrasadoras y la escasez de agua es un desafío constante para las formas de vida que habitan en esta región.

Figura 11.6. El canguro rojo (Macropus rufus) es un mamífero nativo de Australia y está considerado como uno de los animales mejor adaptados al Outback australiano. Esta especie ha desarrollado una serie de características únicas que le permiten sobrevivir en las condiciones extremas de calor y escasez de agua de esta región desértica. El canguro rojo tiene una estructura corporal liviana y está equipado con patas fuertes y musculosas que les permiten cubrir grandes distancias con saltos poderosos y eficientes. Además, pueden regular su temperatura corporal mediante la sudoración y mantenerse hidratados a través de una dieta especializada y su capacidad para extraer agua de las plantas que consumen. Estas adaptaciones hacen del canguro rojo un verdadero símbolo de la fauna australiana y una especie emblemática del Outback.

Sin embargo, es importante destacar que la forma del continente no es el único factor que determina el clima y la disponibilidad de agua en un ecosistema. Otros elementos, como la circulación atmosférica, las corrientes oceánicas y la altitud, también desempeñan un papel crucial. Estos factores pueden alterar y modular las condiciones climáticas en una región, incluso en ausencia de cuerpos de agua internos.

En el pasado, cuando todos los continentes estaban unidos en el supercontinente de Pangea, también se experimentó una situación similar. Durante el periodo Pérmico, la ausencia de cuerpos de agua importantes en el interior de Pangea llevó a la formación de uno de los desiertos más extensos de todos los tiempos, conocido como el desierto de Pangea. Esta vasta área desértica abarcaba gran parte del continente unificado y presentaba condiciones extremadamente secas y calurosas en su interior.

Figura 11.7. Pangea. Aunque la mayoría de las ilustraciones de ecosistemas del pérmico nos muestran desiertos, debemos tener en cuenta que existieron ecosistemas reducidos más húmedos cerca de las costas, que al ser pocos han dejado menos huellas fósiles.

A pesar de estas condiciones desérticas, muchas formas de vida lograron sobrevivir en las áreas costeras donde la disponibilidad de agua era más amplia. Estas zonas costeras ofrecían fuentes de agua, como ríos y lagos, así como climas más moderados debido a la influencia del océano. En estas regiones, los ecosistemas prosperaron y se desarrollaron diversas comunidades biológicas adaptadas a las condiciones locales.

La forma de un continente también puede influir en la distribución de las precipitaciones. Las montañas y las cadenas montañosas actúan como barreras físicas que afectan la circulación de las masas de aire, lo que puede resultar en patrones de lluvia más intensos en un lado de la montaña y condiciones más secas en el otro lado, conocido como el efecto de sombra de lluvia. Esto puede dar lugar a variaciones significativas en la cantidad de precipitaciones y, por lo tanto, en la disponibilidad de agua en diferentes regiones de un continente.

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

La distribución de ríos, lagos, lagunas, pantanos y fuentes de agua subterráneas es un factor abiótico fundamental que influye en la configuración y funcionamiento de los ecosistemas en todo el planeta. Estas fuentes de agua son vitales para la supervivencia de numerosas formas de vida y desempeñan un papel crucial en la estructura y la dinámica de los ecosistemas.

Los ríos son corrientes de agua que fluyen desde áreas elevadas hacia áreas más bajas, transportando sedimentos, nutrientes y agua dulce. Su distribución geográfica varía ampliamente, desde ríos cortos y rápidos en las montañas hasta ríos largos y caudalosos que atraviesan extensas llanuras. Los ríos son fuentes esenciales de agua dulce para una amplia variedad de especies, proporcionando hábitats acuáticos y terrestres que sustentan la biodiversidad.

Los lagos y las lagunas son cuerpos de agua estancada y generalmente más grandes que los ríos. Estos ecosistemas acuáticos pueden variar desde pequeñas lagunas de agua dulce hasta grandes lagos de agua dulce o salada. Su distribución geográfica está determinada por la topografía y las condiciones climáticas de una región. Los lagos y las lagunas brindan refugio, alimento y agua para una amplia gama de organismos, incluidos peces, aves acuáticas, reptiles y plantas acuáticas.

Figura 11.8. El Sarcosuchus imperator, también conocido como "Super Cocodrilo", es la especie de cocodrilo más grande de todos los tiempos. Esta especie extinta habitó en África durante el período Cretácico, hace aproximadamente 112 millones de años. Con una longitud estimada de hasta 12 metros y un peso de alrededor de 8 toneladas, era un depredador formidable. El Sarcosuchus imperator se caracterizaba por su cabeza enorme y alargada, equipada con dientes afilados y una mandíbula extremadamente poderosa. Estas características le permitían capturar y desgarrar a sus presas, que incluían dinosaurios y otros animales de gran tamaño. Su cuerpo masivo y su naturaleza semiacuática indican que probablemente habitaba en ríos y lagos, donde acechaba a sus presas. Si bien los cocodrilos actuales también incluyen especies de gran tamaño, el Sarcosuchus imperator sigue siendo el cocodrilo más grande conocido hasta la fecha, dejando un legado impresionante en la historia evolutiva de estos reptiles.

Los pantanos son áreas saturadas de agua, generalmente de poca profundidad, que albergan vegetación acuática y terrestre adaptada a condiciones húmedas. Estos ecosistemas son cruciales para la biodiversidad, ya que actúan como hábitats de reproducción y crianza para muchas especies de peces, anfibios, aves y mamíferos. Los pantanos también desempeñan un papel importante en la mitigación de inundaciones, la filtración del agua y el almacenamiento de carbono.

Las fuentes de agua subterráneas son reservas de agua almacenadas en acuíferos subterráneos. Estos acuíferos se forman cuando el agua se infiltra a través del suelo y se acumula en capas permeables. Las fuentes de agua subterránea son cruciales para el suministro de agua potable y riego en muchas regiones del mundo. Además, proporcionan hábitats para especies adaptadas a vivir en ambientes subterráneos, como algunos crustáceos, peces cavernícolas y plantas acuáticas subterráneas.

La distribución geográfica de estas fuentes de agua determina la presencia de ecosistemas acuáticos, así como la existencia de ecotonos, que son zonas de transición entre diferentes tipos de ecosistemas. Los ecotonos, como las áreas de transición entre un río y un lago o entre un pantano y una selva, son especialmente ricos en biodiversidad debido a la combinación de características de diferentes hábitats.

Figura 11.9. Los oasis son de gran importancia en los desiertos debido a su capacidad para proporcionar agua y sustento en medio de un entorno árido. Estas áreas de vegetación y fuentes de agua subterránea son refugios para una diversidad de vida, tanto vegetal como animal, que dependen de ellas para sobrevivir. Los oasis actúan como puntos de encuentro para la fauna del desierto, que se congrega en busca de agua y alimento. Además, los oasis también han sido vitales para la supervivencia humana en los desiertos, ya que han sido utilizados como lugares de asentamiento y agricultura. Estas islas de vida en medio del desierto desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la biodiversidad y la sostenibilidad de los ecosistemas desérticos.

Estas fuentes de agua no solo son vitales para la supervivencia de los organismos acuáticos, sino que también tienen un impacto significativo en los ecosistemas terrestres circundantes. La proximidad de un ecosistema a una fuente de agua puede determinar su productividad, diversidad y la presencia de especies específicas.

Además, las fuentes de agua influyen en los patrones climáticos locales. La evaporación del agua de superficie en lagos, ríos y lagunas contribuye a la humedad atmosférica, lo que puede afectar las precipitaciones y la humedad del aire en una región. Las corrientes de agua también pueden actuar como corredores biológicos, permitiendo el flujo de organismos y genes entre diferentes áreas.

Figura 11.10. Los ríos son vida. Los ríos generan valles aluviales en medio de los desiertos, pues no solo transportan la preciosa agua, sino también minerales nutritivos como el fósforo desde las montañas.

Sin embargo, la distribución de las fuentes de agua no es estática y puede verse afectada por factores naturales y humanos. Cambios en los patrones de lluvia, la deforestación, la extracción excesiva de agua y la contaminación pueden alterar la disponibilidad y la calidad de las fuentes de agua, lo que a su vez tiene un impacto en la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas.

11.6 La altitud

Pregunta de niño de 7 años, ¿porque si al estar más arriba de la montaña estamos más cerca del Sol, la temperatura disminuye? ¿La energía no debería ser mayor más arriba donde la luz no ha sido absorbida por la atmósfera? Para comprenderlo, es importante abordar tanto la naturaleza de la energía como la interacción entre la luz, el calor y la materia en diferentes altitudes.

La luz y el calor son dos formas de energía, pero no son idénticas. La luz es una forma de energía radiante que se transmite a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas. Cuando la luz llega a la atmósfera terrestre, parte de ella es absorbida, reflejada o dispersada por la atmósfera y las partículas en suspensión. Sin embargo, otra parte de la luz logra atravesar la atmósfera y alcanzar la superficie de la Tierra.

Figura 11.11. Altitud. La geografía de las plantas fue un concepto desarrollado en paralelo Alexander von Humboldt, y Francisco José de Caldas, aunque este último terminó casi en el olvido por su falta de conexiones académicas en Europa.

Al subir a altitudes más elevadas, nos encontramos con una disminución de la densidad del aire. Esto implica que hay menos partículas y menos materia en general para interactuar con la luz que llega desde el Sol. En consecuencia, la luz que alcanza estas altitudes puede estar presente en mayor cantidad, pero su interacción con la materia es limitada. La energía de la luz se encuentra en forma de radiación, pero no genera calor directamente a menos que interactúe con la materia y provoque su vibración, lo que quema directamente la piel, pero sin que el ambiente se sienta cálido.

Por otro lado, a bajas altitudes, donde el aire es más denso, hay mayor cantidad de partículas y materia para interactuar con la luz solar. Esto implica que la luz que llega a estas altitudes tiene más oportunidades de transformarse en calor al interactuar con la materia presente en la superficie terrestre y en la atmósfera inferior. Esta interacción provoca la vibración de las partículas y, en consecuencia, genera calor.

Figura 11.12. Los frailejones, como la especie Espeletia grandiflora, han desarrollado adaptaciones únicas para sobrevivir en las altas montañas donde están expuestos a la radiación solar intensa y a bajas temperaturas. Estas plantas cuentan con una capa cerosa en sus hojas que actúa como una barrera protectora contra los rayos ultravioleta del sol, evitando quemaduras. Además, sus hojas están cubiertas de una densa pilosidad que reduce la pérdida de agua por evaporación y proporciona aislamiento térmico, protegiendo a la planta de las bajas temperaturas. Estas adaptaciones permiten a los frailejones prosperar en condiciones extremas y contribuyen a su supervivencia en los ecosistemas de montaña.

Ahora bien, es importante destacar la relevancia de dos importantes científicos que realizaron estudios en relación a estos fenómenos. Francisco José de Caldas, científico y naturalista colombiano, y Alexander von Humboldt, científico alemán, realizaron contribuciones significativas en el estudio de los factores abióticos y la relación entre la altitud y la temperatura.

Francisco José de Caldas, conocido como "El Sabio Caldas", fue una figura destacada en el siglo XIX en Colombia. Realizó estudios sobre la geografía, meteorología y botánica de su país. Caldas estableció una red de estaciones meteorológicas para recolectar datos y realizar observaciones sistemáticas de las condiciones atmosféricas en diferentes altitudes y lugares. Sus investigaciones y observaciones fueron fundamentales para comprender los patrones climáticos y las variaciones de temperatura en las regiones montañosas de Colombia.

Por otro lado, Alexander von Humboldt fue un científico y explorador alemán que llevó a cabo extensas expediciones por América del Sur, incluyendo Colombia. Humboldt fue pionero en el estudio de la relación entre la altitud y la temperatura, y sus investigaciones sentaron las bases para la comprensión de los factores abióticos en los ecosistemas de montaña. Humboldt describió la disminución de la temperatura con la altitud y acuñó el término "isoterma" para referirse a las líneas que conectan puntos con la misma temperatura promedio.

Tanto Caldas como Humboldt realizaron estudios independientes y valiosos en relación a la relación entre la altitud y la temperatura, lo que llevó a ciertos conflictos en cuanto a la prioridad de sus descubrimientos y conclusiones. Ambos científicos compartieron información y conocimientos, pero también surgieron diferencias y disputas relacionadas con la autoría y la interpretación de los resultados. No obstante, la contribución de ambos fue significativa en el avance del conocimiento científico en relación a los factores abióticos y la variación de temperatura en los ecosistemas montañosos.

11.7 El movimiento continental

El movimiento continental es un factor abiótico fundamental en la configuración y evolución de los ecosistemas a lo largo del tiempo geológico. El choque y alejamiento de las placas tectónicas tienen un impacto significativo en la formación de montañas, cordilleras, océanos, lagos, mares y depresiones, creando entornos con condiciones climáticas únicas y diversos hábitats.

Las placas tectónicas, gigantescas placas rígidas que conforman la capa externa de la Tierra, están en constante movimiento. Los procesos tectónicos, como la convergencia y divergencia de las placas, dan lugar a la formación de cadenas montañosas. Las montañas, como la cordillera del Himalaya o los Andes, actúan como barreras geográficas que influyen en los patrones climáticos y generan microclimas específicos en sus laderas, lo que a su vez afecta la distribución de los ecosistemas.

Figura 11.13. Las placas tectónicas son enormes fragmentos de la litosfera terrestre que se mueven lentamente sobre el manto subyacente. Estas placas se desplazan debido a las corrientes convectivas en el manto, impulsadas por el calor interno de la Tierra. Hay diferentes tipos de límites de placa, como las zonas de divergencia donde las placas se separan, las zonas de convergencia donde chocan y se subducen, y las zonas de transformación donde se deslizan lateralmente. Estos movimientos dan lugar a la formación de montañas, volcanes, fosas oceánicas y fallas, y son responsables de terremotos, erupciones volcánicas y la creación de nuevos océanos y continentes a lo largo de millones de años.

Los océanos, lagos y mares también son resultado del movimiento de las placas tectónicas. Las dorsales oceánicas, donde las placas se separan, permiten la formación de nuevas áreas de agua. Por otro lado, la subducción de una placa bajo otra da origen a fosas oceánicas, como la fosa de las Marianas. Estos cuerpos de agua, junto con los lagos y mares continentales, crean condiciones ambientales únicas y albergan una gran diversidad de vida acuática.

Además de la formación de relieves y cuerpos de agua, el movimiento continental también puede desencadenar eventos catastróficos como terremotos, erupciones volcánicas y maremotos. Estos fenómenos naturales tienen un impacto significativo en los ecosistemas, alterando la estructura del paisaje, afectando la disponibilidad de recursos y generando cambios en la biodiversidad. Aunque en el periodo de vida humana estos eventos pueden ser percibidos como desastres naturales, a largo plazo contribuyen a la evolución y adaptación de los ecosistemas.

Un ejemplo destacado del impacto del movimiento continental en los ecosistemas es la deriva de los continentes a lo largo de millones de años. En un pasado remoto, todos los continentes estuvieron unidos en una única masa de tierra llamada Pangea. La separación y deriva de los continentes a lo largo del tiempo geológico ha dado lugar a la formación de diferentes masas continentales con características climáticas y ecosistemas distintos.

Estos cambios en la configuración de los continentes han tenido consecuencias significativas en la distribución de la vida en la Tierra. Por ejemplo, la separación de los continentes ha creado barreras geográficas que han llevado a la evolución de especies endémicas en distintas regiones. La diversidad biológica presente en cada continente es el resultado directo de la historia geológica y los procesos de separación y deriva continental.

Figura 11.14. Los volcanes y los terremotos son parte de la deriva continental y están estrechamente relacionados con los factores abióticos de un ecosistema. La deriva continental es impulsada por los movimientos de las placas tectónicas, y cuando estas placas chocan o se separan, pueden dar lugar a la formación de volcanes y a la liberación de energía en forma de terremotos. Estos eventos geológicos pueden tener un impacto significativo en el paisaje, la topografía y la distribución de los ecosistemas. Además, los volcanes también pueden influir en el clima y la fertilidad del suelo a través de la emisión de gases y la deposición de cenizas.

Además de los cambios a gran escala, el movimiento continental también puede influir en la formación de microhábitats y patrones de biodiversidad a nivel local. La elevación de las cordilleras, por ejemplo, puede generar gradientes altitudinales que van desde las tierras bajas hasta las cumbres de las montañas. Estos gradientes ofrecen una variedad de condiciones ambientales, desde climas tropicales en las tierras bajas hasta climas alpinos en las alturas, lo que da lugar a una diversidad de ecosistemas y especies adaptadas a diferentes altitudes.

En cuanto a la relevancia del movimiento continental en el periodo de vida humano, se manifiesta principalmente a través de los fenómenos geológicos como terremotos y erupciones volcánicas. Estos eventos pueden tener un impacto devastador en las comunidades humanas, alterando la infraestructura, provocando pérdidas humanas y generando cambios en los paisajes. Sin embargo, la comprensión de los procesos tectónicos y su influencia en la configuración del entorno es esencial para la gestión y mitigación de riesgos en áreas propensas a estos fenómenos.

12. Astronomía

Regresar al Índice

En el estudio de los ecosistemas, es esencial comprender los diferentes factores que influyen en su funcionamiento y en la distribución de los seres vivos que los habitan. Entre estos factores, los abióticos desempeñan un papel fundamental, ya que están relacionados con las características físicas y químicas del entorno en el que se desarrolla un ecosistema. El capítulo 12, titulado "Factores físico-astronómicos", se centra en examinar específicamente los elementos astronómicos y físicos que influyen en los ecosistemas.

El término "factores físico-astronómicos" se refiere a aquellos elementos derivados de fenómenos astronómicos y de las propiedades físicas de la Tierra como un planeta en relación a otros cuerpos astronómicos como el Sol, la Luna y los cuerpos móviles como los cometas que afectan directa o indirectamente a los ecosistemas.

12.1 Distancia del Ecuador

La distancia del Ecuador y su impacto en el clima de una región es un aspecto crucial para comprender los factores abióticos que influyen en los ecosistemas. A medida que nos alejamos del ecuador, se produce un cambio significativo en la cantidad de energía solar que alcanza la superficie terrestre debido a la geometría de la Tierra y la barrera atmosférica más gruesa en los polos. Esta variación en la energía solar tiene efectos directos sobre la calidad y la intensidad de la luz, lo que a su vez afecta el clima de la región.

En los polos, la energía solar debe atravesar una mayor cantidad de atmósfera antes de llegar a la superficie, lo cual conlleva una mayor dispersión y absorción de la luz. Como resultado, la cantidad de luz solar directa y la energía que alcanza la superficie son significativamente más bajas en comparación con las áreas cercanas al ecuador. Esta disminución en la intensidad de la luz solar tiene implicaciones directas en el clima, ya que la luz solar es una fuente de calor fundamental para los ecosistemas

Figura 12.1. El pingüino emperador (Aptenodytes forsteri) es una especie extraordinaria adaptada para sobrevivir en las duras condiciones del polo. Su tamaño imponente y su plumaje único les brindan adaptaciones específicas al frío extremo y a los largos períodos de noche y día en estas regiones.

Con una altura de hasta 1.2 metros y un peso de hasta 40 kilogramos, los pingüinos emperador tienen una capa de grasa aislante y densas plumas que les protegen del frío intenso. Su plumaje negro en la espalda y blanco en el vientre les permite camuflarse mientras nadan y se sumergen en el agua para capturar presas.

Para resistir las bajas temperaturas, estos pingüinos agrupan sus cuerpos en grandes colonias y se turnan para ocupar el centro del grupo, protegiéndose del viento gélido. Además, incuban sus huevos en el invierno antártico, donde las temperaturas pueden llegar a -40 °C. Los machos equilibran los huevos sobre sus pies y los cubren con un pliegue de piel caliente, mientras soportan la larga noche polar.

En cuanto a los largos períodos de noche y día en el polo, los pingüinos emperador han desarrollado un reloj biológico especial. Durante los meses de oscuridad invernal, se agrupan en colonias y reducen su actividad, dependiendo de la energía almacenada en su grasa corporal. En contraste, en los meses de luz constante del verano, se alimentan intensamente para aprovechar al máximo los recursos disponibles.

Debido a la menor cantidad de energía solar que llega a los polos, las temperaturas son más bajas en estas regiones en comparación con las áreas ecuatoriales. Esto da lugar a climas más fríos y condiciones ambientales diferentes. A medida que nos alejamos del ecuador, las temperaturas disminuyen gradualmente, lo que se traduce en una menor diversidad y abundancia de especies. Las plantas y los animales adaptados a climas más cálidos y tropicales se vuelven menos comunes a medida que nos acercamos a los polos, y las especies adaptadas al frío se vuelven más predominantes.

Esta relación entre la distancia del ecuador y los cambios en la temperatura también ha sido observada y descrita por destacados científicos como Francisco José de Caldas y Alexander von Humbolt. Estos investigadores notaron que la variación en la temperatura se asemejaba a la variación en la distancia del nivel del mar. En otras palabras, las plantas que se encuentran en zonas de alta montaña, donde las temperaturas son más bajas debido a la altitud, exhiben características similares a las plantas que se encuentran en latitudes más altas, lejos del ecuador. Del mismo modo, las plantas adaptadas a climas más cálidos y cercanos al nivel del mar se asemejan a las especies que se encuentran en áreas ecuatoriales (González‐Orozco et al., 2015).

Esta observación resalta la importancia de los factores abióticos, en particular la temperatura, en la distribución de las especies y la conformación de los ecosistemas. El clima y los factores relacionados, como la energía solar, son determinantes para la adaptación y supervivencia de los organismos en un ecosistema dado. Las variaciones en la temperatura y la disponibilidad de luz solar influyen en los patrones de crecimiento, reproducción y comportamiento de las plantas y los animales, lo que a su vez afecta la estructura y la dinámica de los ecosistemas.

12.2 Pivote del planeta o inclinación del eje terrestre

La inclinación del eje terrestre es uno de los factores abióticos más significativos que afecta a los ecosistemas de nuestro planeta. Esta característica fundamental de la Tierra tiene un impacto directo en los patrones climáticos, las estaciones del año y otros aspectos importantes de los ecosistemas en diferentes regiones del mundo.

El eje de rotación de la Tierra es una línea imaginaria que pasa por los polos norte y sur y alrededor del cual el planeta realiza su movimiento de rotación diaria. Sin embargo, este eje no es perpendicular al plano de la órbita terrestre alrededor del sol, sino que está inclinado en un ángulo de aproximadamente 23.5 grados. Esta inclinación es responsable de la variación estacional y las diferencias en la duración de los días y las noches a lo largo del año.

La inclinación del eje terrestre tiene varias consecuencias importantes en los factores abióticos de los ecosistemas. En primer lugar, esta inclinación afecta directamente la cantidad de radiación solar que alcanza diferentes partes del planeta. Durante el solsticio de verano en una determinada región, el polo norte (o polo sur en el hemisferio sur) está inclinado hacia el sol, lo que resulta en una mayor cantidad de radiación solar directa. Esto conlleva días más largos y una mayor intensidad de luz solar, lo que a su vez genera un aumento en la temperatura y las condiciones favorables para el crecimiento de las plantas y la actividad de los organismos en esos ecosistemas.

Figura 12.2. La inclinación del eje terrestre afecta las migraciones de Sturnella magna, ya que los cambios estacionales influenciados por esta inclinación desencadenan la necesidad de buscar condiciones más favorables. Durante el verano, en las regiones del norte, encuentran días más largos y temperaturas cálidas, ideales para reproducirse y alimentarse. Sin embargo, a medida que el invierno se acerca y la inclinación del eje terrestre disminuye la duración del día y la cantidad de luz solar, los estorninos pinto migran hacia regiones más cálidas en busca de condiciones adecuadas para su supervivencia y alimentación.

En contraste, durante el solsticio de invierno, el polo norte (o polo sur en el hemisferio sur) está inclinado lejos del sol, lo que reduce la cantidad de radiación solar directa. Esto provoca días más cortos y una menor intensidad de luz solar, resultando en temperaturas más frías y condiciones menos propicias para la vida y la actividad biológica. Estos cambios estacionales tienen un impacto significativo en los ecosistemas terrestres y acuáticos, influyendo en la distribución de especies, la productividad biológica y la disponibilidad de recursos.

Además de la variación estacional, la inclinación del eje terrestre también afecta la distribución de la radiación solar a lo largo de las diferentes latitudes. En las zonas cercanas al ecuador, donde la inclinación es mínima, la cantidad de radiación solar recibida es relativamente constante a lo largo del año. Esto da lugar a condiciones climáticas más estables y a la presencia de ecosistemas tropicales, caracterizados por su alta biodiversidad y una gran variedad de especies adaptadas a estas condiciones constantes.

En contraste, en las regiones cercanas a los polos, donde la inclinación del eje es más pronunciada, la variación estacional es más marcada y las diferencias en la cantidad de radiación solar recibida son significativas. Estas regiones polares experimentan extremos de luz solar, desde períodos de 24 horas de luz continua durante el verano hasta largos períodos de oscuridad en invierno. Estos ciclos de luz y oscuridad tienen un impacto directo en la vida en estos ecosistemas, y las especies que habitan en estas regiones polares han desarrollado adaptaciones únicas para sobrevivir en condiciones extremas, como las que se encuentran en la Antártida y el Ártico.

La inclinación del eje terrestre también juega un papel importante en la distribución de los vientos y las corrientes oceánicas, que a su vez afectan la circulación atmosférica y los patrones climáticos en todo el mundo. Estos patrones climáticos, influenciados por la inclinación del eje terrestre, son responsables de la formación de fenómenos climáticos como las corrientes marinas, las lluvias estacionales y los vientos dominantes. Estos factores abióticos influyen en la disponibilidad de agua, nutrientes y otros recursos para los ecosistemas terrestres y acuáticos, y desempeñan un papel crucial en la determinación de la distribución y la diversidad de las especies en diferentes regiones del planeta.

12.3 Cometas y asteroides

La caída de asteroides o cometas es un fenómeno extraordinario que puede tener un impacto devastador en los ecosistemas y en la vida en general en nuestro planeta. Aunque estos eventos son raros, su potencial destructivo ha sido corroborado por evidencias históricas y científicas. Tanto eventos relativamente localizados, como el caso de Tunguska, como eventos catastróficos de extinción en masa, como el que llevó a la desaparición de los dinosaurios no aviares, han dejado claro el poder de estas colisiones cósmicas.

Cuando un asteroide o cometa de gran tamaño impacta contra la Tierra, se desencadena una serie de consecuencias abióticas que afectan directa e indirectamente a los ecosistemas. En primer lugar, el impacto genera una enorme liberación de energía en forma de calor y ondas de choque, lo que resulta en una explosión catastrófica. Esta explosión puede provocar la destrucción masiva de la vegetación, la alteración del relieve geográfico y la formación de cráteres de impacto.

Figura 12.3. El impacto en Tunguska causó la destrucción masiva de más de 2000 kilómetros cuadrados de bosque en Siberia. Millones de árboles fueron derribados y se produjeron daños significativos en la vida silvestre. Aunque no hubo víctimas humanas registradas debido a la ubicación remota, la explosión generó una onda de choque equivalente a una bomba atómica y se sintió a cientos de kilómetros de distancia. Este evento ha servido como un recordatorio de la capacidad destructiva de los objetos cósmicos y su impacto en los ecosistemas terrestres.

Además de la energía liberada en el momento del impacto, la caída de asteroides o cometas también puede tener un efecto a largo plazo en los factores abióticos de los ecosistemas. Por ejemplo, el polvo y los gases expulsados por la colisión pueden oscurecer la atmósfera, reduciendo la cantidad de luz solar que llega a la superficie terrestre. Esto puede resultar en un enfriamiento global, similar a lo que ocurrió después de la colisión que llevó a la extinción de los dinosaurios. La disminución de la radiación solar puede afectar la fotosíntesis de las plantas y, como consecuencia, alterar las cadenas alimenticias y los equilibrios ecológicos.

Además, los impactos de asteroides o cometas pueden provocar incendios forestales generalizados debido al calor extremo generado por la explosión inicial y a los escombros en llamas que se dispersan. Estos incendios pueden destruir vastas áreas forestales, lo que tiene un impacto significativo en los ecosistemas terrestres y acuáticos. Los incendios pueden alterar el hábitat, reducir la biodiversidad, afectar la calidad del agua y liberar grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera, contribuyendo al calentamiento global.

Además de los efectos directos del impacto, los asteroides y cometas también pueden liberar una gran cantidad de gases y partículas en la atmósfera, lo que puede tener un impacto en la composición química de la misma. Estos gases y partículas pueden afectar la calidad del aire, provocando cambios en los patrones de lluvia, la acidificación de los cuerpos de agua y la formación de fenómenos atmosféricos extremos como tormentas y huracanes.

Es importante tener en cuenta que los efectos de la caída de asteroides o cometas pueden variar según la magnitud del impacto y la ubicación geográfica del evento. Eventos de menor escala, como el incidente de Tunguska en 1908, que fue causado por la explosión de un objeto cósmico en la atmósfera de Siberia, tuvieron un impacto localizado pero aún significativo. La explosión arrasó más de 2000 kilómetros cuadrados de bosque, derribando millones de árboles y causando daños a la vida silvestre en la región.

Figura 12.4. La hipótesis de que la caída de un meteorito fue responsable de la extinción masiva de los dinosaurios no aviares y otros grandes reptiles marinos se propuso por primera vez en la década de 1980 por los científicos Luis Alvarez y su hijo Walter Alvarez, junto con otros investigadores. Esta hipótesis se basó en el descubrimiento de una capa de iridio, un elemento raro en la Tierra pero común en los meteoritos, en rocas del límite Cretácico-Terciario (KT) en todo el mundo. Además, se encontraron otras evidencias, como cráteres de impacto, que respaldaban la idea de un evento catastrófico. Posteriormente, el hallazgo del cráter de Chicxulub en la península de Yucatán, México, confirmó la conexión entre el impacto del meteorito y la extinción masiva del KT.

En contraste, los eventos catastróficos de extinción en masa, como el que condujo a la desaparición de los dinosaurios hace aproximadamente 65 millones de años, tuvieron un impacto a escala global. Se cree que un cometa o asteroide de gran tamaño impactó la Tierra en la península de Yucatán, en lo que ahora es México, generando una enorme explosión y desencadenando cambios abióticos masivos. El polvo, los escombros y los gases expulsados por el impacto cubrieron la atmósfera, bloqueando la luz solar y alterando el clima global durante varios años. Estas condiciones extremas resultaron en la extinción de aproximadamente el 75% de todas las especies en la Tierra, incluyendo a los dinosaurios no aviares..

12.4 La Luna

La Luna es uno de los factores abióticos más influyentes en los ecosistemas terrestres, y su presencia tiene un impacto significativo en diversos aspectos de la vida en nuestro planeta. Desde las mareas hasta el comportamiento de los depredadores, la influencia de la Luna es fundamental para comprender y apreciar la complejidad de los ecosistemas.

Uno de los efectos más destacados de la Luna en los ecosistemas es su influencia en las mareas. Las mareas son el resultado de las fuerzas gravitacionales que ejerce la Luna sobre la Tierra. La interacción gravitacional entre la Luna y los océanos provoca la formación de dos abultamientos de agua en lados opuestos del planeta, uno que se encuentra frente a la Luna y otro en el lado opuesto. Estos abultamientos crean las mareas altas y bajas que experimentamos diariamente en las costas. Las mareas tienen un impacto significativo en los ecosistemas costeros, ya que afectan la distribución de los organismos marinos, la sedimentación y el intercambio de nutrientes entre el océano y la tierra.

Figura 12.5. El tiburón toro (Carcharhinus leucas) ha desarrollado adaptaciones para aprovechar los cambios en el nivel del agua durante las mareas. Su cuerpo robusto y musculoso le permite moverse en aguas tanto dulces como saladas, lo que le brinda la capacidad de explorar áreas cercanas a la costa donde las mareas pueden tener un impacto significativo. Durante las mareas altas, el tiburón toro aprovecha las inundaciones para adentrarse en áreas previamente inaccesibles y cazar presas que quedan atrapadas o desorientadas. Su habilidad para adaptarse a estos cambios le proporciona una ventaja competitiva en su entorno y lo convierte en un depredador eficiente en las zonas costeras.

Además de las mareas, la luz de la Luna también juega un papel crucial en los ecosistemas nocturnos. La luz lunar afecta los patrones de actividad de muchos animales, especialmente los depredadores nocturnos. Algunos depredadores, como los búhos y los gatos monteses, han desarrollado adaptaciones visuales que les permiten cazar de manera efectiva en condiciones de poca luz. Estos animales se benefician de la mayor visibilidad que brinda la luz lunar y pueden detectar y capturar presas con mayor facilidad durante las noches claras y con una Luna brillante. Por otro lado, las presas también han desarrollado estrategias para evitar a los depredadores durante las noches de Luna llena, como la reducción de su actividad y el uso de refugios seguros.

Además de los efectos directos en las mareas y el comportamiento de los depredadores, la Luna también puede influir en otros aspectos de los ecosistemas. Por ejemplo, se ha sugerido que la presencia de la Luna puede afectar los ritmos biológicos y reproductivos de algunos organismos, como las tortugas marinas. Estos animales dependen de la luz lunar para orientarse y encontrar su camino hacia el océano después de eclosionar. La falta de luz lunar o la presencia de luces artificiales pueden desorientar a las crías de tortuga y aumentar su vulnerabilidad a los depredadores o a otros peligros. Además, la Luna también puede influir en la polinización nocturna de algunas plantas, atrayendo a los polinizadores con su brillo y permitiendo la reproducción de ciertas especies.

Figura 12.6. El leopardo (Panthera pardus) posee una visión nocturna excepcional debido a la estructura de sus ojos y a la alta concentración de células fotorreceptoras llamadas bastones en su retina. Esto le permite captar incluso la menor cantidad de luz disponible durante la noche y detectar presas en la oscuridad. Sin embargo, a diferencia de otros felinos nocturnos como los leones y los tigres, el leopardo puede experimentar cierta disminución en su eficacia de caza durante la luna nueva. Durante esta fase lunar, la luz ambiente es mínima, lo que dificulta la visibilidad del leopardo y reduce su capacidad para detectar y perseguir presas con precisión. En estas circunstancias, el leopardo puede optar por ser más cauteloso y depender de su sigilo y habilidades de emboscada en lugar de la velocidad y la visión.

Otro aspecto interesante es el fenómeno conocido como "superluna". Una superluna ocurre cuando la Luna está en su punto más cercano a la Tierra en su órbita elíptica, lo que resulta en una apariencia más grande y brillante en el cielo nocturno. Este evento puede tener un efecto psicológico en las personas y despertar un mayor interés en la observación de la naturaleza y los ecosistemas. La superluna también puede tener efectos sutiles en los ecosistemas, como cambios en los niveles de luminosidad y temperatura nocturna, que podrían afectar el comportamiento de los animales y la flora.

Es importante destacar que los efectos de la Luna pueden variar según el ecosistema y la especie en cuestión. Algunos organismos pueden estar más influenciados por la presencia de la Luna, mientras que otros pueden tener adaptaciones o comportamientos que minimicen su impacto. Además, otros factores abióticos y bióticos también interactúan con la influencia lunar, creando un entorno complejo y dinámico.

12.5 La magnetosfera

La magnetosfera es un componente crucial del ecosistema terrestre que desempeña un papel fundamental en la protección de la vida en nuestro planeta. Aunque se encuentra mucho más allá de la atmósfera, su influencia abarca toda la Tierra, interactuando con los factores abióticos y desempeñando un papel vital en el mantenimiento de las condiciones adecuadas para la existencia de la vida. En este artículo, exploraremos en detalle la magnetosfera, sus características, su importancia para el ecosistema y su relación con otros factores abióticos que conforman nuestro entorno planetario.

La magnetosfera es una región que rodea a la Tierra, conformada por el campo magnético generado por su núcleo. Actúa como un escudo protector contra las partículas cargadas que provienen del Sol y del espacio exterior. Esta capa invisible de protección nos salvaguarda de la radiación y del viento solar, desviando y canalizando las partículas peligrosas alrededor de nuestro planeta.

Figura 12.7. La magnetosfera es una capa protectora que rodea la Tierra y está formada por el campo magnético generado en su núcleo. Actúa como un escudo frente a las partículas cargadas provenientes del Sol y del espacio exterior. Este campo magnético desvía y canaliza estas partículas alrededor del planeta, evitando que lleguen a la superficie terrestre y protegiendo así el ecosistema. La magnetosfera se extiende desde aproximadamente 1.000 kilómetros sobre la superficie terrestre hasta decenas de miles de kilómetros en la dirección opuesta al Sol. Además de su función protectora, la magnetosfera también genera fenómenos naturales como las auroras boreales y australes.

La magnetosfera se extiende desde aproximadamente 1.000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra hasta decenas de miles de kilómetros en la dirección opuesta al Sol. Su forma es similar a la de un cometa, con una cola que se extiende en dirección opuesta al viento solar.

Uno de los aspectos más destacados de la magnetosfera es su interacción con la atmósfera terrestre. El campo magnético protege la atmósfera de la erosión causada por el viento solar y mantiene su estabilidad. Sin la magnetosfera, la atmósfera sería más vulnerable a la pérdida de gases importantes, lo que podría alterar drásticamente las condiciones para la vida en la Tierra.

Además de su papel protector, la magnetosfera también juega un papel crucial en la generación de fenómenos naturales como las auroras boreales y australes. Estas luces brillantes y coloridas son el resultado de las interacciones entre el campo magnético terrestre y las partículas cargadas provenientes del Sol. Las auroras son un espectáculo impresionante que ocurre en las regiones polares y nos recuerdan la belleza y complejidad de nuestro entorno natural.

La magnetosfera no solo interactúa con la atmósfera, sino también con otros factores abióticos en el ecosistema terrestre. Por ejemplo, influye en el clima y el clima espacial, ya que regula la cantidad de radiación solar y cósmica que llega a la superficie terrestre. Esta regulación es esencial para mantener las condiciones adecuadas para la vida, evitando la sobreexposición a la radiación dañina.

Además, la magnetosfera también juega un papel en la navegación de animales migratorios, como aves y tortugas marinas. Estos animales utilizan las líneas del campo magnético terrestre para orientarse durante sus migraciones, lo que demuestra la importancia de la magnetosfera en la supervivencia y el equilibrio de los ecosistemas.

Sin embargo, a pesar de su importancia, la magnetosfera no es inmutable ni permanente. Ha habido cambios significativos en su estructura y fuerza a lo largo del tiempo geológico. Estos cambios pueden deberse a factores como la actividad solar, las variaciones en el campo magnético terrestre y otros procesos dinámicos en el sistema Tierra-Sol.

En los últimos años, ha habido preocupación por la posible disminución de la intensidad del campo magnético terrestre. Algunos estudios sugieren que esta disminución podría tener consecuencias para la magnetosfera y, en última instancia, para la protección de la vida en la Tierra. Sin embargo, se necesita una investigación continua para comprender mejor estos cambios y su impacto en nuestro ecosistema.

La explicación detallada del fenómeno de la magnetosfera es compleja y continúa siendo objeto de investigación científica. Han surgido diversas hipótesis y teorías para tratar de comprender mejor este fenómeno crucial en la protección de nuestro planeta.

Una de las teorías más aceptadas es la hipótesis del "dínamo geodinamo". Según esta teoría, la interacción entre la rotación de la Tierra y las corrientes convectivas en el núcleo externo, compuesto principalmente de hierro líquido y níquel, genera corrientes eléctricas. Estas corrientes eléctricas a su vez generan el campo magnético terrestre, dando origen a la magnetosfera.

Otras hipótesis plantean la influencia de fenómenos como la interacción entre el viento solar y el campo magnético terrestre, así como la contribución de otros elementos en el núcleo de la Tierra. Estas teorías sugieren que la magnetosfera es el resultado de múltiples factores complejos que interactúan entre sí.

Aunque todavía hay aspectos por descubrir y comprender completamente, la investigación en curso y el estudio de fenómenos relacionados, como las auroras boreales, nos ayudan a obtener una comprensión cada vez más profunda de la magnetosfera y su importancia en el ecosistema terrestre.

Es importante destacar que la naturaleza de la magnetosfera y su origen no son completamente definitivos, y se requiere un enfoque continuo de investigación y estudio para mejorar nuestra comprensión de este fenómeno esencial para la vida en nuestro planeta.

12.6 Factores antropogénicos

Los seres humanos, a lo largo de nuestra existencia, hemos tenido un impacto significativo en los ecosistemas del planeta. Nuestras acciones han introducido factores abióticos que pueden tener consecuencias negativas para la vida en la Tierra. Entre estos factores destacan la emisión de dióxido de carbono y la liberación de xenobióticos en forma de sustancias industriales sintéticas, como el plástico.

La emisión desmedida de dióxido de carbono es uno de los principales contribuyentes al cambio climático. La quema de combustibles fósiles, la deforestación y otras actividades humanas liberan grandes cantidades de este gas de efecto invernadero a la atmósfera. A medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, se intensifica el efecto invernadero, lo que provoca un aumento de la temperatura global y altera los patrones climáticos en todo el mundo. Estos cambios en el clima pueden tener efectos devastadores en los ecosistemas, provocando la pérdida de hábitats, la extinción de especies y el desequilibrio de los ciclos naturales.

Figura 12.8. Los cangrejos ermitaños, cuyo nombre científico es Paguroidea spp., enfrentan el desafío de adaptarse a un océano lleno de plásticos. Estos crustáceos han desarrollado una estrategia interesante para lidiar con esta contaminación. Utilizan trozos de plástico y otros desechos para proteger su cuerpo vulnerable y su abdomen. Aprovechan objetos como tapas de botellas o fragmentos de envases para crear una "casa" improvisada que los resguarde. Aunque esta adaptación les brinda cierta protección, es importante destacar que la presencia de plástico en los océanos sigue siendo perjudicial para el ecosistema marino en su conjunto y requiere de acciones de conservación y reducción de la contaminación.

Otro factor abiótico introducido por los seres humanos es el plástico, una sustancia sintética que ha invadido los ecosistemas terrestres y acuáticos. La producción y el uso masivo de plástico han llevado a la acumulación descontrolada de este material en la naturaleza. Los desechos plásticos, especialmente los de un solo uso, representan una grave amenaza para la vida silvestre. Las aves marinas, los mamíferos marinos y los peces confunden los desechos plásticos con alimentos y los ingieren, lo que puede provocar obstrucciones intestinales, asfixia y, en última instancia, la muerte. Además, el plástico puede tardar cientos de años en degradarse, persistiendo en el medio ambiente y contaminando los ecosistemas durante generaciones.

El uso generalizado del concreto y la expansión de las construcciones humanas también tienen un impacto significativo en la fauna salvaje. La urbanización y la infraestructura asociada fragmentan los hábitats naturales, dividiendo los ecosistemas en fragmentos más pequeños y aislados. Esto dificulta la capacidad de los animales para moverse, encontrar alimentos y refugio, y para reproducirse de manera efectiva. Además, la construcción de carreteras, edificios y otras estructuras puede generar barreras físicas que impiden el desplazamiento de la vida silvestre, lo que limita su acceso a recursos vitales y aumenta el riesgo de atropellos y colisiones con vehículos. La iluminación nocturna asociada con las áreas urbanas también puede alterar los patrones de comportamiento de los animales, afectando la migración, la reproducción y la búsqueda de alimento. Por lo tanto, es fundamental considerar los impactos de las construcciones en la fauna salvaje y tomar medidas para mitigar estos efectos, como la creación de pasos de fauna, áreas protegidas y la implementación de diseños amigables para la vida silvestre en los proyectos de construcción.

Figura 12.9. El halcón de Harris, cuyo nombre científico es Parabuteo unicinctus, ha demostrado una notable adaptabilidad a las ciudades. Esta rapaz se encuentra originalmente en hábitats abiertos y bosques, pero ha encontrado en las áreas urbanas un nuevo entorno propicio para su supervivencia. Los halcones de Harris se han adaptado a la presencia humana y han aprendido a aprovechar los recursos disponibles en las ciudades, como las palomas y las ratas urbanas, como fuentes de alimento. Además, han demostrado una mayor tolerancia al ruido y a la actividad humana en comparación con otras especies de aves rapaces. Esta adaptación exitosa a las ciudades resalta la increíble capacidad de algunas especies para aprovechar las oportunidades y adaptarse a los cambios ambientales provocados por los seres humanos.

Estos factores antropogénicos no solo afectan directamente a los ecosistemas, sino que también tienen consecuencias indirectas en la vida humana. Las extinciones masivas provocadas por el deterioro de los equilibrios ecológicos pueden tener repercusiones significativas en la seguridad alimentaria, la salud y el bienestar de las comunidades que dependen de los recursos naturales. La pérdida de biodiversidad puede alterar los servicios ecosistémicos clave, como la polinización de cultivos, el control de plagas y la purificación del agua, lo que afecta negativamente la disponibilidad de alimentos y agua limpia para la humanidad.

Es importante destacar que la protección de los ecosistemas y la preservación de la naturaleza no son solo cuestiones éticas o ambientales, sino también asuntos de salud pública. Nuestra salud y bienestar dependen en gran medida de la salud de los ecosistemas que nos rodean. Los ecosistemas saludables nos brindan aire limpio, agua potable, alimentos nutritivos y una variedad de servicios ecosistémicos que son esenciales para nuestra supervivencia.

13. Componentes evolutivos

Regresar al Índice

La evolución de las especies es un proceso complejo que involucra la interacción de múltiples factores, tanto bióticos como abióticos. En el estudio de la evolución, dos fuerzas principales han sido ampliamente reconocidas: la selección natural y la deriva genética. La selección natural actúa como un mecanismo de presión sobre las poblaciones, favoreciendo la supervivencia y reproducción de los individuos mejor adaptados a su entorno. Por otro lado, la deriva genética se refiere a los cambios aleatorios en la frecuencia de los genes en una población a lo largo del tiempo.

Sin embargo, es importante destacar que estos procesos evolutivos no ocurren en un vacío, no son entidades abstractas o espirituales, ellos toman la forma de factores bióticos o en este caso, de factores abióticos. Los factores abióticos, que incluyen aspectos físicos, químicos y astronómicos del entorno, también desempeñan un papel crucial en la evolución de las especies. En este artículo, exploraremos cómo algunos factores abióticos componen tanto la selección natural como la deriva genética, influyendo en la diversidad y adaptación de los organismos.

13.1 Selección natural

La naturaleza es un escenario implacable y despiadado, donde las especies luchan constantemente por sobrevivir y reproducirse. En este teatro de la vida, los factores abióticos del entorno desempeñan un papel crucial en la configuración de la evolución y la adaptación de los seres vivos. Aunque la selección natural es un proceso no dirigido, no es un juego de azar; más bien, es una respuesta adaptativa a los desafíos y oportunidades que ofrecen los factores abióticos.

Tomemos como ejemplo a las cabras de montaña, magníficas criaturas que desafían los elementos extremos de su hábitat alpino. Estas cabras no solo deben enfrentar las duras condiciones de temperatura, presión y viento, sino también lidiar con la escasez de agua en las alturas. Además, la estructura del suelo en el que se mueven, con sus riscos mortales y abismos profundos, es otro obstáculo que deben superar en su búsqueda de alimento y refugio. El suelo, a su vez, moldea la forma y la adaptación de los cascos de las cabras para garantizar su estabilidad en terrenos escarpados.

Figura 13.1. El íbice (Capra ibex) es una especie de cabra de montaña conocida por su capacidad excepcional para habitar en terrenos montañosos extremadamente empinados. Estos magníficos animales se encuentran en diversas regiones, desde los Alpes europeos hasta las montañas del Himalaya. Su anatomía está perfectamente adaptada a su estilo de vida vertical. Poseen patas musculosas y fuertes, con cascos curvados que les permiten escalar rocas y pendientes pronunciadas con facilidad. Además, su cuerpo está equilibrado y ágil, lo que les brinda una gran estabilidad y agilidad al moverse por terrenos abruptos. El íbice es un ejemplo asombroso de adaptación a los desafíos abióticos que presenta el entorno montañoso, lo que le permite sobrevivir y prosperar en uno de los hábitats más inhóspitos de la Tierra.

Pero los desafíos no terminan allí. Las tormentas de nieve que azotan las montañas representan una amenaza constante para la supervivencia de las cabras. La acumulación de nieve dificulta su movimiento y reduce la disponibilidad de alimento, lo que requiere que estas criaturas se adapten para enfrentar las adversidades climáticas. Aquellos individuos con características que les permitan lidiar con las condiciones invernales tendrán una mayor probabilidad de sobrevivir y transmitir sus genes a la siguiente generación.

Sin embargo, el entorno no solo presenta desafíos físicos, sino también depredadores acechantes. En las montañas, los leopardos de montaña se ocultan entre las rocas y arbustos, esperando el momento oportuno para atacar a sus presas. Estos depredadores forman parte del paisaje y representan una amenaza constante para las cabras de montaña. Aquellos individuos con adaptaciones defensivas, como la agilidad, el camuflaje y la capacidad de alertar al grupo ante la presencia de un depredador, tendrán más posibilidades de evitar el ataque y garantizar su supervivencia.

La selección natural actúa como un tamiz implacable, eliminando a aquellos individuos menos aptos y favoreciendo a aquellos mejor adaptados a su entorno. Los factores abióticos funcionan como las manos visibles que dan forma a la evolución, presentando retos y oportunidades que impulsan a las especies a desarrollar características y comportamientos específicos. Aquellos individuos con variaciones genéticas favorables para enfrentar estos desafíos tendrán más éxito en la reproducción, transmitiendo sus genes a las generaciones futuras.

Figura 13.2. La idea de la selección natural como un mecanismo impulsor de la evolución fue propuesta de manera conjunta por Charles Darwin y Alfred Russel Wallace. Estos dos científicos independientes llegaron a esta conclusión de forma simultánea y presentaron sus ideas de manera conjunta en 1858. Darwin, en su obra "El origen de las especies" publicada en 1859, desarrolló más detalladamente la teoría de la selección natural y su papel en el proceso evolutivo. La selección natural postula que aquellos individuos con características favorables para su entorno tienen mayores posibilidades de sobrevivir y reproducirse, transmitiendo esas características a las generaciones futuras. Esta idea revolucionaria transformó nuestra comprensión de cómo las especies se adaptan y evolucionan a lo largo del tiempo.

Volviendo a las cabras de montaña, podemos observar cómo su biología se ha moldeado a lo largo de múltiples generaciones en respuesta a los desafíos abióticos a los que se enfrentan. Los individuos con patas fuertes y cascos adaptados pueden moverse con agilidad por terrenos rocosos, asegurando su supervivencia y acceso a recursos alimenticios. Aquellos con pelaje denso y grueso están mejor protegidos del frío extremo, lo que les permite sobrevivir en condiciones climáticas adversas. Estas características, adquiridas a través de un proceso de selección natural, son esenciales para la supervivencia y reproducción exitosa de las cabras de montaña en su entorno hostil.

13.2 Deriva genética

En el maravilloso mundo de la evolución, dos fuerzas fundamentales moldean la diversidad biológica: la selección natural y la deriva genética. Si bien la selección natural se basa en la adaptación y la supervivencia del más apto o del apenas suficiente apto, la deriva genética es un fenómeno aleatorio que puede tener un impacto significativo en la composición genética de una población. A lo largo de la historia geológica de la Tierra, tanto los factores abióticos como los cambios ambientales han desempeñado un papel crucial en la manifestación de la deriva genética.

La deriva genética ocurre cuando los cambios en la frecuencia de los alelos en una población son el resultado de eventos aleatorios, como la deriva de genes de una generación a otra. A diferencia de la selección natural, donde ciertos rasgos confieren una ventaja en términos de supervivencia y reproducción, la deriva genética no está relacionada con la aptitud o la adaptación. En cambio, se basa en fluctuaciones aleatorias que pueden cambiar la frecuencia de los alelos en una población sin importar si esos alelos son beneficiosos, perjudiciales o neutrales en términos de aptitud.

Es importante destacar que la deriva genética puede tener un impacto más pronunciado en poblaciones pequeñas. En una población grande, los cambios aleatorios tienden a amortiguarse debido a la diversidad genética y la mayor oportunidad de mezcla de genes. Sin embargo, en poblaciones pequeñas, los eventos aleatorios pueden tener un efecto más significativo, lo que puede llevar a una mayor variabilidad entre las poblaciones y una mayor probabilidad de pérdida de alelos.

Existen varios factores abióticos que pueden desencadenar la deriva genética en un ecosistema. Uno de ellos es el efecto fundador, que ocurre cuando un pequeño grupo de individuos se separa de una población más grande y establece una nueva población en un área geográfica diferente. Debido a la pequeña cantidad de individuos en el grupo fundador, la variación genética inicial puede ser limitada, lo que puede llevar a una mayor influencia de la deriva genética en la nueva población.

Figura 13.3. El concepto de deriva genética fue desarrollado por primera vez por los científicos Sewall Wright y Ronald Fisher en la década de 1920. Wright, un genetista y estadístico estadounidense, formuló la teoría de la deriva genética para explicar cómo los cambios en la frecuencia de los alelos pueden ocurrir en las poblaciones a través del tiempo debido a factores aleatorios. Por otro lado, Fisher, un matemático y biólogo británico, también contribuyó a la comprensión de la deriva genética y su relación con la variación genética en las poblaciones. Sus trabajos pioneros sentaron las bases para el estudio de la deriva genética y su importancia en la evolución de las especies.

Además del efecto fundador, los eventos catastróficos pueden tener un impacto significativo en la deriva genética. Desastres naturales como erupciones volcánicas, terremotos o inundaciones pueden diezmar una población y reducir drásticamente la variabilidad genética. En tales situaciones, los sobrevivientes se convierten en la base para la recuperación de la población, y la deriva genética puede jugar un papel importante en la reconstrucción de la diversidad genética.

En términos de la historia geológica de la Tierra, eventos masivos como extinciones en masa también han dejado su huella en la deriva genética. Por ejemplo, la extinción de los dinosaurios no aviares al final del período Cretácico abrió el camino para la radiación adaptativa de los mamíferos. Durante este período, los mamíferos experimentaron una expansión diversificada en diferentes nichos ecológicos, y la deriva genética jugó un papel fundamental en la evolución y el surgimiento de nuevas especies.

Figura 13.4. La extinción de los dinosaurios no aviares, que tuvo lugar hace aproximadamente 65 millones de años, no se debió a que fueran primitivos o menos aptos en comparación con otras especies. Más bien, fue el resultado de un evento catastrófico: el impacto de un gran asteroide o cometa en la Tierra, conocido como el evento de Chicxulub. Esta catástrofe provocó una serie de consecuencias devastadoras, como cambios climáticos drásticos, incendios forestales masivos y la liberación de gases tóxicos.

La extinción de los dinosaurios no aviares es considerada un ejemplo clásico de deriva genética porque no fue el resultado de una selección natural basada en la adaptación y la aptitud, sino más bien un evento aleatorio y catastrófico. Los dinosaurios no aviares, que hasta ese momento eran exitosos y dominantes en el planeta, se vieron simplemente en el lugar equivocado en el momento equivocado.

Esta extinción masiva permitió que otros grupos de organismos, como los mamíferos y las aves, ocuparan los nichos ecológicos vacantes y se diversificaran en los ecosistemas posteriores. Fue un ejemplo claro de cómo los factores abióticos, en este caso el impacto catastrófico, pueden influir de manera significativa en la deriva genética y dar lugar a cambios drásticos en la composición y la evolución de las especies.

Es importante tener en cuenta que la deriva genética y la selección natural son fuerzas complementarias en el proceso evolutivo. Si bien la selección natural se basa en la adaptación y la supervivencia del más apto, la deriva genética puede generar cambios aleatorios que no están necesariamente relacionados con la aptitud. Ambos fenómenos moldean la diversidad biológica y contribuyen a la evolución de las especies.

14. Flujo de energía en un ecosistema

Regresar al Índice

El flujo de energía es uno de los componentes fundamentales para entender el funcionamiento de los ecosistemas. Es a través de este flujo que la energía solar capturada por los productores primarios se transfiere a diferentes niveles tróficos, permitiendo el mantenimiento de la vida y la realización de las diversas funciones biológicas. En el capítulo 14, exploraremos en detalle cómo se produce y se distribuye la energía en un ecosistema, analizando los procesos y las interacciones que ocurren en cada nivel trófico.

Desde los productores primarios, como las plantas y algas, hasta los consumidores primarios, secundarios y terciarios, el flujo de energía establece una cadena trófica que sustenta la existencia de los organismos en un ecosistema. Examinaremos cómo la energía se transforma y se transfiere a medida que los organismos se alimentan, crecen y se reproducen.

Además, abordaremos la importancia de los descomponedores en la descomposición de materia orgánica y la liberación de nutrientes, cerrando el ciclo de la energía en el ecosistema. También analizaremos los conceptos de productividad primaria y secundaria, y cómo estos indicadores reflejan la eficiencia y la transferencia de energía dentro de una comunidad biológica.

A lo largo del capítulo, exploraremos ejemplos concretos de flujos de energía en diferentes tipos de ecosistemas, desde los ecosistemas terrestres hasta los acuáticos. Analizaremos cómo factores abióticos como la disponibilidad de luz solar, la temperatura, el agua y los nutrientes influyen en el flujo de energía y en la estructura de las comunidades biológicas.

Comprender el flujo de energía en un ecosistema nos permite apreciar la complejidad y la interdependencia de los seres vivos en su entorno. Además, nos ayuda a comprender los impactos de perturbaciones o alteraciones en el flujo de energía, como la deforestación, la contaminación y el cambio climático. En este capítulo, exploraremos cómo la gestión adecuada de los flujos de energía puede contribuir a la conservación y el equilibrio de los ecosistemas, promoviendo la sostenibilidad y la preservación de la biodiversidad.

14.1 La cadena alimenticia

Las cadenas alimenticias han sido objeto de estudio y reflexión desde tiempos antiguos, y se remontan a los primeros filósofos y pensadores que intentaron comprender la relación entre los seres vivos y su entorno. Uno de los primeros en proponer un modelo de cadenas alimenticias fue el filósofo griego Empédocles, quien vivió en el siglo V a.C. Él postuló que los animales se alimentaban unos de otros en una cadena jerárquica de dependencia.

Posteriormente, en el siglo IV a.C., Aristóteles también abordó la idea de las cadenas alimenticias en su obra "Historia de los animales". Aristóteles observó y describió la interacción entre diferentes especies y propuso una estructura en la que los seres vivos se clasificaban en niveles tróficos según sus hábitos alimentarios.

Estos primeros filósofos sentaron las bases conceptuales de lo que más tarde se desarrollaría como el concepto de cadena alimenticia en el contexto de los ecosistemas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las cadenas alimenticias son simplificaciones de un fenómeno más complejo y dinámico: la red trófica. Esta red trófica abarca las interacciones alimentarias entre todas las especies presentes en una comunidad biológica, y representa las múltiples conexiones y flujos de energía que ocurren en un ecosistema.

La cadena alimenticia, como una abstracción del pensamiento o un error de muestreo, nos permite visualizar y comprender de manera más sencilla y ordenada la relación de depredación entre las especies. En su forma más básica, la cadena alimenticia se compone de niveles tróficos, donde los productores (como las plantas) capturan la energía solar a través de la fotosíntesis y la convierten en materia orgánica. Los consumidores primarios (herbívoros) se alimentan de los productores, los consumidores secundarios (carnívoros) se alimentan de los consumidores primarios, y así sucesivamente. Finalmente, los descomponedores (como bacterias y hongos) descomponen la materia orgánica muerta y la reciclan en el ecosistema.

Sin embargo, es importante destacar que esta representación simplificada no captura la complejidad de las interacciones en una comunidad biológica. En realidad, las especies están conectadas en una red trófica más intrincada, donde existen múltiples conexiones y vías de alimentación que se entrelazan.

La energía es un factor crucial en el análisis ecosistémico, ya que es el factor biótico que une y sostiene toda la red trófica. La energía fluye a través de los diferentes niveles tróficos, ya sea en forma de luz solar capturada por los productores o en forma de energía química almacenada en los tejidos de los organismos. Esta energía impulsa los procesos vitales de los organismos y mantiene el flujo de materia y energía a través del ecosistema.

14.2 Productividad primaria y secundaria

La producción primaria de un ecosistema se define como la generación de nueva biomasa a partir de materiales inorgánicos por parte de los organismos autótrofos durante un periodo de tiempo definido. Los organismos que se encargan de la producción primaria se denominan productores primarios. Los ecólogos distinguen entre la producción primaria bruta y la producción primaria neta. La productividad primaria bruta es toda la biomasa generada por los organismos autótrofos, mientras que la productividad primaria neta es lo que queda después de que los autótrofos han descompuesto parte de dicha biomasa para sustentar sus operaciones metabólicas de tipo catabólico. La productividad primaria neta en consecuencia es lo que queda para que los consumidores puedan sustentarse.

Figura 14.1. Pirámide trófica. El estudio de la productividad de un ecosistema y su relación con la biodiversidad de una cadena alimenticia idealizada conllevaron al desarrollo del modelo de la pirámide trófica. La relación es más fuerte en los depredadores ápex, los ecosistemas poco productivos tienen pocos depredadores ápex y estos son poco diversos, mientras que los ecosistemas productivos tienen varios depredadores ápex y de diversidad especies.

Los productores primarios son seres vivos que aportan energía al sistema, ya sea desde el Sol o desde los compuestos químicos, y por eso se los denomina generalmente autótrofos. Los demás son heterótrofos. El éxito de los ecosistemas basados en la fotosíntesis se debe a que su productividad neta es colosal, y por eso la biomasa de estos ecosistemas es mucho mayor en comparación con la de ecosistemas basados en la oxidación de minerales inorgánicos. La productividad secundaria es la biomasa producida por los organismos heterótrofos en un período determinado de tiempo. En este sentido el consumo debe ser de materia orgánica, ya sea de los productores primarios, de otros consumidores secundarios, o de materia orgánica en descomposición.

Los consumidores primarios se alimentan directamente de los productores, generalmente son los herbívoros. Los consumidores secundarios son los depredadores, aunque pueden existir subniveles en este caso “depredadores que son depredados a su vez por otros más grandes”. Los descomponedores se alimentan de seres vivos muertos, o de desechos como piel desechada, trozos de detritos, excrementos entre otros, pero formalmente tambien los describiremos como consumidores.

14.3 Niveles tróficos y la pirámide trófica

El concepto de productores y consumidores permite modelar los ecosistemas de forma simplificada, incluso más simple que una cadena alimenticia. Este modelo se denomina niveles tróficos y es representado por medio de una pirámide. La pirámide posee una serie de niveles o niveles tróficos.

Un nivel trófico se define como la posición en una red alimenticia y es determinada por el número de transferencias de energía desde los consumidores primarios. Los productores primarios ocupan el primer nivel trófico, debido a que ellos permiten el ingreso de materia inorgánica como el dióxido de carbono, agua, y otras sustancias inorgánicas al biosistema, permitiendo su crecimiento y expansión. Los herbívoros y los detrivoros son denominados consumidores primarios o de primer orden y ocupan el segundo nivel trófico. Los consumidores de segundo órden son por lo general eucariotas animales, pero en ocasiones también tenemos a algunas plantas de infestan a otros productores para sobrevivir, así como todos los parásitos de los consumidores de primer orden.

Los depredadores carnívoros que también son generalmente eucariotes animales, aunque también existen hongos, parásitos, bacterias y algunas plantas ocupan el tercer nivel trófico. Los depredadores de orden superior, aquellos que se encuentran en la cima de sus ecosistemas ocupan el tercer nivel trófico. Cada nivel trófico puede contener cientos de especies, sin embargo, la cantidad de especies es inversamente proporcional al nivel, de forma tal que en el cuatro nivel trófico la cantidad de depredadores de nivel superior pueden contarse con los dedos de una mano. Este modelo por niveles se ilustra en el siguiente esquema.

Figura 14.2. Biomasa y niveles tróficos. La biomasa de los niveles tróficos superiores es siempre inferior a la que tienen los niveles basales, esto se debe a pérdidas de energía que se dan cuando la materia y energía se transfieren durante la depredación.

La producción primaria es la etapa fundamental para cualquier ecosistema, ya que todos los consumidores, inclu6yendo los humanos depende de la producción primaria para su existencia. Debido a su importancia y debido a que las tasas de producción primaria varían mucho de un ecosistema a otro, los ecólogos estudian los factores que controlan las tasas de productividad primaria, de forma tal que estos conocimientos puedan ser aplicados luego a los sistemas de producción primaria regulados por los humanos, de los cuales dependemos, hablamos de la agricultura.

14.4 La pirámide energética

Los ecólogos han desarrollado diferentes métodos para comparar y cuantificar los niveles tróficos dentro de un ecosistema. Una de las formas más comunes es analizar la cantidad de individuos y la biomasa presentes en cada nivel trófico, lo cual brinda una aproximación de la energía almacenada en esos niveles. Estos datos se representan gráficamente mediante las pirámides ecológicas, que visualmente nos muestran la distribución de energía en cada nivel trófico.

En una pirámide ecológica, la base de la pirámide representa a los productores, como las plantas, que capturan la energía del sol a través de la fotosíntesis y la convierten en materia orgánica. Luego, se encuentran los consumidores primarios, que se alimentan de los productores, y a continuación los consumidores secundarios, que son carnívoros que se alimentan de los consumidores primarios. Dependiendo del ecosistema y de quién dibuje la pirámide, puede haber más niveles de consumidores, como los carnívoros superiores.

Cada barra en la pirámide ecológica tiene un área relativa proporcional a los valores de "número de individuos, biomasa o energía relativa" presentes en ese nivel trófico. Esto nos permite visualizar y comparar la cantidad de energía almacenada en cada nivel. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las pirámides ecológicas generalmente tienen pocos niveles, ya que la energía transferida al siguiente nivel trófico es considerablemente menor, aproximadamente menos del 10%, en comparación con la energía contenida en el nivel anterior.

Figura 14.3. La pirámide trófica y energética. En promedio en el paso de un nivel a otro se pierde el 90% de la energía en forma de calor.

Otra forma de representar la estructura de una comunidad biológica es mediante una pirámide de poblaciones. En esta pirámide se muestra el número de individuos de todas las especies que pertenecen a un nivel trófico específico. Sin embargo, las pirámides de poblaciones tienen limitaciones, ya que no indican la biomasa de cada nivel y no representan adecuadamente la cantidad de energía aproximada que se transfiere al siguiente nivel trófico.

La razón por la cual las pirámides ecológicas tienen pocos niveles se debe a los principios de la termodinámica y la eficiencia energética. Ningún proceso químico, biológico o físico es 100% eficiente debido a la segunda ley de la termodinámica, que establece que en cualquier transferencia de energía, siempre habrá pérdidas de energía en forma de calor. Esto implica que a medida que la energía se transfiere a través de los diferentes niveles tróficos, se pierde una parte considerable de la energía en forma de calor y en actividades metabólicas.

Por lo tanto, cuando llegamos a los depredadores del cuarto nivel en una cadena trófica, obteniendo su energía de los consumidores del tercer nivel, están obteniendo una fracción mucho menor de la energía original capturada por los productores. Esto implica que los depredadores de niveles superiores, como los depredadores de quinto nivel, no podrían depender exclusivamente de los depredadores del cuarto nivel para su supervivencia, ya que la energía transferida sería insuficiente para mantener sus necesidades energéticas.

Otro aspecto importante a tener en cuenta es que los depredadores del cuarto nivel no solo se alimentan de los consumidores del segundo nivel, sino también de los depredadores del tercer nivel. Esto crea una red trófica compleja en la que múltiples interacciones alimentarias se entrelazan. Estas interacciones son dinámicas y pueden cambiar a lo largo del tiempo, lo que influye en la estructura y la estabilidad de la comunidad biológica.

14.5 Variación en la productividad de un ecosistema

Si se encuentra un sistema con un estupendo equilibrio de todos estos factores, la productividad es alta, como ocurre en las regiones tropicales. Si uno de estos factores está desequilibrado puede causar disensos en la productividad como ocurre en los desiertos.

Tabla 14.1. NPP significa productividad primaria neta y se expresa en masa seca en gramos por metro cuadrado por año. Solo aplica para cultivos, si se hace referencia a ganado se emplea el concepto de productividad secundaria, la cual es cerca de un 0.02% de la productividad primaria. Alimentar ganado para producir carne es muy ineficiente en términos de alimentar a una población creciente.

Los ecólogos han determinado que la riqueza de especies de un ecosistema es inversamente proporcional a su productividad, algo bastante contraintuitivo, pero que se ha medido con diversas especies en una amplia variedad de ecosistemas. La hipótesis más aceptada es que en ecosistemas menos productivos, la producción se realiza de manera especializada, en zonas específicas, y, por ende, las especies se especializan para poder obtener los suficientes recursos. Los seres humanos actualmente consumen muchos más recursos de la producción primaria del planeta de lo que lo hace cualquier otra especie en el planeta. Investigadores en 1986 determinaron que los seres humanos consumían cerca del 32-40% de la producción primaria del planeta. Para evitar la debacle, los seres humanos han incrementado la eficiencia de sus cosechas, tecnificado las grajas, y empleado fertilizante para mejorar la productividad, con lo cual para el año de 2001 la tasa de consumo de recursos se había mantenido estable.

Figura 14.4. Crecimiento de la población humana. No es necesario ser un genio para intuir que los recursos del planeta simplemente no podrán contener a toda la población al ritmo de crecimiento que se ha generado en los últimos 150 años.

Sin embargo, esto significa que los seres humanos han estado incrementando la productividad no solo de los sistemas biológicos al cargo de la agricultura, sino de todos los ecosistemas del planeta, debido a que los ciclos biogeoquímicos abarcan toda la biósfera. Lo anterior implica claramente que se manera indirecta se estaría favoreciendo una disminución de la diversidad. Más aun, el incremento en la productividad va al costo de la calidad de los suelos, por lo que el incremento de la productividad no se ve como una alternativa sustentable al largo plazo, a menos que, ocurran alteraciones que disminuyan la población humana a la fuerza, como una epidemia, una hambruna o una guerra.

15. Productividad de un ecosistema

Regresar al Índice

Las interacciones entre los factores bióticos y abióticos están influenciadas por flujos y transformaciones de energía. Por ejemplo, de la luz del Sol que llega al domo del bosque, parte es reflejada nuevamente a la atmósfera, otra es convertida en calor, otra es absorbida por la clorofila para convertirla en energía útil para los seres vivos. La temperatura del bosque afecta la tasa de reacciones bioquímicas y la transpiración del bosque como un todo.

Las plantas emplean la radiación activa por la fotosíntesis para transformar el dióxido de carbono y otras sustancias inorgánicas en azúcares y otras formas de biomoléculas para aumentar su masa, un proceso denominado como fijación de carbono. Las plantas emplean parte de esta energía almacenada en biomasa para alimentarse, crecer y reproducirse. Una porción de la biomasa del bosque es consumida por los herbívoros, alguna por los detrivoros, y otra regresa al suelo como materia orgánica en descomposición que enriquece el suelo. La energía contenida en la biomasa del bosque es la que impulsa el movimiento de los animales, desde la potencia de un águila hasta la destreza de un colibrí.

Podemos ver al bosque como un sistema que absorbe, transforma y almacena energía. En este punto de vista, las estructuras físicas, químicas y biológicas se hacen inseparables, ya que las propiedades del sistema no solo dependen de los componentes por separado, sino también de sus múltiples interacciones. Cuando miramos al bosque, el arrecife de coral o al lago bajo este punto de vista integral no reduccionista estamos hablando de un ecosistema.

15.1 Patrones en la producción primaria terrestre

La productividad primaria terrestre se encuentra limitada por la temperatura y la disponibilidad de agua y minerales. Los ecosistemas más productivos son aquellos que poseen acceso a climas cálidos con buena iluminación durante todo el año, con una alta disponibilidad de agua, y una amplia accesibilidad a nutrientes inorgánicos como el nitrógeno y el fósforo. Hay que destacar que dicha productividad en ocasiones no es accesible a cualquier conjunto de especies. Por ejemplo, los bosques tropicales lluviosos tienen una adaptación simbiótica que les permite obtener nitrógeno del aire, ya que los suelos del Amazonas son en realidad bastante pobres en nutrientes, por tal razón cuando se despeja la selva para remplazarlo por monocultivos las situación tiende al fracaso.

Figura 15.1. Productividad vs disponibilidad de agua. Efecto en la productividad de un ecosistema de praderas templadas o altiplanos de la disponibilidad de agua, la tendencia implica que a mayor disponibilidad de agua, la productividad del ecosistema aumenta

Disponibilidad de agua

En la Figura 24 podemos observar una relación directamente proporcional entre la cantidad de disponibilidad de agua en forma de milímetros de agua de precipitaciones por año con respecto a la biomasa neta generada por los productores primarias, la relación muestra una tendencia lineal directamente proporcional, a más agua mayor productividad. Esta relación directamente proporcional es más que evidente cuando se analiza el primer paso de la fotosíntesis. Todas las plantas verdes requieren agua en el primer paso de la fotosíntesis para obtener protones y electrones de baja energía, con la luz del Sol los electrones se excitan a niveles altos de energía y luego los protones generados son empleados para generar diferencias voltaicas, convirtiendo a las plantas en verdaderas centrales bio-eléctricas que transforman la energía del Sol en biomasa por medio de sus metabolismos anabólicos. En consecuencia, si hay mayor disponibilidad de agua, la eficiencia de la fotosíntesis será más alta.

Figura 15.2. Justus Liebig (1803-1873). Fue un químico alemán, considerado uno de los pioneros en el estudio de la química orgánica.

Disponibilidad de minerales

Sin embargo, a pesar de las tendencias lineales en el esquema anterior aun quedaría responder la pregunta ¿porque las diferencias? Evidentemente las diferencias son más que significativas y no pueden adjudicarse al simple azar. Aquí es donde ingresa la fertilidad del suelo. Los granjeros han sabido por milenios que existen sustancias que estimulan la fertilidad del suelo y a las cuales les hemos dado el nombre de fertilizantes, aunque solo hasta la era industrial es que estos han sido empleados a gran escala. Esto se debe a que solo hasta el siglo XIX fue posible identificar con claridad cuáles eran las sustancias necesarias y cuales eran embustes. Los cultivos requieren nitrógeno (N) o fósforo (P) para aumentar la productividad primaria. Normalmente estas sustancias son escasas en los ecosistemas, y los organismos a nivel microscópico luchan literalmente para obtenerlas, algunas veces por las malas como en los parásitos o algunas plantas carnívoras, o en otros casos mediante las simbiosis mutialistas de las micorrizas entre bacterias, hongos y

Figura 15.3. Efecto de la disponibilidad de minerales 1. La adición de fertilizantes duplicó la productividad de los ecosistemas experimentales con respecto a sus respectivos controles. Otros estudios han determinado que el efecto combinado de varios nutrientes es superior a la adición de cada uno por separado, lo cual implica un efecto sinérgico de los nutrientes limitantes, probablemente para la producción de proteínas clave que requiere de varios tipos de elementos diferentes.

Fue Justus Liebig en 1840 quien afirmó que los nutrientes orgánicos eran verdaderos límites para el crecimiento de las plantas. El también sugirió que la limitación para el crecimiento de las plantas a un solo o unos pocos nutrientes. Este límite hipotético para la productividad del ecosistema se conoce como la ley del mínimo de Liebig. En la actualidad sabemos que la idea de Liebig es demasiado simplista, los factores limitantes tienden a ser numerosos, pues el contenido químico de cada suelo es diferente. Sin embargo, la idea subyacente es correcta, existen compuestos químicos que limitan la productividad potencial máxima de los productores primarios, así que, si se proporcionan artificialmente dichos nutrientes al suelo, la productividad debería aumentar, solo es cuestión de determinar cuales la composición especifica de nutrientes limitantes en cada suelo.

La idea fue rápidamente aplicada a la productividad agrícola, y ha sido uno de los factores decisivos que ha permitido mantener la población humana alrededor del mundo. Gaius Shaver y Stuart Chapin en 1986 estudiaron el potencial de la limitación de nutrientes en la tundra ártica. Adicionaron fertilizantes comerciales que contenían fosforo, nitrógeno y potasio a varios ecosistemas de la tundra ártica en Alaska.

Disponibilidad de luz

El último factor es la disponibilidad de luz durante el año. Cuando analizamos ecosistemas más lejanos del ecuador, su productividad es inferior debido a que la calidad de la luz disminuye a medida que se avanza al invierno. La cantidad de luz también afecta otros factores abióticos, por ejemplo, la disponibilidad de agua. A medida que la temperatura desciende el agua se transforma el hielo, y en estado sólido el agua no está disponible para la fotosíntesis u otras necesidades de tipo biológico. Esto también afecta la disponibilidad de los nutrientes del suelo, para que una planta pueda absorber fosforo o nitrógeno, estos deben estar disueltos en agua líquida, en estado sólido estos no se disuelven y quedan arrestados en el suelo.En consecuencia, durante el invierno las plantas no pueden hacer fotosíntesis por la falta de luz y agua. Y no pueden obtener nutrientes del suelo, por esta razón pierden sus hojas durante este periodo e ingresan en un estado de reposo a la espera de que las condiciones mejoren.

Figura 15.4. Efecto de la disponibilidad de minerales 1. En el esquema anterior tenemos dos tratamientos, una zona seca “Izquierda” y una zona húmeda “Derecha”. En todos los casos la zona húmeda tenia mayor productividad, sin embargo, la adición de nutrientes (P) fosforo y (N) nitrógeno aumentaba la productividad con respecto a los controles de forma significativa. Sin embargo, los sistemas con mayor productividad fueron aquellos en los que se empleaba una mezcla de fertilizantes.

15.2 Patrones en la producción primaria acuática

El principal limitante en la productividad acuática es la disponibilidad de nutrientes, lo cual es lógico por el lado del agua, ya que estos ecosistemas se definen precisamente por la absoluta disponibilidad de esta sustancia mineral. Evidentemente las relaciones positivas entre la cantidad de nutrientes y la productividad de zonas experimentales como lagos pequeños es más que algo comprobado, aunque eso no siempre es algo bueno. Si la vida vegetal aumenta su productividad esta prolifera en la superficie del cuerpo de agua, generando una barrera a la luz y al oxígeno, básicamente asfixian todo lo que hay por debajo, proceso denominado eutrofización.

Figura 15.5. Productividad oceánica. Los ecosistemas más productivos en los océanos se encuentran cerca de las costas, pues reciben materiales erosionados de las montañas a través de los ríos. El mar abierto es básicamente un desierto.

En cuanto a las tendencias planetarias, por lo general los mares costeros y de muy baja profundidad cercanos a las costas como el mar Mediterráneo tienen una productividad mucho más alta que la de los mares abiertos. Este fenómeno no solo se explica por la disminución de nutrientes provenientes de los ríos, sino por el hecho de que, a mayor profundidad de las aguas, la cantidad de luz disponible es inferior, disminuyendo la cantidad de energía que ingresa al ecosistema.

Sin embargo, aún falta responder la pregunta de por qué los mares árticos pueden llegar a ser más productivos que muchos mares tropicales, aun cuando la disponibilidad de luz es tan diferente. Una de las posibles respuestas es que en el agua el oxígeno es el que se convierte en un elemento limitante. Las aguas frías permiten una mayor solubilidad del oxígeno y en consecuencia pueden contener más biomasa animal que en los mares cálidos. A pesar de esto cabe preguntarse qué pasa con el Sol, y la respuesta es que igual también es un factor limitante.

De hecho durante los últimos 20 años con el derretimiento de los casos polares, una mayor superficie de agua ha quedado liberada a la luz del Sol, lo cual ha traído consigo un aumento desproporcionado de la productividad primaria de los mares polares (Arrigo, van Dijken, & Pabi, 2008; Z. W. Brown, Van Dijken, & Arrigo, 2010; De Senerpont Domis et al., 2013). Sin embargo, las consecuencias a largo plazo de esta alteración en el equilibrio de la productividad primaria del ártico aún están por verse.

15.3 Diversidad de los productores primarios

En la actualidad los estudios solo se enfocan a la diversidad de especies en un ecosistema, ignorando otras variables que podrían tener efectos estadísticamente significativos. Múltiples estudios han dado como resultado un patrón constante, a mayor cantidad de especies en un ecosistema hay una mayor biomasa, es decir una mayor productividad. En este caso la causalidad no se debe a ninguno de los dos factores involucrados sino a otras variables como la triple disponibilidad de luz, agua y nutrientes. Ecosistemas con mayor disponibilidad de estos tres componentes tienen más energía disponible para una mayor cantidad de especies. Sin embargo, esta explicación ha demostrado ser limitada, experimentos realizados por David Tilman, Peter Reich, y Forest Isbell demostraron que, en un mismo ecosistema, al aumentar artificialmente la cantidad de especies la productividad aumentaba. Esto debe tomarse con pinzas, ya que las especies insertadas no deben competir con las nativas, sino que deben formar lasos simbióticos que favorecen la sobrevivencia del conjunto como un todo. En el agua también se observa este patrón, y nuevamente la explicación más lógica para esto es que a mayor cantidad de especies la probabilidad de encontrar relaciones simbióticas mutualistas aumenta, de forma tal que la productividad de los grupos simbióticos es superior a la de las especies por separado.

15.4 Influencia de los consumidores

Los consumidores pueden influenciar la productividad primaria de un ecosistema terrestre o acuático a través de las cascadas tróficas. Hasta ahora solo hemos analizado los efectos de los factores abióticos en la productividad de un ecosistema, pero los factores bióticos también juegan un rol preponderante en la autoregulación del ecosistema como un todo.

Figura 15.6. Depredador como especie clave. Aunque a primera vista es contra-intuitivo, la presencia de un depredador ápex aumenta la biodiversidad y estabilidad de un ecosistema, tanto en sus factores bióticos como abióticos, por ejemplo, los lobos pueden afectar hasta el curso de los ríos por su efecto indirecto en la población de árboles que a su vez regulan la erosión de los cursos de agua.

La limitación de los factores bióticos también se diferencia por el modo en que ejercen su control, Los nutrientes ejercen su control en la base de la pirámide afectando directamente a los productores y a través de ellos al resto de los organismos. Los controles de los factores bióticos se ejercen desde la cima de la pirámide a través de los consumidores de tercer orden en el cuarto nivel de la pirámide. Por esta razón los ecólogos los denominan controles ascendentes y controles descendentes respectivamente. En esta sección discutiremos los efectos de los controles descendentes realizados por los factores bióticos conocidos como los depredadores de orden superior, que para ser francos también son de lo más cool de ver en un ecosistema.

Figura 15.7. Sobrepesca y biodiversidad. La sobre-explotación de una especie clave conlleva a una degradación de la biodiversidad del ecosistema completo.

Una cascada trófica es el conjunto de efectos generados por los depredadores sobre sus presas, y a su vez estas sobre sus respectivas fuentes de alimento. Debido a que las poblaciones y diversidad de los depredadores del cuarto nivel de la pirámide son tan bajas, su efecto general en el ecosistema es descomunal, y se acumula exponencialmente a cada vez que desciende en la cadena trófica. De hecho, varios experimentos en los lagos han demostrado que el efecto cascada de los depredadores puede causar desviaciones notables en la productividad neta del ecosistema. Este fenómeno está relacionado con el concepto de especie clave de un ecosistema.

Ciertas especies son denominadas especies clave, las cuales son cruciales en determinar la naturaleza de una comunidad. Las especies clave permiten inferir el estado de una comunidad e inclusive de un ecosistema mediante su número, dispersión, actividades y salud. Las demás especies de una comunidad dependen o están fuertemente influenciados por las especies clave. Las especies clave por lo general no son las especies más abundantes de una comunidad. Aunque representadas por pocos individuos en comparación con otras especies, afectan las relaciones de otras especies entre sí o con los factores abióticos como el agua, la luz u otros recursos clave.

Por lo general el impacto de las especies clave es desproporcionado con respecto a su abundancia, por lo cual la identificación y la protección de estas especies se ha convertido en uno de los objetivos cruciales de la bioconservación en todo el mundo. Si una especie clave desaparece de una comunidad, muchas otras especies pueden desaparecer con ella. El problema con este concepto vuelve a ser la dificultad con la que los ecólogos lidian al determinar la red de relaciones de un ecosistema, debido a que, si no se pueden determinar todas las relaciones de una comunidad, es mucho más difícil medir la intensidad de las relaciones de una especie determinada en dicha red de relaciones.

La diferencia con el concepto de especie clave es que aquí tenemos en cuenta solo a las especies que se encuentran en la cima de la pirámide trófica y se toman en cuenta los efectos de los factores abióticos como la disponibilidad de agua, minerales y la temperatura.

La típica experiencia es tener tres niveles tróficos, un depredador máximo “lobo”; herbívoros “especies de siervos, renos etc”; y productores primarios. Si los lobos desaparecen, las poblaciones de herbívoros se incrementan de manera exponencial hasta la capacidad de carga, para luego abrumar a los productores quienes empiezan a ser consumidos más rápido de lo que pueden reproducirse. Con el tiempo los alimentos escasean y los herbívoros mueren de hambre. Pero no solo los herbívoros grandes se ven afectados, también los pequeños, lo cual subsecuentemente causa la extinción de poblaciones de depredadores intermedios como zorros y búhos. Uno de los ejemplos más paradigmáticos fue la reintroducción de los lobos en el parque de Yellowstone en 1995, una sola especie alteró todo el ecosistema, desplazando a algunos depredadores que habían inmigrado al parque como especies invasoras, mejorando las poblaciones de muchas especies de herbívoros menores, así como de otros organismos, y más aun incrementando la diversidad de especies vegetales.

En el ejemplo anterior se puede ver la cascada de efectos de una sola especie sobre un ecosistema famoso y grande. Es por esto que los conservacionistas ponemos el grito en el cielo con las masacres de depredadores grandes e importantes como tigres, leones, lobos, y osos, su presencia o ausencia no es meramente una cuestión ética, para que nuestros hijos puedan observar a estas majestuosas criaturas, sino también una cuestión práctica en el hecho de que ellos mantienen bajo control a sus respectivos ecosistemas, ecosistemas de los cuales muchas poblaciones humanas dependemos de forma directa o indirecta.

15.5 Producción secundaria y la historia de la pirámide energética

Raymond Lindeman (1942) recibió du Doctorado Filosófico (Ph,D) en la Universidad de Minnesota en 1941, donde su grupo de investigación y el llegaron a una aproximación del estudio de la ecología muy adelantado para su época. Estas tertulias conllevaron al desarrollo de uno de los artículos más influyentes de la historia de la ecología denominado “El aspecto dinámico-alimenticio de la ecología” “The Trophic-Dynamic Aspect of Ecology” (Lindeman, 1942). En este artículo se describía la organización del ecosistema por medio de un hilo conductor que no era un ser vivo, era la propia energía, artículo que sigue vigente hoy en día.

Figura 15.8. Raymond Laurel Lindeman (1915-1942). Fue un ecólogo que trabajó en el establecimiento del campo de ecología de sistemas.

Al igual que Tansley antes que él, Lindeman señaló lo artificial y sesgado que era estudiar a los seres vivos de forma separada de sus ecosistemas, y promovió una visión ecosistémica de la naturaleza. Lindeman concluyó que el concepto de ecosistema era fundamental para el estudio de las dinámicas alimenticias o dinámicas tróficas, las cuales el definió por medio de las transferencias energéticas de un lugar del ecosistema a otro.

Figura 15.9. Productividad y niveles tróficos. El trabajo de Lindeman fue experimental y realizó mediciones en dos lagos diferentes, con resultados similares, los cuales se muestran en los siguientes esquemas. En ambos casos los niveles tróficos generales era pocos, y de hecho a mayor productividad en el primer nivel, de los productores, mayor era la transferencia a los siguientes niveles, de este modo solo el lago más productivo “Mendota” podía sustentar depredadores superiores.

De hecho, fue Lindeman quien sugirió el modelo piramidal para entender la dinámica de estas transferencias energéticas que hemos introducido anteriormente en esta sección. El porcentaje de biomasa producida en los niveles más bajos que se transfiere a los niveles superiores se denomina eficiencia ecológica, y ronda un 10%, sin embargo, dependiendo del ecosistema puede tener un rango de variabilidad del 5% al 20%. Lindeman hizo su tarea de revisión de antecedentes y decidió otorgar el crédito de la idea de la pirámide energética a Charles Elton (1927) quien fue el primero en proponer la idea, aunque Lindeman es sin duda quien la puso en el centro del debate de la comunidad de ecólogos desde entonces, además de haberse convertido en uno de los conceptos centrales de la ecología escolar estandarizada y reglamentada alrededor del mundo.

15.6 Vínculo entre la producción primaria y secundaria

¿Existe una correlación entre la productividad primaria y la productividad secundaria en un ecosistema? ¿Si la producción primaria se incrementa, la productividad secundaria incrementará proporcionalmente? Las observaciones experimentales demuestran claramente que un aumento en la productividad primaria genera un aumento en la abundancia de todos los demás niveles tróficos. Para entender lo problemático de esta observación debemos regresar a la idea de la dinámica de las poblaciones, si tenemos un sistema de dos especies, una consumidora y otra productora, el aumento de la producción conlleva a un aumento retardado en el consumo primario hasta llegar a la capacidad de carga, momento en el cual ambas poblaciones caen para esperar el reinicio del ciclo, este es el típico modelo Lotka-Volterra. Si se introduce un depredador, se supondría matemáticamente que la población de productores aumenta, la de consumidores disminuye y la de depredadores permanece constante. El problema aquí radica en que estamos teniendo una visión matemáticamente demasiado reducida.

Como vimos anteriormente, un ecosistema con mayor productividad también tiende a tener una mayor diversidad de especies, por lo que los depredadores al concentrarse en alguna especie que aumenta su abundancia la controlan hasta que esta se regula, en ese momento se vuelve difícil de encontrar, pero alguna otra especie se hace abundante y los depredadores cambian de presa preferida. Esto asegura que los depredadores controlan las poblaciones de consumidores primarios, pero jamás logran regular sus poblaciones al máximo como se predice en un modelo Lotka-Volterra clásico.

Al introducir más especies a un sistema Lotka Volterra las ecuaciones se complican, pero el efecto en la gráfica es lo más interesante, y es que los picos y valles de las poblaciones se hacen menos pronunciados, lo cual se traduce en alteraciones de la abundancia de todas las poblaciones menos pronunciados, en otras palabras, un ecosistema más diverso es también más estable.

16. Ciclos biogeoquímicos

Regresar al Índice

El intercambio de nutrientes entre uno organismo y su medioambiente es uno de los aspectos esenciales de la función de un ecosistema, ya que en ella podemos evaluar directamente las relaciones entre los factores bióticos y los factores abióticos.

Figura 16.1. El fósforo fluye en el ecosistema. En el esquema anterior podemos ver que aunque la línea que representa la energía es unidireccional, la que representa al fósforo (P) es cíclica, pues los materiales pueden ser reciclados, siempre y cuando se tenga energía disponible para esa labor.

Una diatomea que vive en las aguas superficiales de un lago absorbe el ion fosfato de las aguas que la rodean, lo cual debe hacerse de forma activa ya que dicho ion es bastante raro en solución y todos sus vecinos compiten por obtenerlo. Una vez en el interior de sus fluidos, el ion fosfato será incorporado tanto a su ADN para hacer más células o permanecerá en espera para ser parte del metabolismo energético. Si la diatomea hace fotosíntesis la energía de las reacciones de la luz será almacenada en forma de enlaces pirofosfato entre los iones fosfato y la adenosina, formando la unidad energética del metabolismo de los seres vivos, el ATP. Posteriormente el ATP será empleado para construir otras moléculas de almacenamiento energético como azucares y grasas. Una vez que la diatomea ha alcanzado el tamaño suficiente puede realizar los procesos de mitosis o meiosis produciendo células hijas o gametos.

Unas horas más tarde alguna de las células hijas de la diatomea es consumida por un cladocerano, un microorganismo que se alimenta de las algas y que generalmente clasificamos como miembro del zooplancton. El camarón destruye los azúcares y grasas de la diatomea para producir su propio ATP a partir del fosfato que venía en la propia diatomea y la energía de sus biomoléculas. Este camarón vivirá dos días más y luego será consumido por una carpita cabezona. Al interior de la carpita los procesos se repiten, la grasa, azúcares y fosfato son reorganizados para hacer parte del cuerpo de la carpita quien genera su propio ADN, azúcares y grasas. Unas semanas más tarde la carpita es devorada por un gran lucio y nuevamente el proceso se repite. Finalmente, en el invierno el lucio no logra sobrevivir al frio y muere. Sus tejidos son atacados por las bacterias y hongos, y durante la des composición parte del ion fosfato regresa a las aguas circundantes. En la siguiente primavera la misma molécula de ion fosfato es tomada por otra diatomea y el ciclo da inicio nuevamente.

En el capítulo anterior vimos que la energía realiza un viaje únicamente de ida a través de los niveles tróficos, aunque no discutimos hacia donde se marcha. La energía debe seguir la segunda ley de la termodinámica, lo cual implica que en cada transferencia energética cerca del 90% de la energía debe perderse en forma de calor al universo, finalmente no hay más niveles tróficos debido a que la mayor parte de la energía se dispersa y no es aprovechable por los seres vivos, en otras palabras, la energía no puede reciclarse, una vez empleada jamás podrá ser recuperada para que el universo pueda emplearla para algo útil NUNCA JAMAS.

Sin embargo, cuando hablamos de materia como electrones o átomos la cosa cambia, la materia no se destruye, y sus estados energéticos pueden recuperarse siempre y cuando exista un influjo de energía externa, como es el caso del Sol o de un boquete volcánico submarino. Nada sale de la nada, y aun así pareciera que nuestro planeta posee una cantidad inacabable de recursos. Aun así, nuestro planeta es como una gran nave espacial que viaja por el cosmos, y que además recibe muy poca materia extra por parte de los meteoritos y cometas. Lo anterior implica que la materia debe realizar movimientos cíclicos de gasto y reposición, desde un ecosistema a otro, desde un ser vivo a otro, desde la química de la vida a la química a la química no viva y viceversa de manera periódica, dando la ilusión de que los recursos nunca se acaban. Ciertos materiales son muy propensos a moverse en ciclos que pueden involucrar grandes porciones del planeta, y debido a que en algunas partes están contenidos en materia viviente y no viviente alternativamente se los denomina ciclos biogeoquímicos (materiales químicos que se mueven en la vida y en el suelo)

En niveles prácticos podemos despreciar la cantidad de materia que puede escapar de la atmosfera y la que ingresa, así que podemos teorizar con bastante seguridad que los ciclos de estos materiales se realizan sin pérdida de materia para el planeta, aun cuando un ecosistema puede perder mucho de ciertos materiales o ganar de manera exagerada algunos de estos materiales. Cualquiera de los dos picos se lo considera un disturbio en la comunidad biológica y puede dar lugar a alteraciones en la diversidad. Aunque los materiales de los que están hechos los seres vivos son muy diversos, por lo general en los cursos de introducción a la ecología se consideran los siguientes: el ciclo del carbono, el ciclo del agua, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del fósforo.

En general, los elementos necesarios para mantener la productividad de un ecosistema son denominados nutrientes. Los ecólogos se refieren al uso, transformación, movimiento, y retorno de nutrientes al ecosistema como el reciclaje de nutrientes. A pesar de su importancia, estos nutrientes son escasos en los ecosistemas, y cuando no lo son, se encuentran en formas minerales que son muy difíciles de aprovechar pos los seres vivos, lo cual los convierte en elementos limitantes de la productividad primaria de un ecosistema, lo cual genera tenciones de competencia, parasitismo o depredación para su apropiada obtención.

Por muchos años el estudio del ciclo de los elementos a través de los ecosistemas, ya sea en los reservorios vivos o en los reservorios minerales fue realizado con un mero interés académico, sin embargo su estudio en la actualidad puede ser considerado un asunto de salud pública, debido a que los seres humanos hemos alterado radicalmente los equilibrios de estas sustancias, además de haber introducido otras sustancias que pueden denominarse como toxinas, pero que se mueven por los mismos mecanismos que los nutrientes, es decir las relaciones de depredador-presa en los niveles tróficos.

Tal vez el ciclo mejor entendido y más estudiado es el ciclo del carbono, pues es al mismo tiempo el que los humanos más hemos alterado, lo cual ha traído diversas consecuencias no biológicas como el efecto de invernadero o la acidificación de los océanos. Sin embargo, otros elementos críticos para los seres vivos también se encuentran fuera de balance, y la mayoría de la comunidad científica se encuentra de acuerdo en que el futuro de la biosfera, la cual incluye no solo a los bosques, lagos y montañas, sino también a la economía planetaria, sea esta capitalista o comunista, dependerá de nuestra capacidad de entender y responder a dichos cambios, para mantener la homeostasis planetaria.

A continuación. analizaremos los ciclos más importantes de nutrientes, y en el siguiente capítulo analizaremos los de las toxinas.

16.1 El ciclo del carbono

Es el elemento del cual están hechos todos los biocompuestos de importancia, y que a su vez conforman la célula, estos son las proteínas, los lípidos, os carbohidratos y algunos cofactores. El carbono se puede encontrar en dos fases, una disuelta en gas en el aire atmosférico, donde representa el 0.04% de la atmósfera. El dióxido de carbono también se puede presentar en forma diluida y molecular en el agua. El dióxido de carbono atmosférico, el dióxido de carbono en el agua, el ácido carbónico molecular, el ion bicarbonato y el ion carbonato son todos miembros de un sistema complejo de equilibrio químico, si se incrementa la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, el equilibrio químico tiende a incrementar la cantidad de iones del ácido carbónico en agua haciendo que los océanos se hagan más salados.

Figura 16.2. El ciclo del carbono. En el modelo anterior podemos ver: (1) fijación por fotosíntesis (2) respiración celular aeróbica de animales, plantas, bacterias del suelo y descomponedores, (3) mineralización a lignito, (4) y (6) mineralización a gas natural y petróleo, (5) liberación de carbón mineral por quema de combustibles fósiles, (7) erosión de rocas de carbonatos por lluvia, (sin número, extremo superior derecho), disolución y entablado de equilibrio químico del dióxido de carbono con sus formas ácidas en el agua.

Todas las formas anteriores del carbono se encuentran en forma molecular, ya sea unidas con oxígeno, con hidrogeno o con los dos. El carbono también se encuentra en el suelo, en diferentes tipos de minerales como el carbonato de calcio, la hulla, la antracita, el lignito, la turba, el grafito, el bitumen, el petróleo, el gas natural y los valiosos diamantes. Como sucede con los demás bioelementos, por lo general el carbón encerrado en forma mineral es inaccesible a los seres vivos, y solo cuando se calienta lo suficiente para oxidarse con oxígeno es que el carbón mineral puede hacerse accesible a los seres vivos. Por lo anterior, el dióxido de carbono siempre se habrá de encontrar en tres grandes zonas, la vida, la atmosfera y el agua.

Durante la fotosíntesis, las plantas arrebatan dióxido de carbono de la atmosfera y lo fijan en la materia viviente junto con protones provenientes del agua para generar todos los biocomuestos necesarios para la construcción de las células. En este punto el carbono es cargado con energía y empleado para realizar funciones metabólicas. Algunas veces cuando la célula necesita energía, oxida a estos materiales de carbono rompiéndolos. Sin embargo, el carbono solo puede escapar de los subciclos del metabolismo de la vida si es oxidado completamente a dióxido de carbono como ocurre en la respiración celular aeróbica.

Una vez se da la oxidación total del dióxido de carbono este retorna a la atmosfera completando un ala del ciclo. El carbono secuestrado por el sistema metabólico de la vida puede mantenerse en este sistema por cientos o miles de años. El carbono encerrado en la materia viva puede mineralizarse en ciertas condiciones análogas a la fosilización, en este caso la materia viva en lugar de servir de marco para formar roca alrededor de ella, se convierte en carbón mineral como la hulla y el lignito, haciéndose inaccesible para los seres vivos. De todas las formas de carbón mineral la que más ha impactado el modo de vida de la era moderna es el petróleo. Actualmente las actividades humanas han reintegrado al ciclo una gran cantidad de carbono mineral a la atmósfera, lo cual ha afectado el clima del planeta.

16.2 El ciclo del nitrógeno

La dificultad de visualizar el ciclo del nitrógeno surge de la nomenclatura de sus materiales, el nitrógeno puede estar presente en una infinidad de materiales químicos inorgánicos, aunque los más importantes son el nitrógeno molecular, los radicales de nitrato y el amoniaco/amonio. El nitrógeno molecular, que es gaseoso y se encuentra en la atmosfera siendo el componente dominante de esta, casi el 78.1% de la atmosfera del planeta es nitrógeno, mientras que el 20.1% es oxígeno.

Figura 16.3. El ciclo del nitrógeno. En el modelo anterior tenemos: (1) Fijación del nitrógeno por bacterias o de manera industrial, (2) nitrificación, (3) asimilación y absorción por parte de plantas y luego animales, (4) Decomposición y retorno a la forma de amoníaco/amonio, (5) desnitrificación.

El nitrógeno también se puede encontrar en forma disuelta, en varias especies, por ejemplo, en los radicales de nitrato, producto de la disociación de varias sales, o en forma de amoniaco/amonio. Todas las demás formas contribuyen poco al ciclo del nitrógeno, pues por ejemplo las sales del nitrógeno que no se disuelven a radicales, permanecen inaccesibles para los seres vivos. Las formas en que el nitrógeno es contenido en la materia viva son por lo general en las proteínas y cofactores, aunque algunos lípidos pueden llegar a contener algún átomo de nitrógeno.

Figura 16.4. El ciclo del fósforo. En el modelo anterior tenemos: (1) Erosión de las rocas "difícil", (2) y (3) ciclo biológico interno de radicales fosfato, (4) mineralización, (5) levantamiento por tectónica de placas.

El nitrógeno es un bioelemento limitante, es decir, siempre es escaso en la materia viva, de hecho, muchos parásitos atacan a sus víctimas en búsqueda de este elemento. Más aun, el nitrógeno es uno de los elementos más importantes que se almacenan en los fertilizantes para los cultivos de producción a gran escala, la pregunta es ¿Por qué?, después de todo al examinar la composición de la atmosfera hay más que suficiente nitrógeno. La respuesta a esta pregunta es eminentemente metabólica, así como los animales no poseen las rutas metabólicas para fijar el carbono de la atmosfera, las plantas y los animales carecen de las rutas metabólicas necesarias para fijar el nitrógeno de la atmosfera. En otras palabras, las plantas están rodeadas de nitrógeno que no pueden utilizar. Por lo general solo existen dos formas de fijar nitrógeno, la artificial y la natural.

La fijación de nitrógeno artificial se basa en el uso industrial del proceso de Haber y en la reducción de nitrógeno ambiental, el cualquier caso el producto que se busca es una forma de nitrógeno que se pueda emplear para los fertilizantes. Otra forma de obtener nitrógeno artificial, aunque en menor escala es el que es contenido en algunos hidrocarburos naturales, aunque en formas mínimas. La forma natural ha tenido una gran de confusiones a lo largo de la literatura biológica por años. Por ejemplo, a pesar de que es bien sabida la influencia de las micorrizas “hongos simbióticos con raíces de plantas” en la fijación del nitrógeno, y aunque en la literatura original de cuando se descubrieron estos hongos se decía que eran los hongos quienes realizaban la fijación, actualmente se sabe que la simbiosis es más compleja, y es representada por al menos tres grupos. La planta, el hongo y las bacterias nitrificantes.

Son las bacterias y únicamente las bacterias quienes poseen las rutas metabólicas necesarias para fijar el carbono inorgánico en formas orgánicas, que luego pueden ser trasladadas a los hongos y de estos a las plantas. Los dos grupos más importantes de bacterias fijadoras de nitrógeno son el Rhizobium que se encuentra asociado a las raíces de algunas plantas, ya sea con presencia de hongo o no “las leguminosas son particularmente ricas en esta simbiosis” y las cianobacterias en los océanos.

La fijación de nitrógeno es costosa, un grupo de bacterias es necesario oxidar 12 gramos de glucosa para poder fijar un solo gramo de nitrógeno, es por esta razón que el nitrógeno es escaso en los sistemas biológicos, convirtiéndose en un elemento limitante para el desarrollo de biomasa. Luego de la nitrificación, el nitrógeno orgánico puede ser transferido a las plantas y otros seres vivos el suelo, ya sea por una asociación simbiótica, por depredación, o por absorción del nitrógeno segregado por las bacterias que mueren constantemente en los microambientes del suelo.

El siguiente paso en el ciclo del nitrógeno es la amonificación, ocurre cuando los seres vivos oxidan compuestos biológicos que contienen nitrógeno hasta límites tóxicos y los excretan fuera de sus cuerpos. Otra forma de amonificación es cuando un ser vivo grande muere, dejando los restos de su cuerpo biológico para que se pudran en el amiente. En términos químicos la amonificación es la oxidación de compuestos altamente complejos a amonio/amoniaco, el cual es soluble en agua. El amonio/amoniaco disuelto puede ser reingresado a los sistemas biológicos con mucha facilidad a diferencia del nitrógeno molecular. Por último, el nitrógeno puede escapar de los sistemas vivientes, mediante su reducción, esto se logra mediante bacterias que emplean a los compuestos del nitrógeno de una manera análoga que las plantas emplean el agua, de esta forma generan rutas metabólicas cuyo producto de desecho es nitrógeno molecular que regresa a la atmosfera.

16.3 El ciclo del fósforo

El fósforo no existe en fase gaseosa, por lo que se encuentra contenido en dilución, en forma mineral o en forma biológica. La forma química más importante del fósforo es sin duda el radical fosfato, pues como tal hace parte del esqueleto de los ácidos nucleicos, sus enlaces son la clave del almacenamiento energético del ATP, y también le otorga gran parte de su polaridad a los fosfolípidos de la membrana biológica.

A pesar de que el primer paso del ciclo del fósforo es su arrebatamiento de minerales orgánicos, tal ideas es más fácil decirla que hacerla. De manera análoga a lo que ocurre con el nitrógeno gaseoso, el fósforo mineral es virtualmente imposible de obtener de la roca por parte de los sistemas vivientes. Más aun, en los modelos para el origen de la vida uno de los problemas que más cabezas ha roto en los últimos 50 años ha sido precisamente la carencia de fósforo. Debido a su ubicuidad en los bioelementos, pero a su difícil obtención, el fósforo es un bioelemento limitante de la biomasa de una comunidad biológica.

Aunque de manera muy limitada, el agua puede erosionar el fósforo mineral que se encuentra en forma de sales diluyéndolas para formar iones fosfato. Una vez como ion fosfato disuelto en agua, las células pueden absorberlo por transporte activo o transporte activo facilitado. El fosfato se puede perder fácilmente de los ecosistemas terrestres, un suelo sin raíces puede lavar el fosfato de la superficie y llevarlo hasta el océano donde se deposita en el lecho marino, volviendo a ser secuestrado de manera mineral. Por otro lado, en términos de la química prebiótica, el fosfato necesario para las primeras reacciones de la vida pudo haber provenido de meteoritos y no de la roca terrestre.

16.4 El ciclo del agua

El ciclo del agua a pesar de ser uno de los primeros en ser reconocido como tal “ya desde la época de los sumerios”, no es tan sencillo como uno podría suponer. Todos sabemos que el agua puede alternarse como liquido en los ríos, océanos y el interior de los seres vivos y como vapor en la atmósfera sin embargo también experimenta un ala cíclica de reacciones. El ciclo del agua en términos de las reacciones comienza en la respiración celular aeróbica, allí el oxígeno molecular es unido a dos protones ácidos para formar agua, la cual puede ser empleada por la célula para otros propósitos. Cuando el ser vivo suda o exhala emite vapor de agua, tanto del agua absorbida como tal, como de la que es sintetizada a partir del oxígeno atmosférico.

Figura 16.5. Precipitación sobre el continente, (2) evaporación desde el océano o el continente, (3) transpiración vegetal, (4) flujo desde las montañas al océano por medio de ríos, (5) filtración a acuíferos subterráneos. De todos estos, debemos enfatizar la evaporación por transpiración, pues en la selva húmeda tropical, puede generar literalmente ríos en el cielo de nubes que pueden transportar materiales desde el continente americano hasta el africano, pasando por todo el océano, y así fertilizando grandes porciones del planeta

De manera opuesta, las plantas en la primera reacción de la fotosíntesis bajo el fotosistema del tipo II lo primero que hacen es romper agua, para generar dos protones ácidos, electrones de baja energía y oxigeno molecular que es emitido al ambiente. En este sentido el ciclo del agua también contiene implícitamente el ciclo del oxígeno y el ciclo del hidrógeno. Existen muchos otros elementos que deben fluir en ciclos biogeoquímicos como el hierro, el calcio, y el magnesio, así como todos los demás elementos empleados por los seres vivos, pero los anteriores son los que con mayor normalidad son expuestos en los libros de texto de introducción a la biología y de ecología especializados.

17. Ciclos biogeoquímicos alterados

Regresar al Índice

Como se mencionó anteriormente, la bioquímica de los ecosistemas no solo debe pasar por el estudio de los ciclos estandarizados, sino por lo que sucede cuando estos se alteran o se crean ciclos de toxinas que fluyen por los mismos mecanismos que lo hacen los nutrientes. Normalmente las alteraciones en el flujo de nutrientes en un ecosistema, disminuye la disponibilidad de dicho nutriente.

Figura 17.1. Pérdida de suelo. La pérdida de la fertilidad por la erosión de nutrientes debida a su vez a la pérdida de los bosques hace que la explotación agrícola en la zona sea poco eficiente y se requiera de una agricultura extensiva para obtener recursos suficientes por parte del agricultor.

Los ciclos biogeoquímicos alteran entre dos tipos de reservorios, los bióticos y los abióticos. Algunas sustancias como el carbono alteran naturalmente entre ambos reservorios, y puede ser introducidos fácilmente desde la fuente inorgánica, que en este caso es el aire. Sin embargo, otras sustancias pueden precipitarse y pasar a reservorios inorgánicos que son de difícil o nula accesibilidad por la mayoría de los seres vivos, de esta forma una vez que retornar a los reservorios inorgánicos pueden darse casi por perdidos. Esto hace que muchos seres vivos tengan una tasa de retención mucho más alta de estos nutrientes, los cuales tenderán a circular de forma indefinida en los reservorios biológicos, y tal vez el caso más paradigmático de este segundo tipo de nutrientes es el fosforo.

17.1 Pérdida de nutrientes por un ecosistema

Una de las formas típicas para la perdida de nutrientes en un ecosistema es la erosión. Los ríos y otras corrientes de agua disuelven rápidamente los nutrientes que no son absorbidos por los seres vivos y se los llevan corriente abajo por el sistema hídrico del continente hasta que llegan a los mares poco profundos. Normalmente esto estimula la producción primaria de los mares poco profundos.

Sin embargo, existen efectos no naturales de este fenómeno que son preocupantes. Gene Likens y Herbert Bormann contrastaron la tasa de erosión por parte de dos ríos, uno que trascurría por un bosque maduro y otro que transcurría por una zona talada recientemente. Los resultados demuestran que la tasa de erosión de nutrientes en la región talada era muy grande en comparación con la erosión natural del bosque maduro, lo cual implicaría necesariamente que el bosque talado no solo pierde sus factores bióticos, sino también sus factores abióticos, sin nutrientes la fertilidad del suelo disminuye y en consecuencia el tiempo para restaurar el bosque a su estado maduro aumenta.

17.2 Aumento de nutrientes en un ecosistema

Los bioelementos y biocompuestos fluyen en los ecosistemas de manera que se mantienen en un equilibrio dinámico. Sin embargo, en su afán por incrementar la producción de las cosechas el ser humano ha descubierto la forma de romper estos equilibrios para aumentar la biomasa de su producción. Eso cuando lo planea, en otras ocasiones simplemente la realización de actividades fuera del contexto biológico ha llevado a la pérdida del equilibrio de los ecosistemas sin siquiera saberlo. Un ejemplo de incremento no planeado de materiales en un ciclo biogeoquímico es el carbono. Desde el inicio de la Revolución Industrial en la década de 1850, el ciclo del carbono se ha desequilibrado con una tendencia al incremento de la masa de carbono.

Figura 17.2. Eutrofización 1. La eutrofización se genera cuando los productores acuáticos bloquean el paso de agua y gases metabólicos como oxígeno, matando a todo lo que esté abajo.

El incremento de carbono en la atmósfera altera todos los equilibrios, tanto biológicos como químicos. Por un lado, más dióxido de carbono implica un efecto de invernadero más acentuado en la atmósfera lo que a su vez ha incrementado la temperatura media del planeta en los últimos 150 años. Por otro lado, al incrementar la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera se altera el equilibrio químico con las formas de carbono disueltas en el agua, incrementando los radicales carbonato y bicarbonato, junto con la consecuente dispersión de protones en el agua, lo cual ha aumentado la acidez de los océanos.

Figura 17.3. Eutrofización 2. La eutrofización también es peligrosa debido a que las rices de algunas plantas acuáticas pueden atrapar y ahogar a los animales y a las personas.

Finalmente, el incremento de carbono en la atmósfera aunque puede ayudar a las plantas a incrementar su biomasa en el mediano y largo plazo, el problema radica en las alteraciones de los otros factores abióticos. El efecto de invernadero y la acidez causan alteraciones de temperatura, vientos, entre muchos otros, lo cual ha conllevado a la extinción en masa de una gran cantidad de especies.

Aumento de nitrógeno y eutrofización

Del mismo modo que con el carbono, las actividades humanas han alterado los ciclos mundiales del nitrógeno. Durante el siglo XX los humanos han duplicado las cantidades de nitrógeno fijado o accesible a los sistemas biológicos. A diferencia de lo que ocurre con el carbono esto ha sido completamente intencional, debido al deseo de incrementar la productividad de las cosechas por medio de los fertilizantes artificiales.Ahora, ¿qué hay de malo en más nitrógeno? ¿No haría que existiera más biomasa y diversidad?, esto es si las comunidades y ecosistemas fueran lineales, y los efectos de un lado fueran recibidos equivalentemente por todos los miembros de las comunidades, pero a veces una especie tiene un impacto desproporcionado en un ecosistema, que es secundario a su función basal.

El nitrógeno es una sustancia volátil que puede ser llevada por el agua con facilidad, una vez en un sistema acuático, el nitrógeno fijado estimula el crecimiento de las algas especialmente. Las algas se reproducen más rápido que los animales que las consumen, generando una capa de agua que cubre los cuerpos de agua. Sin luz los vegetales y algas del fondo se mueren y el cuerpo de agua pierde su oxígeno matando a los animales que se alimentan de las algas de la superficie. Esto tiene impactos negativos en los cuerpos de agua haciéndolos venenosos, e impactando negativamente en los pescadores de las zonas bajo este fenómeno. A este fenómeno se lo denomina eutrofización.

Aumento de nitrógeno y lluvia ácida

Sin embargo, hay otra forma a parte de los fertilizantes para la alteración de los contenidos de nitrógeno fijado, y es la quema de combustibles fósiles impuros que contienen nitrógeno, esto libera óxidos de nitrógeno que son altamente tóxicos para la piel y los ojos. Esto por no contar que los óxidos de nitrógeno reaccionen fácilmente con el agua de la atmósfera generando ácidos nítricos y nitrosos, que al caer como lluvia general el fenómeno de lluvia ácida.

Aumento y disminución del fósforo

Análogo al nitrógeno el fósforo se ha empleado para incrementar la productividad de las granjas causando también el fenómeno de eutrofización. Sin embargo, el fósforo también presenta un problema, cuando se limpian terrenos no aptos para el cultivo, la ausencia de raíces nativas causa que la lluvia lave todo el fósforo enviándolo al océano. Una tierra sin fosforo es inútil para el cultivo.

Los biocompuestos hacen parte no solo de redes biológicas, también de redes químicas, el incremento del nitrógeno con fertilizantes puede tener un efecto en la alta atmósfera con lluvia ácida incremento en la temperatura y pérdida del ozono. En tierra las aguas más ácidas pueden lavar a otros minerales del suelo, como el calcio, destruyendo los nutrientes y forzado a los agricultores a usar más fertilizante, más caro debido a que debe tener más componentes. Del mismo modo los bioelementos y compuestos participantes de los ciclos biogeoquímicos pueden alterar a los demás factores abióticos, acusando cambios climáticos muy poderosos.

18. Bioacumulación

Regresar al Índice

Ciertas toxinas como los pesticidas, los isotopos radioactivos los metales pesados como el mercurio y químicos industriales como los PCB sufren el fenómeno llamado bioacumulación. La bioacumulación es básicamente el fenómeno opuesto al flujo energético en un nivel trófico. Las toxinas tienden a estar en una concentración baja en los productores que no sufren de mayores síntomas, pero a medida que se escala en la pirámide trófica cada nivel presenta niveles exponencialmente más altos, terminando con los depredadores superiores que pueden sufrir patologías debido a la extrema acumulación de toxinas en sus tejidos.

Figura 18.1. Bioacumulación. La bioacumulación es lo opuesto a una pirámide trófica, pues las toxinas aumentan su biodisponibilidad en cada nivel trófico, por lo que son los depredadores ápex los que experimentan síntomas, como enfermedades graves o comportamiento errático.

Por lo general las toxinas no se pueden excretar, así que se acumulan en tejidos de almacenamiento donde no puedan interferir con el metabolismo de manera seguida, ergo se almacenan en la grasa. Debido a que los depredadores enferman, sus abundancias relativas en el ecosistema disminuyen, lo cual crea un efecto de desregulación en cascada en todo el ecosistema, acusan extinciones locales, aumento de poblaciones anormales de otras especies que los humanos percibirán como plagas, y en general una disminución en los servicios que presenta un ecosistema a sus factores bióticos normales y al ser humano en general. Esto tiene un fuerte impacto en los seres humanos de forma más directa que el mero aspecto económico. Los humanos generalmente empleamos un servicio de los ecosistemas y es la fuente de alimento, especialmente en los ecosistemas acuáticos. El consumo de carne de estos ecosistemas nos convierte en depredadores del tercer y cuarto nivel de una cadena trófica, lo cual trae como consecuencia que acumulemos grandes cantidades de toxinas y enfermemos.

A continuación, analizaremos algunas de las sustancias más comunes y sus efectos adversos, los cuales fluyen por el ecosistema por los mismos mecanismos que los nutrientes, pero que son adversos para la mayoría de las formas de vida, y por tanto en lugar de denominarlas nutrientes las señalaremos como toxinas. Muchas de estas por cierto se clasifican como metales pesados, aunque otras también son sustancias orgánicas sintéticas.

18.1 Plomo

El plomo fue uno de los primeros minerales que el ser humano aprendió a manipular durante el inicio de la edad de los metales, debido a que es blando, tiene un bajo punto de fusión y es fácil de minar de la roca. El plomo metálico para hacer artesanías data de unos 9000 a unos 8500 años sino es que antes y ha sido encontrado en Asia menor. Esto implica que el plomo fue uno de los primeros metales en ser trabajados por los herreros. Sin embargo, la producción de plomo fue baja hasta que se descubrió su asociación con la plata, pues ambas tienden a encontrarse juntas. Poco a poco fueron apareciendo usos para el plomo, como los egipcios que lo emplearon para fabricar polvos cosméticos y otras artesanías. Varias civilizaciones de Asia Menor emplearon el plomo como material para escribir, moneda de cambio y para la construcción. Los chinos emplearon sustancias derivadas del plomo como estimulantes nerviosos, e incluso anticonceptivo (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

Figura 18.2. Robert A. Kehoe (1893-1992). fue un toxicólogo estadounidense y líder en salud ocupacional. Kehoe fue el principal defensor médico del uso del tetraetilo de plomo como aditivo en la gasolina.

La civilización Antigua más famosa por emplear extensivamente el plomo fue el imperio Romano, en serio lo usaban para casi todo. Desde fabricar acueductos, de donde deriva nuestra noción de plomería y plomero debido a que los acueductos de plomo eran resistentes a la corrosión. El plomo también era empleado para fabricar elementos de cocina e incluso sus derivados se empleaban para endulzar el vino. Los usos tan extensivos del plomo eran estimados por los romanos, quienes lo asociaron con Saturno, el equivalente de Uranos en la mitología griega, el padre de todos los Dioses, y de hecho el plomo era considerado el padre de todos los metales, no en vano los alquimistas siempre intentaron derivar oro del plomo. Sin embargo, algunos romanos no eran estúpidos y reconocieron rápidamente los peligros del plomo como es el caso de Marcus Vitruvius Pollio. Vitruvio reconoció los riesgos para la salud del plomo en los humanos, y de hecho los romanos eran conscientes de los síntomas del envenenamiento por plomo que incluyen cambios de personalidad y depresión, confusión llamada saturnina. Sin embargo los síntomas más evidentes solo se generaban en los esclavos que minaban el plomo en su forma más pura, por lo que no se lo consideraba un problema para los Patricios Aristócratas del centro del imperio (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

Durante el siglo XIX se desarrollaron una gama de aplicaciones para el plomo, como aditivo para zapatos, bombillas de luz, juguetes entre otros, lo cual conllevó a un aumento en los casos de intoxicación por plomo, especialmente en las clases bajas de las sociedades industrializadas. Para disminuir los temores de la población las industrias comenzaron a emplear la propaganda mediática, con campañas comerciales, de entre las cuales se destacan al Niño Holandés y que se retrata de forma excelente en el capítulo de Cosmos sobre la edad del planeta. Estos usos palidecieron hasta que la industria química desarrolló el tetraetilo de plomo, una sustancia orgánica artificial que servía como aditivo para la gasolina, aumentando la potencia de los motores de combustión interna. Pocos le prestaron atención al asunto, incluso cuando se tenía evidencia de que los trabajadores en las plantas de producción de tetraetilo de plomo se desquiciaban regularmente por estar con contacto con esta molécula (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

¿Por qué nadie hizo nada? La industria del plomo contrató a un científico que disentía del acuerdo de la comunidad científica, el doctor Robert A. Kehoe. Kehoe se encargó de despejar los temores de la población, pero esta vez con argumentos médicos, después de todo las concentraciones de plomo típicamente altas eran normales en todos los individuos y especies de diversos ecosistemas del mundo, era algo tan natural que fluía por los ecosistemas, al igual que el fosforo yo el nitrógeno, por lo cual era improbable que los seres humanos lo hubieran puesto allí, ¿Cómo la sociedad humana podía afectar al planeta entero? (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

Figura 18.3. Clair Cameron Patterson (1922-1995). Fue un geoquímico estadounidense, uno de los más influyentes en su especialidad, que en 1953 determinó con exactitud la edad de la Tierra en 4.550 millones de años, con un margen de error de unos 70 millones de años. Durante esa investigación se encontró con que el plomo en el ambiente interfería con sus instrumentos, y esto conllevó a identificar a esta sustancia como un xenobiótico que no era natural.

La situación quedó muerta hasta que un científico se le dio la tarea de determinar la antigüedad del planeta. Clair Cameron Patterson debía determinar la antigüedad del planeta por medio de la técnica del uranio-plomo encerrado en minerales de silicato de zirconio. El cristal de zirconio repele al plomo externo, por lo que se sabe que al inicio de su formación solo puede haber unario y nada de plomo. Con el curso del tiempo algunos núcleos de uranio se transforman sucesivamente hasta formar plomo, lo cual convierte al zirconio en un reloj de arena muy bueno para determinar la antigüedad del cristal. Estos cristales se forman en zonas volcánicas, así que pueden emplearse para datar la antigüedad de erupciones volcánicas. El problema es que cuando Patterson intentaba medir el plomo los resultados daban irregularmente altos, más altos de lo que debería, había exceso de plomo en el ambiente. Inicialmente Patterson debió asegurar la creación de un cuarto estéril que impidiera la entrada de plomo, pues era como tener un reloj de arena sellado al cual para determinar la hora ¡necesitas abrirlo en medio de una tormenta de arena! Una vez logró determinar la antigüedad del planeta Patterson regresó a la pregunta ¿de dónde viene todo el plomo? ¿Es natural? Para responder a esto realizó medidas de plomo en ecosistemas aislados cronológicamente como las profundidades oceánicas, donde las corrientes tardan siglos en mezclarse, o en los bloques de hielo (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

Cuando Patterson analizó el problema con una perspectiva de tiempo irreversible se dio cuenta que el plomo en el pasado era menor, no natural, mientras que en los ecosistemas presentes era regular, típico. La conclusión era obvia, el plomo podía ser típico en las poblaciones modernas en contacto con los humanos, pero no en el pasado, lo cual implicaba necesariamente que la industria humana había dispersado una cantidad significativa de plomo al ambiente, evidentemente una cuestión de salud pública. Patterson debió luchar bastante para la regularización del tetraetilo de Plomo, el cual solo fue prohibido de los países occidentales hasta el año 2000, 5 años después de la muerte de su principal oponente Patterson. Las regulaciones del tetraetilo de plomo y su total prohibición generaron una caída inmediata en la concentración de plomo de las personas alrededor del mundo, demostrando nuevamente que una sustancia en cantidades típicas no necesariamente es algo natural (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

En la actualidad el plomo se sigue empleado para fabricar baterías que no tienen un efecto directo en la atmósfera, pero que así requieren de un manejo cuidadoso, además su obtención sigue teniendo riesgos en los mineros, especialmente en países como China o Latinoamérica donde la vida de los trabajadores no es tan importante como la salud pública (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

La razón de la toxicidad del plomo es que este surca la barrera hematoencefálica e imita al calcio, pero no funciona como el, lo cual afecta las bombas de sodio y potasio necesarias para la transmisión sináptica de las neuronas, en general impide el normal pensamiento y toma de decisiones, por eso sus efectos principales son el cambio de personalidad y la locura. El plomo es toxico por inhalación, absorción por la piel y consumo trófico a través de la relación depredador presa, es bioacumulativo y por consecuencia afecta principalmente a los animales que se encuentran en la cima de la pirámide trófica (Hanich et al., 2014; Hernberg, 2000; Needleman, 1999).

18.2 El cromo

El cromo no es tan famoso como el plomo, y no tienen un capítulo de Cosmos dedicado a él, pero es algo muchísimo más cercano a la realidad de los Bogotanos, ya que es un metal empleado en la técnica de curtido de cuero. Todos quieren tener una chaqueta de cuero, te hace ver cool y todo un chico-malo, pero su fabricación en la actualidad involucra necesariamente el curtido al cromo, especialmente si no quieres que con los años se reseque y le salgan grietas.

El curtido al cromo se o utiliza hace más de un siglo. A diferencia del procedimiento tradicional, que se basa en la utilización de vegetales como cortezas, maderas, hojas y raíces, en su mayoría de plantas tropicales o subtropicales como la mimosa, el quebracho o el castaño, evita que los cueros, con el paso del tiempo, se resequen. Las pieles, son sometidas a la acción de diferentes agentes químicos que interaccionan con las fibras del colágeno para obtener un cuero estable y durable. Como se dijo, el curtido, consiste en transformar el colágeno de la piel en cuero por la reacción química de los curtientes sintéticos. Las sales de cromo son desde hace más de un siglo uno de los más importantes. Hoy en día mundialmente el 80% de todos los cueros se curten de esta manera. El proceso de curtido al cromo es considerado el más versátil, ya que permite recurtir las pieles, por sistema vegetal (Álvarez, Maldonado, Gerth, & Kuschk, 2004; Cuberos, Rodriguez, & Prieto, 2009; Forero, Mantilla, & Martínez, 2009).

Figura 18.4. Curtiembres. Uno de los principales contaminantes del rio Bogotá y del rio San Benito y todos los cuerpos de agua circundantes son las curtiembres que emplean el curtido al cromo.

Una vez que la piel ha sido depilada, es introducida en una máquina llamada divisora. En ella, la acción del cromo, convierte a la piel en cuero, un material estable, impidiendo su degradación. Después de la curtición al cromo, el cuero se escurre, rebaja y divide mecánicamente para obtener el "wet blue", un producto cuyo nombre se debe al color azul verde del sulfato de cromo. Los cueros sin cromo, por su color claro, se llaman "wet white". El cromo que no es absorbido por el cuero, se recicla para su reutilización. Una vez secos, los cueros se someten a diversos procesos de ablandamiento quedando listos para su terminación o acabado final. Allí, se les aplican diversos productos que en combinación con procesos mecánicos, hacen que el cuero sea más durable y resistente. El auge del curtido al cromo se debe a que el proceso tradicional puede causar que el cuero se seque en muy pocos años (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

El cromo es un metal pesado que se acumula en el suelo. Los seres humanos y los animales están expuestos al cromo vía inhalación (en el aire o en el humo de tabaco), a través de la piel (exposición ocupacional) o por ingestión (generalmente de productos agrícolas o en el agua). La toxicidad sistemática del cromo se debe especialmente a los derivados hexavalentes que, contrariamente a los trivalentes, pueden penetrar en el organismo por cualquier vía con mucha mayor facilidad. El cromo VI es carcinógeno y mutágeno por lo que puede causar cáncer y malformaciones congénitas, también es bioacumulable, por lo que sus efectos tóxicos los sufren las especies en el pico de la pirámide trófica como lose eres humanos (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

Al igual que con el tetraetilo de plomo el problema del cromo se convierte económico y social. Durante los años 30 y 40 del siglo pasado, campesinos establecieron las primeras colonias rurales alrededor del río Tunjuelito en la ciudad de Bogotá Colombia, cerca de lo que por ese entonces se conocía como la ciudad. La mayoría de ellos, que provenía de la parte norte de Cundinamarca, especialmente de Villapinzón, fundó curtiembres artesanales. Era más rentable trabajar el cuero en el río, a pocos kilómetros de Bogotá (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

Esas colonias rurales fueron absorbidas por la capital y, así, San Benito llegó a formarse como barrio. Las familias se fueron urbanizando. Con la ciudad, la demanda de cuero se hizo más grande y para la década de los 70 ya se empezaban a ver las primeras curtiembres tecnificadas. La industrialización y el crecimiento demográfico fueron, poco a poco, generando un problema ambiental y social. El cromo y otros sedimentos estaban siendo vertidos en el río Tunjuelito. El barrio, en su totalidad, fue identificado por las autoridades ambientales como un generador de externalidades ambientales negativas sobre los cuerpos de agua y de un volumen significativo de residuos sólidos orgánicos, según cuenta Milton Rengifo, subsecretario distrital de Ambiente (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

Cuando en 1974 el Código de Recursos Naturales se refirió por primera vez a los vertimientos y cuidados de los ríos, en el barrio no había mucha conciencia ambiental, ni existían controles sobre las industrias, que, casi en su totalidad, estaban en la informalidad. Formalmente, las autoridades inspeccionarion casi 20 años después, cuando ya estaban en vigor la Ley 99 de 1993, que organiza el Sistema Nacional Ambiental, y la Ley 142 de 1994, de servicios públicos. Desde hace 20 años, los vecinos de San Benito vieron que lo de la legalidad iba en serio y, para darle cumplimiento a las normas y evitar el sellamiento de sus negocios, quisieron cumplir con la normatividad ambiental a través de dos opciones diferentes. Primero trataron de formar uniones entre empresas para centralizar los procesos más contaminantes (pelambre y curtición) y bajar los costos de montaje y operación de las plantas de tratamiento de aguas residuales (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

“Pero fue imposible: el empresario que más tenía imponía sus condiciones, y el que tenía poco casi no aportaba, así que comenzaron las peleas. Ese plan se disolvió”, cuenta Gustavo Camelo, quien hoy ejerce la intermediación entre los empresarios del cuero y el Distrito. Las preocupaciones para los industriales se incrementaron desde que se conoció la reglamentación sobre los usos del agua en los tramos y afluentes del río Bogotá, definidos por la Corporación Autónoma Regional (CAR) en 2006, además del tipo y cantidades de vertimientos a la red de alcantarillado público establecidos por la Secretaría de Ambiente (SDA) tres años después. Pero también aumentaron los niveles de producción y contaminación. Actualmente se están curtiendo casi 1’200.000 pieles al año, vertiendo la misma cantidad de metros cúbicos en el alcantarillado y produciendo 19.834 toneladas de residuos sólidos (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

Entonces surgió la segunda opción. La solución provisional fue instalar en cada una de las industrias una planta de tratamiento. Pero casi ninguna de las 240 empresas tiene la capacidad técnica y económica para instalar una planta que trate el agua al punto que lo está exigiendo la norma, y las advertencias, multas y cierres impuestos por la SDA han aumentado. Eso ha provocado que “muchas de las empresas que no cumplen la norma se cambien el nombre, funcionen de forma clandestina o dejen de pagar las multas. Otras quieren cumplir la ley, pero sólo logran hacer la sedimentación, la primera parte del tratamiento del agua. Y unas, muy pocas, siendo las únicas que pueden cumplir todo el tratamiento, terminan concentrando todo el negocio porque, además de producir en grandes cantidades con mejor calidad, terminan prestándoles servicios a las curtiembres más pequeñas”, dice Rengifo (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

La ley actual les pide que el agua que se utiliza en la producción del cuero pase, primero, por un proceso de sedimentación que retire los metales pesados y los residuos, como carne y sebo. Y el segundo, la etapa biológica, que consiste en pasar el líquido por un proceso de oxigenación y cultivo de bacterias, que es muy costoso. Dada esa dificultad para cumplir la norma, desde enero del año pasado, la Alcaldía Local de Tunjuelito se puso en el centro de una negociación entre el Acueducto, la SDA y los empresarios, de la que han salido dos alternativas para evitar que la industria se vaya a pique (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

La primera propuesta, y la que prefieren el Acueducto, la SDA y la Alcaldía Local, consiste en que se establezca una planta de tratamiento de aguas residuales en la que el proceso secundario y el primario estén centralizados. La planta quedaría en el barrio y contaría con la financiación del Distrito y el aporte, de acuerdo a su volumen de producción, de cada uno de los curtidores. Pero esta opción, que costaría unos $10.000 millones, según cálculos de la mesa de negociación, podría significar la desaparición de gran parte de los empresarios. “Muchas familias viven de curtir uno o dos cueros a la semana, no tienen los permisos, y si les toca contribuir se quedan sin sustento”, aclara Camelo (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

La otra opción, que costaría $4.000 millones menos, es que sólo la sedimentación, la primera etapa, se haga centralizada y el agua salga de San Benito por los tubos actuales que van a dar al mismo río en la localidad de Bosa, luego de lo cual se pagaría para que el Acueducto, en una planta ubicada cerca a la desembocadura en el río Bogotá, haga la segunda parte. Esta posibilidad es la que más les suena a los empresarios en términos económicos. Uno de los argumentos es que cuando el agua sale del proceso primario es muy similar a las aguas residuales domésticas. Pero la norma exige que el agua se vierta en el alcantarillado con los dos procesos cumplidos (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

18.3 El mercurio

El mercurio se relaciona con el oro al igual que el plomo se relaciona con la plata, sin embargo, el mercurio es una toxina bioacumulable. Los síntomas de la intoxicación por mercurio en los animales incluyen debilidad muscular, perdida de la coordinación motora, picazón, problemas de memoria, problemas para hablar, problemas para escuchar, problemas de visión, cambios de personalidad, alucinaciones, paranoia y la muerte. Los síntomas dependen del tipo, dosis, método y duración de la exposición (Branches, Erickson, Aks, & Hryhorczuk, 1993; Levin, Jacobs, & Polos, 1988; Malm, 1998).

El mercurio es tóxico es una variedad de formas, que incluyen su forma metálica pura, vapores que del metal provengan, sus sales disueltas en el sudor y compuesto orgánicas que lo contengan ya sea covalente o no covalentemente enlazado. La mayoría de las exposiciones al mercurio provienen de una vieja técnica dental denominada amalgama para el relleno de los obsesos por caries o exposición por trabajo industrial, especialmente en las minas de oro (Álvarez et al., 2004; Cuberos et al., 2009; Forero et al., 2009).

Figura 18.5. La minería artesanal, afecta no solo el ecosistema, sino también a poblaciones rio abajo que consumen pescado contaminado con mercurio, que incrementa la frecuencia de enfermedades neuronales como la locura y la senilidad en los ancianos.

El mercurio se convierte en un problema ambiental debido a que es el único elemento barato conocido que permite disolver el oro de sus minas rocosas, separándolo y permitiendo condesarlo de nuevo en pedruscos. De hecho, muchas veces la mina de oro “que en este caso es la roca que contiene al oro” tiene tan poca concentración del metal precioso que los mineros pueden dejarla expuesta a los ladrones a sabiendas de que por mucha roca que puedan cargar, la cantidad de oro robado sería insignificante. El mercurio permite extraer el oro y concentrarlo luego en cantidades significativas. El problema con el mercurio de las minas de oro es que, invariantemente termina en los cuerpos de agua de las montañas. El mercurio también es un problema gravísimo para el contexto colombiano. El Estudio Nacional del Agua estimó que 205 toneladas de mercurio terminan al año en los ríos de Colombia. El boom de la minería ilegal está convirtiendo los afluentes de 17 departamentos del país en autopistas contaminadas (Cordy et al., 2011; Jose Marrugo-Negrete, Benitez, & Olivero-Verbel, 2008; José Marrugo-Negrete, Verbel, Ceballos, & Benitez, 2008; Olivero, Johnson, & Arguello, 2002; Olivero & Solano, 1998).

Según Cuevas (2005) la situación es la siguiente. En marzo de 2014, mientras reporteaba una historia sobre minería ilegal para El Espectador, viajé al Bajo Cauca antioqueño y sobrevolé El Bagre, uno de esos municipios de Colombia donde las dragas, retroexcavadoras y buldóceres siguen removiendo arena sin parar, rebuscando oro y dejando escapar toneladas de mercurio al suelo y el agua. Desde el aire, resultaba difícil identificar qué parte de ese paisaje destrozado pertenecía a los ríos Nechí y Bagre, ambos completamente fragmentados y desviados por el impacto minero. Lo que hacía unos años era bosque y río se había convertido en kilómetros de suelos grises y ocres, lagunas verdiazules, montañas de arena e hilos de agua turbia. Desde arriba se veían campamentos improvisados y gente barequeando. Pequeñas villas en medio de ese desierto, sin un árbol cerca ni agua potable. Sólo calor, hombres y máquinas

En el río Bagre, de la manera más rudimentaria y sin ningún tipo de protección, los mineros mezclan, por jornal, entre 20 y 30 libras de mercurio con kilos de piedra y arena extraídos del río. Parte del metal va al agua y al suelo, la otra es revuelta con las manos, mientras el mercurio busca el oro y lo abraza formando una masa dura a la que llaman amalgama. La piedra plateada resultante termina en una caldera donde el metal tóxico se evapora y el oro se vuelve lingote. Los gases van a dar a la atmósfera y enormes cantidades de desechos llegan irremediablemente a los afluentes, hábitat de los peces que por años han sido el principal alimento de la población ribereña. Al ingerirlo, el metilmercurio (forma en la que el metal se encuentra en los animales) llega hasta el intestino y después se acumula en la corteza cerebral. Al inhalarlo, el material sube de manera casi inmediata al cerebro. Este ciclo se repite en 17 departamentos y 80 municipios, según informes de 2014 de la Contraloría General, la Policía Nacional y la Fiscalía. Todos están expuestos a los efectos de la extracción ilegal de oro con mercurio: un monstruo que avanza silencioso, contaminando el agua de la que dependen millones de personas y la comida que termina servida en nuestro plato. Un desastre que ocurre ante los ojos de todos y sin el control que merece (Cuevas, 2015).

Amazonas, Antioquia, Bolívar, Caldas, Caquetá, Cauca, Chocó, Córdoba, Guainía, Huila, Nariño, Putumayo, Risaralda, Santander, Sucre, Tolima, Valle del Cauca. Enumerar algunos de sus poblados afectados quita el aliento: Cáceres, Caucasia, El Bagre, Nechí, Tarazá, Zaragoza, Remedios, Segovia, Amalfi, Santa Rosa del Sur, Montecristo, La Raya, Achí, Morales, Soplaviento, Martín de la Loba, Altos del Rosario, Magangué, Hatillo de la Loba, Simití, Pinillos, Bahía de Cartagena, Tiquisio, Río Viejo, Arenal Barranco de la Loba, Villa María, Marmato, Supía, Cartagena del Chairá, Solano, Santander de Quilichao, Caldono, Toribío, Caloto, López de Micay, Suárez, Buenos Aires, Timbiquí, El Tambo, Condoto, Quibdó, Nóvita, Itsmina, Bagadó, Lloró, Tadó, Puerto Libertador, Ayapel, Serranía del Naquen, Inírida, Campo Alegre, Rivera, Palermo, Yaguará, Tesalia, Iquira, Los Andes, Cumbitara, Mallama, Santa Cruz, La Llanada, Samaniego, Cuenca del río Putumayo, Inírida y Amazonas, Quinchía, California, Vetas, Suratá, Caimito, San Marcos, Ataco, Coyaima, Ortega, San Luis, Zaragoza, Buenaventura, Cartago, Agua Blanca (Cuevas, 2015).

Después de Chocó y Bolívar, Antioquia es el departamento con mayor índice de contaminación por mercurio en el país. En el mundo, Colombia se lleva el vergonzante tercer lugar, debido a que el país libera al año unas 205 toneladas de mercurio de las 590 que importa. Distintos reportes mundiales, como el de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial, revelan índices alarmantes de contaminación acuática, terrestre y atmosférica (Cuevas, 2015).

La situación se complica cuando se sabe que este desastre ambiental está apadrinado por el repetitivo y complejo contexto violento colombiano, que ha impedido ponerle freno a una situación que hace años se salió de control. El orden público en el Bajo Cauca es uno de los panoramas más difíciles. Y más evidentes: lo pude notar desde ese sobrevuelo, en el que vimos decenas de dragas ilegales sobre el río Bagre y ni un solo policía ejerciendo control. Las mafias detrás de esas maquinarias son tan poderosas que nadie quiere morir en el intento de ejercer justicia En la última década las alzas de los precios del oro llevaron a que en esa zona minera se disparara el número de mineros informales y crecieran las presiones de los grupos armados interesados en el millonario negocio. En diez años, el gramo de oro pasó de 16.000 a casi 87.000 pesos. Los criminales encontraron la manera de lavar dineros del narcotráfico a través del oro y reemplazaron las extorsiones por la minería. El gobierno colombiano estima que la explotación ilegal de oro mueve alrededor de 45 000 millones de pesos al mes (Cuevas, 2015).

Figura 18.6. Dragas ilegales incautadas por el ejército de la República de Colombia en el rio Amazonas.

La crisis social tiene su reflejo en la ambiental. Corantioquia, la autoridad ambiental local, ha estimado que 40.000 hectáreas del Bajo Cauca han sido afectadas por la deforestación y la contaminación de aguas. La magnitud de este impacto podría compararse con acabar con un bosque del tamaño de toda la Bogotá urbanizada. Las máquinas extraen oro de manera desordenada y sin ninguna regulación ambiental, degradando los suelos, vertiendo toneladas de mercurio y cianuro al río, acabando con las áreas que ya habían sido reforestadas y generando pasivos ambientales por los que nadie responderá luego. Las cifras oficiales revelan que cada año, sólo en 13 ríos de Antioquia, los mineros ilegales arrojan 100 toneladas de mercurio, poniendo en riesgo al menos a un millón de colombianos que viven en la región del Bajo Cauca y el Suroeste, Nordeste, Occidente y Magdalena Medio antioqueños. Remedios, Zaragoza y Segovia son los tres municipios más afectados del país. El Bagre y sus panorámicas ocres deforestadas, destruidas, les sigue el paso. El Estudio Nacional del Agua acaba de precisar que el total de toneladas de mercurio que terminan cada año en los ríos del país supera las 205 (Cuevas, 2015).

Los efectos nocivos de la exposición al metal han sido registrados por cientos de publicaciones científicas de toxicología en el mundo y por organizaciones como la U. S. Environmental Protection Agency (EPA) y el Ministerio de Ambiente de Colombia. El mercurio afecta la función de las neuronas y varios sistemas bioquímicos, produciendo problemas neurológicos que incluyen insomnio, pérdida del apetito y de la memoria, trastornos del movimiento, disminución de la actividad sexual y estados depresivos. Lo más preocupante, me lo han repetido los expertos cada vez que los consulto, es que esas alteraciones se manifiestan de manera sutil o pueden ser confundidas con cuadros clínicos de otras enfermedades, haciendo difícil el diagnóstico clínico de la intoxicación crónica por el metal. El año pasado la Contraloría advirtió que el uso incontrolado y la contaminación derivada de sustancias químicas en actividades ilegales de extracción de oro ya presenta riesgos. "Los pocos estudios que se han hecho en Colombia sobre efectos en el hombre indican que cualquier persona que coma pescado u otro animal con altos niveles de mercurio puede estar en peligro", dijo el ente de control haciendo referencia a las investigaciones adelantadas por el toxicólogo Jesús Olivero-Verbel sobre la cuenca del río Cauca, en Bolívar (Cuevas, 2015).

Aunque ni el Ministerio de Salud ni ninguna otra autoridad nacional han hecho un trabajo juicioso por contar los enfermos por mercurio en Colombia, existen evidencias científicas realizadas por expertos de universidades como la de Cartagena, la de Córdoba y la Nacional que han identificado afectaciones en humanos, pero también en variedad de peces, jaguares, murciélagos y cangrejos. (Ver: Jaguares, con mercurio en el cuerpo) Olivero-Verbel es quizá el científico que más ha desarrollado eltema en Colombia. La primera vez que escuché su nombre fue a mediados de 2012, cuando la periodista científica Lisbeth Fog llegó a la sala de redacción de El Espectador con un mamotreto de papeles que condensaban las preocupantes conclusiones del investigador frente a sus estudios en el sur de Bolívar. Ahí también comenzó mi fijación por este tema (Cuevas, 2015).

Coordinador del único Doctorado en Toxicología Ambiental del país y vicerrector de Investigaciones de la Universidad de Cartagena, Olivero-Verbel ha detallado en cerca de 20 artículos científicos la problemática de contaminación por mercurio en varias regiones de Colombia y Suramérica, describiendo los problemas cognitivos provocados por el contacto de personas con agua o peces contaminados por el metal (Cuevas, 2015).

Figura 18.7. Pozo de explotación ilegal de oro en el río Agüíta en Risaralda

Después de analizar las muestras de cabello de 1.548 personas de todo el departamento de Bolívar, su equipo de científicos encontró que el promedio de concentración de mercurio era de 1,7 partes por millón (ppm), cuando entidades como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos recomiendan que no sean superiores a 1 ppm, en particular en niños y mujeres embarazadas. Pero hay más: la investigación identificó en el sur de Bolívar un foco de contaminación sobre la cuenca del Cauca, específicamente en el corregimiento de La Raya, donde se encontraron en promedio 5,3 ppm, un valor tres veces superior al del departamento. Otros panoramas preocupantes se observaron en Achí (2,4 ppm); Montecristo (2,2 ppm) y Mina Santa Cruz (1,8 ppm). "Las personas empiezan a tener temblores en las manos, pierden la memoria, sufren una disminución de su coeficiente intelectual y tienen dificultad para concentrarse. Además, no distinguen colores, su campo visual se reduce, suelen desarrollar alergias y, a veces, experimentan problemas neurológicos severos. También puede causar malformaciones de fetos si las mujeres embarazadas están expuestas a él", nos contó el investigador cartagenero, en septiembre de ese año, cuando divulgamos sus hallazgos (Cuevas, 2015).

Los niveles más altos de mercurio se registraron en una niña de tres años, hija de pescadores, con 20,1 microgramos por gramo de pelo (recordemos que el límite máximo debería ser 1). Olivero explicaba que las posibilidades de que esa niña pudiera terminar el bachillerato eran casi nulas. "Seguramente su capacidad intelectual no le permitirá ser competitiva en la escuela, y quizás, en un futuro, muchos niños tendrán el mismo inconveniente, pues en estas regiones del país las oportunidades laborales son mínimas. La minería, la agricultura y la pesca son las únicas fuentes de sustento". Aunque no existe en Colombia una evidencia científica que revele una relación directa entre cierto tipo de malformaciones y la exposición al mercurio, tanto en el sur de Bolívar como en Remedios, Zaragoza y Segovia (Antioquia) la gente menciona casos aislados de vecinos afectados. En 2005, un estudio realizado por la Universidad Nacional para la Unidad de Planeación Minero Energética de Colombia (UPME) y dirigido por el médico Miguel Cote Menéndez encontró suficientes alteraciones clínicas en la población de Segovia que confirmaron la presencia de neurotoxicidad por la exposición crónica al metal: fue común encontrar irritación en nariz y garganta, náuseas y temblor en los labios (Cuevas, 2015).

Pero las cargas contaminantes no sólo las reciben las poblaciones ribereñas mineras. Las toneladas de pescado que se extraen de estos afluentes, incluso las especies marinas que habitan en zonas afectadas por los sedimentos tóxicos de los ríos, terminan servidas en los comedores de los colombianos. Incluyendo el suyo. En un informe publicado en 2014 por el diario regional El Colombiano, el periodista Santiago Cárdenas reveló cómo, cada mes, llegan desde el Bajo Cauca y el Magdalena Medio a la plaza mayorista de Medellín ocho toneladas de bagre, bocachico, barbudo y blanquillo. De esa carga, por lo menos media tonelada de pescado es distribuida diariamente a los grandes supermercados, minimercados, carnicerías, restaurantes y tiendas. A Bogotá, dice el informe, llegan también congelados los bocachicos del sur del Bolívar, Tarazá y Cáceres. Lo que indica que el consumo frecuente de estas especies podría aumentar el riesgo de intoxicación (Cuevas, 2015).

Las alertas por la llegada de pescado con altos índices de mercurio a los comedores se prendieron en 2013 con la controvertida aparición de una investigación sobre los niveles de mercurio del atún enlatado. El magíster en Toxicología de la Universidad Nacional Juan Manuel Sánchez realizó un estudio en el que analizó 41 latas de atún de cuatro marcas, disponibles en 12 supermercados de Cartagena. Cuando le pregunté cuál era la conclusión principal de sus hallazgos, me contó que había encontrado concentraciones de mercurio "inaceptables" por la legislación colombiana en dos de las cuatro marcas. Sánchez recomendó que las atuneras hicieran esta advertencia a los consumidores, insistiendo en que el consumo de este atún en grandes cantidades podría traerles problemas a las mujeres embarazadas (Cuevas, 2015).

La respuesta del Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (Invima) fue inmediata. Harry Silva Llinás, director de Alimentos y Bebidas del Instituto, puso en duda la investigación y aseguró, como autoridad sanitaria, que garantizaba la seguridad del producto. A su vez, el gremio de empresarios pesqueros argumentó que el atún colombiano no podría ser vendido en Europa —como sigue ocurriendo— si los hallazgos del toxicólogo fueran ciertos. Lo que no tuvo en cuenta la principal autoridad sanitaria de Colombia al cuestionar el estudio es que las pruebas de Juan Manuel Sánchez se desarrollaron en laboratorios y con la tecnología del mismo Invima. Por ende, los científicos calificaron estas reacciones de la autoridad como irresponsables y el debate murió sin que se publicara una sola advertencia (Cuevas, 2015).

Los débiles esfuerzos de Colombia por componer este panorama apenas se están haciendo visibles. Tan sólo el año pasado se aprobó en el Congreso la ley 1658, con la que se obligará a que para 2023 ninguna industria colombiana utilice el metal, teniendo en cuenta que no sólo se emplea para la producción de oro (aunque son los mineros los principales clientes) sino también para la fabricación de termómetros y barómetros, lámparas, baterías, pinturas, equipos de medicina, odontología, industria farmacéutica, química y agroquímica, entre otros (Cuevas, 2015).

Figura 18.8. Organizaciones internacionales dicen que el comercio ilegal del oro es mejor negocio que la coca, en Colombia y Perú.

Esta regulación ha sido criticada por quienes piensan que la norma no contempla una ruta clara para controlar el uso del mercurio utilizado por la minería criminal, teniendo en cuenta que el problema se incrementará cuando el mercurio sea ilegal y posiblemente comience a entrar al país de contrabando. Esta estrategia se le suma la firma de Colombia al Convenio de Minamata en 2013, que tiene el propósito de eliminar, en 91 países, los productos que utilizan el metal a través de la prohibición de importaciones y exportaciones mundiales para 2020. Colombia también se comprometió a reducir y, cuando sea viable, eliminar el uso del mercurio en las actividades mineras (Cuevas, 2015).

Pienso en la panorámica del Bajo Cauca desde el aire y me pregunto cómo le vamos a hacer para detener este monstruo. Finalmente, Colombia es el país de los convenios de papel y las acciones que se tardan mientras la fiebre del oro devora los ríos y las selvas sin remordimiento. Quisiera pensar que hay alguna manera de resolver este caos. De hacer conciencia. La última investigación que inició el equipo de científicos liderado por Jesús Olivero los llevó hasta el Amazonas para revisar muestras de agua del río Caquetá y hebras de cabello de los indígenas de Araracuara. Los investigadores encontraron unos índices de contaminación por mercurio sin precedentes en el país. Los indígenas Miraña y Bora tienen en el cuerpo 15 veces más metilmercurio que el que la Organización Mundial para la Salud considera aceptable. Los detalles del estudio siguen sobre los escritorios de quienes deben tomar decisiones (Cuevas, 2015).

18.4 El asbesto

El asbesto o amianto es el nombre de un grupo de minerales metamórficos fibrosos. Están compuestos de silicatos de cadena doble. Los minerales de asbesto tienen fibras largas y resistentes que se pueden separar y son suficientemente flexibles como para ser entrelazadas y también resisten altas temperaturas. Debido a estas especiales características, el asbesto se ha usado en una gran variedad de productos manufacturados, principalmente en materiales de construcción (tejas para recubrimiento de tejados, baldosas y azulejos, productos de papel y productos de cemento con asbesto), productos de fricción (embrague de automóviles, frenos, componentes de la transmisión), materias textiles termo-resistentes, envases, paquetería y revestimientos, equipos de protección individual, pinturas, productos de vermiculita o de talco, etc. También ha sido detectado como contaminante en algunos alimentos (Schneider & McCumber, 2005; Selikoff & Greenberg, 1991; Selikoff & Hammond, 1979).

Se continúa utilizando en algunos países en vías de desarrollo. Como las sustancias mencionadas anteriormente, el asbesto es bioacumulable, aunque sus problemas se dan principalmente para los operarios de fábricas y residentes cercanos a las fábricas. El asbesto también se encuentra en el ojo del huracán en Colombia (Barrera, 1987; Giraldo, Gallego, & Correa, 2013; Pasetto, Terracini, Marsili, & Comba, 2014; Piedrahita, 2006; Tossavainen, 2003) aunque el siguiente texto del Espectador tal vez nos aclare un poco más la situación .

El hundimiento del proyecto de ley que pretendía prohibir la producción, comercialización, exportación, importación y distribución de cualquier variedad de asbesto en Colombia es una mala noticia para el país, pero algunas de las posiciones en contra que colaboraron al entierro de la iniciativa abren la puerta para que la discusión no termine ahí. Debe insistirse para que en el país se prohíba su uso, pero minimizando los costos socioeconómicos en el corto plazo. El asbesto es una fibra en forma de polvillo que por más de 70 años se ha utilizado en Colombia para producir tejas. Al menos 50 países han prohibido su uso en todas sus presentaciones por un llamado de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Organización Internacional del Trabajo (OIT), al demostrar que esta fibra es un elemento carcinogénico altamente peligroso para la salud. En estos países se ha demostrado que trabajadores que han manipulado la fibra han desarrollado enfermedades como mesotelioma y cáncer de pulmón. En Estados Unidos, por ejemplo, se calcula que cerca de 50.000 personas se enferman cada año por culpa del asbesto (Editorial, 2016).

En Colombia se buscaba prohibir en todos los casos, pero la oposición de un segmento de los trabajadores que se verían afectados, y el apoyo que esta preocupación tuvo en el Congreso, terminó por hundir el proyecto. Sin embargo, la discusión puede encauzarse a la pregunta de cuándo y cómo sería viable prohibir el asbesto, como lo propuso el ministro de Salud, Alejandro Gaviria, en un debate en el Congreso el año pasado. El senador Álvaro Uribe, líder del Centro Democrático, partido que se opuso al proyecto, dijo que “debe haber un plan de compensación socioeconómica y de desarrollo alternativo para trabajadores como los de Campamento, Antioquia, cuyo sustento proviene” del asbesto. Lo mismo había dicho Gaviria, al proponer que, para no causar traumatismos laborales, debería proponerse una prohibición ordenada, con un tiempo de transición y de planeación de entre tres y cinco años (Editorial, 2016).

Son posiciones razonables. Colombia necesita tener un debate matizado sobre el tema, donde las implicaciones de la prohibición se tengan en cuenta, sin olvidar, por supuesto, el riesgo latente que representa la utilización del asbesto en el país. Lo que está claro es que el hundimiento de este proyecto no puede significar dar la discusión por saldada. Es entendible la posición de la senadora autora del proyecto, Nadia Blel, quien manifestó que “una vez más en Colombia se imponen los intereses económicos por encima de la salud de los colombianos”. No deja de ser frustrante que el Congreso, en vez de liderar con alternativas en temas de salud pública nacional, opte por enterrar las iniciativas. Qué bueno sería que el Gobierno Nacional, adoptando la propuesta del año pasado del ministro Gaviria, demuestre su compromiso con la salud de los colombianos y se eche al hombro la necesaria prohibición del asbesto en el país. Decir que es necesario buscar alternativas para los trabajadores eventualmente afectados por esa medida no implica que eso sea suficiente para trancar una decisión que, literalmente, salvará vidas. Quedaron en deuda los políticos con este tema. (Editorial, 2016).

Figura 18.9. Ana Cecilia Niño es, sin duda, el caso más representativo de los efectos del asbesto en la salud en la república de Colombia, periodista que batalló varios años contra el uso de este material, el cual le causó un cáncer en los pulmones.

Hoy Colombia hace parte de uno de los sesenta y cuatro países que han prohibido el uso, la explotación y comercialización del asbesto en sus actividades económicas. La Ley 1968 de 2019, reglamentada mediante el Decreto 0402 de 2021, establece las disposiciones relacionadas con la prohibición de la importación y exportación del asbesto. El debate sobre la ley no fue una tarea sencilla de dirimir, existió cierta resistencia por parte de políticos preocupados por empresas nacionales fabricadoras de este mineral, en contraste con la lucha de colombianos comprometidos con un país libre de asbesto (Anaya, 2021).

La Ley 1968 de 2019, es conocida también como “La Ley Ana Cecilia Niño”, una mujer colombiana que creció en Sibaté e inhaló desde su niñez las partículas del asbesto fabricado por la Empresa Eternit Colombiana S.A, y que en su edad adulta le produjeron un mesotelioma maligno en los órganos de su cuerpo, causándole la muerte en el 2017. Existen muchas y muchos Ana Cecilia Niño en las regiones donde se fabricaba el asbesto. Han sido invisibilizados porque el país no cuenta con un estudio científico formal que exprese la relación intrínseca entre el cáncer (principalmente de pulmón y laringe), y otras (asbestosis) con el asbesto. Pero, sin duda alguna, fueron vulnerados sus derechos constitucionales a la vida, la salud y a un ambiente sano (Anaya, 2021).

18.5 Otros

La toma de conciencia de las problemáticas medioambientales derivada de una incorrecta aplicación de la ciencia química por parte de los interés es económicos preponderantes de los países fue señalado en la década de 1960, y aunque ya vimos los esfuerzos de Patterson, el autor que más ha influido en ese contexto fue Rachel Carson con la publicación de su libro Primavera Silenciosa (Carson, 1962).

El libro advertía de los efectos perjudiciales de los pesticidas en el medio ambiente -especialmente en las aves- y culpaba a la industria química de la creciente contaminación. Algunos científicos lo calificaron de fantasioso, pero para muchas personas se trata del primer libro divulgativo sobre impacto ambiental y se ha convertido en un clásico de la concienciación ecológica. Se considera que Primavera Silenciosa inspiró la movilización ecologista que consiguió que el Departamento de Agricultura revisara su política sobre pesticidas, que el DDT fuera prohibido por la legislación de los Estados Unidos. y sentó las bases para la creación de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) (Carson, 1962).

En fin, podríamos alargar la lista, pero los patrones aquí es que muchas sustancias con valores industriales son venenosas en el ambiente, especialmente para los organismos en la cima de la pirámide trófica, como el ser humano. Lamentablemente al igual que con el imperio Romano, nuestras autoridades políticas parecen hacerse los de la vista gorda, después de todo los individuos que se encuentran más cercanos a la intoxicación son los operarios industriales que no tienen voz y tan solo un precario boto en nuestros sistemas republicanos extremadamente clientelistas con los grandes emporios económicos. Y aun cuando los efectos son mundiales como en el efecto de invernadero causado por el dióxido de carbono, el dinero importa más que el equilibrio y el bien común (Hanich et al., 2014).

19. Ingenieros de ecosistemas

Regresar al Índice

Un ingeniero de ecosistemas es cualquier organismo que crea, modifica significativamente, mantiene o destruye un hábitat. Estos organismos poseen impactos significativos en la riqueza de especies e incluso pueden dar origen a ecosistemas completamente nuevos. Debido a que todas las especies tienen algún impacto en sus ecosistemas, en la actualidad se sugiere que el termino de ingeniero de ecosistemas se reserve únicamente para las especies clave de un ecosistema. Aunque videntemente el ser humano es el ingeniero de ecosistemas más importante, no es el único (Coleman & Williams, 2002; Jones, Lawton, & Shachak, 1994; Lawton & Jones, 1995; Wright & Jones, 2006).

Figura 19.1. La represa de los castores afecta a todo su ecosistema. Los castores “Castor spp.,” son un género de roedores semiacuáticos nativos de América del Norte y Eurasia que se caracterizan por sus amplias y escamosas colas. Estos animales son conocidos por su habilidad natural para construir diques en ríos y arroyos, y sus hogares —llamados castoreras— en los estanques que se crean a causa del bloqueo del dique en la corriente de agua, modificando las propiedades físicas del ecosistema y por ende su biodiversidad.

El concepto como tal es semejante al de una especie clave, pero la diferencia es que aquí se revela la razón por la cual es clave sin tener que ser un depredador de cuarto nivel trófico. Los ingenieros de ecosistemas no son necesariamente depredadores de élite, y su influencia radica en la alteración de los factores abióticos de un ecosistema, como la disponibilidad de luz, o la proporción de refugio al modificar físicamente el ecosistema. Jones y colaboradores han propuesto dos tipos de ingenieros de ecosistemas, los ingenieros alostéricos y los ingenieros autogénicos.

19.1 Los ingenieros alostéricos

Los ingenieros alostéricos son organismos que tienen la capacidad de modificar su entorno mediante la manipulación de factores bióticos y abióticos que los rodean. Estos organismos, a través de su comportamiento y acciones, pueden tener un impacto significativo en la estructura y función de los ecosistemas en los que habitan. Un ejemplo notable de ingeniería alostérica se encuentra en las aves que construyen nidos. Estas aves, como los tejedores o los pájaros carpinteros, utilizan una variedad de materiales disponibles en su entorno para construir estructuras elaboradas y resistentes donde pueden criar a sus crías.

Otro ejemplo emblemático de ingeniería alostérica lo encontramos en los castores. Estos roedores son conocidos por su capacidad para construir represas de agua utilizando ramas, troncos y barro. Las represas de los castores modifican el flujo de agua en su entorno, creando lagunas y canales que benefician tanto a los castores como a otras especies. Estas estructuras desempeñan un papel crucial en la regulación del agua, el hábitat de peces y anfibios, y la creación de humedales, que son ecosistemas ricos en biodiversidad.

Sin embargo, si hablamos de ingeniería alostérica, los seres humanos son indudablemente los expertos más destacados. A lo largo de la historia, los seres humanos han demostrado una capacidad única para modificar y alterar su entorno de formas sorprendentes. Desde la construcción de viviendas y ciudades hasta la creación de infraestructuras complejas como puentes, carreteras y presas, hemos transformado el paisaje y hemos alterado los patrones naturales de los ecosistemas en todo el mundo.

La agricultura es otro ejemplo importante de ingeniería alostérica llevada a cabo por los seres humanos. A través de la domesticación de plantas y animales, hemos creado sistemas agrícolas altamente productivos que nos permiten alimentar a una población en constante crecimiento. Los cultivos que cultivamos y las técnicas agrícolas que empleamos han cambiado drásticamente la composición y estructura de los paisajes naturales, con impactos significativos en la diversidad biológica y los ciclos biogeoquímicos.

Además de la modificación física del entorno, los seres humanos también hemos alterado los factores abióticos a través de la liberación de sustancias químicas y la contaminación. La industrialización y la quema de combustibles fósiles han dado lugar a la emisión masiva de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono, que ha llevado al calentamiento global y al cambio climático. Estos cambios en los factores abióticos tienen consecuencias significativas para los ecosistemas y la biodiversidad, ya que alteran los patrones climáticos, la disponibilidad de agua y los ciclos naturales.

Es importante destacar que la ingeniería alostérica, incluida la actividad humana, puede tener tanto efectos positivos como negativos en los ecosistemas. Algunas de estas alteraciones pueden aumentar la resiliencia y la adaptabilidad de los ecosistemas frente a cambios ambientales, mientras que otras pueden resultar en la pérdida de hábitats, la extinción de especies y la degradación del medio ambiente. Por lo tanto, es fundamental que consideremos cuidadosamente las implicaciones de nuestras acciones y busquemos un equilibrio sostenible entre nuestras necesidades y la conservación de la naturaleza..

19.2 Los ingenieros autogénicos

Los ingenieros autogénicos desempeñan un papel fundamental en la modificación del ambiente a través de su mera existencia y maduración. Estos organismos, como los árboles en los bosques, tienen la capacidad de crear y dar forma a los ecosistemas en los que viven. En el caso de los bosques, la presencia de árboles es esencial para la formación y mantenimiento del ecosistema forestal en su conjunto.

Los árboles son ingenieros autogénicos clave en los bosques. A medida que crecen, desarrollan un sistema de raíces extenso que ayuda a retener el suelo y prevenir la erosión. Sus copas proporcionan sombra y protección contra la radiación solar directa, lo que crea microclimas más frescos y húmedos debajo de su dosel. Además, los árboles actúan como sumideros de carbono, absorbiendo dióxido de carbono de la atmósfera y almacenándolo en su biomasa, lo que ayuda a mitigar el cambio climático.

Figura 19.2. Un bosque es un ecosistema terrestre caracterizado por la presencia predominante de árboles y una amplia diversidad de especies vegetales y animales. Los bosques desempeñan un papel vital en la regulación del clima, la conservación de la biodiversidad y la provisión de servicios ecosistémicos. Existen diversos tipos de bosques en todo el mundo, entre ellos se encuentran las selvas, también conocidas como bosques tropicales, que se caracterizan por su alta biodiversidad y clima cálido y húmedo. Otro tipo de bosque importante es el manglar, presente en zonas costeras, donde los árboles toleran la salinidad y brindan hábitats únicos para diversas especies.

La presencia de árboles en un bosque también influye en la disponibilidad de recursos para otras especies. Sus hojas, ramas y troncos caídos proporcionan materia orgánica que se descompone y enriquece el suelo. Esto crea un sustrato fértil para el crecimiento de plantas más pequeñas, como arbustos y hierbas, que a su vez brindan alimento y refugio a una variedad de organismos, desde insectos y aves hasta mamíferos.

Además de los árboles, otros ingenieros autogénicos desempeñan un papel importante en la modificación del ambiente. Por ejemplo, los arrecifes de coral son ingenieros autogénicos marinos que construyen estructuras de carbonato de calcio a través de la secreción de sus exoesqueletos. Estas estructuras, conocidas como arrecifes, proporcionan hábitats complejos y diversos para una amplia gama de organismos marinos. Los corales también actúan como barreras físicas que ayudan a proteger las costas de la erosión causada por las olas.

La presencia de ingenieros autogénicos en un ecosistema no solo afecta a otras especies, sino también a los procesos ecológicos y los ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, en los humedales, las plantas acuáticas como los juncos y los lirios forman densos macizos de raíces que ayudan a retener el suelo y a filtrar el agua. Esto mejora la calidad del agua y crea hábitats adecuados para una gran variedad de organismos acuáticos.

Es importante tener en cuenta que los ingenieros autogénicos no solo modifican su entorno, sino que también se ven influenciados por él. Los cambios en los factores abióticos, como la disponibilidad de agua, la temperatura y los nutrientes, pueden afectar la distribución y el éxito de estos organismos ingenieros. A su vez, los cambios en su abundancia y distribución pueden tener efectos en cascada en toda la comunidad biológica y en los procesos ecológicos del ecosistema.

19.3 Importancia de los ingenieros de ecosistemas

Ser capaz de identificar las especies clave que pueden alterar o mantener la estabilidad de un ecosistema es de vital importancia para establecer políticas de conservación efectivas. Los ingenieros de ecosistemas desempeñan un papel crucial al actuar como especies sombrilla, ya que crean los espacios o nichos en los cuales otras especies pueden sobrevivir y prosperar.

En algunos casos, las especies introducidas pueden convertirse en invasoras en sus nuevos ecosistemas debido a su capacidad inherente de ser ingenieros de ecosistemas. Un ejemplo de esto es el Kudzu, una planta leguminosa introducida en el sudeste de Estados Unidos, que ha alterado la distribución y el número de especies de animales terrestres y aves en las áreas que invade. Este fenómeno destaca cómo la presencia de ciertas especies ingenieras puede tener un impacto significativo en la estructura y función de los ecosistemas.

Sin embargo, no podemos ignorar el hecho de que los seres humanos somos uno de los ingenieros de ecosistemas más influyentes en términos de modificación y distribución a nivel planetario. A través de prácticas como la urbanización, la agricultura, el pastoreo y la minería, hemos alterado drásticamente el paisaje de los ecosistemas con los que hemos interactuado, especialmente desde la revolución industrial. Esta relación entre los humanos y los ecosistemas tiene su propio campo de estudio denominado ecología humana.

La urbanización ha transformado vastas áreas de tierra en ciudades y áreas metropolitanas, generando un impacto significativo en los ecosistemas circundantes. La expansión de las áreas urbanas ha llevado a la fragmentación del hábitat natural, lo que dificulta la movilidad y el flujo genético de las especies. Además, las actividades humanas asociadas con la urbanización, como la construcción de infraestructuras y la eliminación de vegetación nativa, afectan la disponibilidad de recursos y refugio para las especies.

La agricultura a gran escala ha sido una de las principales fuerzas impulsoras de la transformación de los ecosistemas. La conversión de tierras salvajes en campos de cultivo y pastizales ha llevado a la pérdida de hábitats naturales y a la disminución de la diversidad biológica. Además, el uso intensivo de pesticidas y fertilizantes químicos puede tener efectos adversos en los ecosistemas acuáticos y terrestres, contaminando el suelo y el agua y afectando a las especies que dependen de ellos.

El pastoreo también ha desempeñado un papel importante en la modificación de los ecosistemas. La sobreexplotación de pastizales por el ganado puede provocar la degradación del suelo y la pérdida de especies nativas, así como cambios en la estructura y composición de las comunidades vegetales. Además, el pastoreo excesivo puede alterar los patrones naturales de regeneración de las plantas, lo que afecta la disponibilidad de alimento y refugio para otras especies.

La minería, especialmente la minería a gran escala, ha dejado un impacto duradero en los ecosistemas. La extracción de minerales y recursos naturales ha llevado a la destrucción de hábitats y a la contaminación del suelo y el agua. La acumulación de residuos mineros tóxicos puede afectar negativamente la calidad del agua y la salud de las especies que dependen de estos recursos. Además, la minería puede contribuir a la pérdida de biodiversidad al destruir áreas naturales que albergan especies únicas y endémicas.

20. Servicios de ecosistemas

Regresar al Índice

La humanidad se beneficia de los ecosistemas de múltiples formas, colectivamente a estos beneficios les damos el nombre de servicios de un ecosistema. Los servicios de un ecosistema involucran proveer agua potable y descomposición de los desechos orgánicos. Mientras que los científicos “ecólogos” y los ambientalistas “ecologistas” han discutido a cerca de los servicios de los ecosistemas por décadas, el concepto de servicios de un ecosistema fue popularizado por el Consejo del Ecosistema del Milenio durante los primeros años de la década del 2000. El comité agrupó los servicios de los ecosistemas en cuatro categorías principales: aprovisionamiento, regulación, soporte, y cultura.

20.1 Desarrollo del concepto

A pesar de que la noción de dependencia del ser humano con respecto al equilibrio del planeta y sus diversos ecosistemas ha sido un conocimiento intuitivo que han desarrollado todas las culturas durante sus periodos de desarrollo temprano, especialmente aquellas culturas que se basan en la cacería y la recolección, parece que tal idea fue rápidamente olvidada por la cultura occidental y las diversas civilizaciones hasta el año el siglo XX La economía y el capital dependen de la naturaleza, ergo existe un capital natural, concepto que fue acuñado en 1973 por E. F. Schumacher en su libro “Pequeño y Hermoso”.

De cierta forma siempre ha existido una disociación entre las advertencias de los académicos y lo que la economía de las naciones desea, por ejemplo, Platón ya advertía que la deforestación conllevaba a la erosión de los nutrientes y a la sequía de las fuentes de agua. Malthus advertía en el siglo XIX que cualesquiera que fueran los servicios de un ecosistema, estos no se renovaban con la misma velocidad con la que lo hacían las poblaciones crecientes, por lo que invariablemente la población crecería a un punto de quiebre donde las fuerzas naturales como el hambre, la guerra o la peste regulaban nuevamente la población. Sin embargo, no fue sino hasta 1940 hasta que tres autores importantes: Henry Fairfield Osborn, Jr, William Vogt, y Aldo Leopold; promovieron el reconocimiento de que los seres humanos y la economía dependen del medioambiente.

En 1956 Paul Sears llamó la atención al rol crítico de los ecosistemas en el procesamiento y reciclado de los desechos para convertirlos nuevamente en nutrientes. En 1970 Paul Ehrlich y Rosa Weigert realizaron un resumen de la importancia de los ecosistemas en su libro de texto (Ehrlich & Ehrlich, 1970) señalando que “la amenaza más peligrosa y sutil para la existencia humana es el la destrucción potencial de los ecosistemas de los cuales el ser humano depende”. El término servicios de un ecosistema fue introducido en 1970 en el informe denominado “Estudio de los Problemas Medioambientales Críticos” (Mooney, Ehrlich, & Daily, 1997) que listaba como servicios: la polinización, la obtención de carne por pesca, la regulación del clima y el control alimentario. Con el paso de los años variaciones del término han sido empleados.

Los servicios de un ecosistema como concepto ha continuado expandiéndose no solo en la comunidad científica, sino que ahora es un tema que ayuda a vincular a los conceptos socioeconómicos para poder tener un marco conceptual más fuerte a la hora de discutir los problemas de la conservación (Brockington & Duffy, 2010; Büscher, Sullivan, Neves, Igoe, & Brockington, 2012; Kosoy & Corbera, 2010; Redford & Adams, 2009). Sin embargo, en la actualidad los libros de texto de biología general ecología aun no lo recogen en sus introducciones al ecosistema de forma estandarizada.

20.2 Servicios de soporte

Son aquellos servicios que permiten en desarrollo y mantenimiento de todos los demás servicios, por ejemplo el reciclaje de desechos para transformarlos en nutrientes, la producción primaria de alimentos o la formación del suelo fértil. Estos servicios son los que hacen posible la vida compleja en un ecosistema, lo cual incluye a la humana. Por ejemplo, los seres humanos requerimos oxígeno como parte de nuestro sistema de soporte vital, el cual es proveído por parte de la primera reacción de la fotosíntesis.

20.3 Servicios de aprovisionamiento

Estos servicios poseen un enorme impacto económico, y al mismo tiempo, la codicia humana por obtenerlos es lo que ha conllevado a la destrucción de muchos ecosistemas. Entre estos servicios podemos listas:

Figura 20.1. Servicios de los ecosistemas. Los ecosistemas prestan ser vicios que, realizados por plantas industriales, costearían miles de millones de dólares, sin embargo los economistas tienden a darlos por sentado hasta que hacen falta.

aprovisionamiento de alimento por caza, pesca, recolección o agricultura; extracción de materias prima como pieles, madera, materia orgánica, fertilizantes, saborizantes entre otros; recursos genéticos y farmacéuticos que incluyen numerosas sustancias activas y genes para el desarrollo de nuevos tratamientos; producción de minerales como la sintomita; recursos médicos no incluidos anteriormente como las especies modelos para la experimentación; y la producción de energía mediante la producción hidroeléctrica o la quema de biomasa.

20.4 Servicios de regulación

Los ecosistemas desempeñan un papel fundamental en la regulación de numerosos procesos y servicios que son esenciales para el funcionamiento equilibrado de nuestro planeta. Estos servicios de regulación son beneficios que obtenemos de la capacidad intrínseca de los ecosistemas para autorregularse y mantener el equilibrio en diversos aspectos.

Uno de los servicios de regulación más destacados es la capacidad de los ecosistemas para secuestrar carbono y regular el clima. A través del proceso de fotosíntesis, las plantas y los organismos fotosintéticos capturan dióxido de carbono de la atmósfera y lo convierten en biomasa. Esta biomasa se almacena en los ecosistemas terrestres, como los bosques, y en los ecosistemas acuáticos, como los arrecifes de coral y las praderas marinas. Este proceso ayuda a mitigar el cambio climático al reducir la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera.

Además, los ecosistemas desempeñan un papel crucial en la descomposición de desechos y la detoxificación de los medios, ya sea aire o agua. Los microorganismos y los organismos descomponedores presentes en los ecosistemas se encargan de descomponer los materiales orgánicos y convertirlos en nutrientes disponibles para otros organismos. Este proceso de descomposición es fundamental para el reciclaje de nutrientes y la eliminación de desechos, contribuyendo así a mantener la salud y la calidad de los ecosistemas.

Otro servicio de regulación importante es el control de plagas y enfermedades. Los ecosistemas naturales albergan una diversidad de organismos que interactúan en complejas redes tróficas. Dentro de estas redes, existen especies depredadoras y parásitas que controlan las poblaciones de plagas y enfermedades. Por ejemplo, las aves rapaces que se alimentan de roedores ayudan a controlar las poblaciones de roedores y reducir el riesgo de enfermedades transmitidas por ellos. Esta regulación natural de las poblaciones de plagas y enfermedades es una forma efectiva de control biológico que se produce dentro de los ecosistemas saludables.

Además de estos servicios de regulación mencionados, los ecosistemas también desempeñan un papel importante en la regulación de procesos hidrológicos, como la retención y el filtrado del agua. Los bosques y las áreas naturales actúan como esponjas naturales que absorben el agua de lluvia y la liberan gradualmente, reduciendo así el riesgo de inundaciones y manteniendo un suministro constante de agua dulce. Además, los ecosistemas actúan como filtros naturales, eliminando contaminantes y mejorando la calidad del agua.

20.5 Servicios culturales

Los servicios culturales son una categoría de servicios de los ecosistemas que se refieren a los beneficios inmateriales y emocionales que las personas obtienen al interactuar y conectar con la naturaleza. Estos servicios no solo satisfacen nuestras necesidades físicas, sino que también enriquecen nuestras vidas a nivel espiritual, cognitivo y emocional.

Uno de los principales beneficios de los servicios culturales es el enriquecimiento espiritual. La naturaleza nos brinda un sentido de conexión y pertenencia, nos inspira y nos ayuda a encontrar significado y propósito en nuestras vidas. Al contemplar paisajes naturales impresionantes, como montañas majestuosas, playas deslumbrantes o bosques exuberantes, podemos experimentar una sensación de asombro y admiración que trasciende lo material y nos conecta con algo más grande que nosotros mismos.

Además, los ecosistemas también desempeñan un papel importante en el desarrollo cognitivo. El contacto con la naturaleza estimula nuestra curiosidad y nos invita a explorar y descubrir el mundo que nos rodea. Los niños que tienen la oportunidad de interactuar con la naturaleza desarrollan habilidades cognitivas, como la observación, la resolución de problemas y el pensamiento creativo. Además, la investigación ha demostrado que el tiempo pasado en entornos naturales puede mejorar la concentración, la memoria y el rendimiento académico.

La reflexión filosófica es otro beneficio que los servicios culturales nos ofrecen. La naturaleza nos invita a reflexionar sobre nuestra relación con el entorno natural, nuestra responsabilidad hacia otras especies y el equilibrio entre el desarrollo humano y la conservación del medio ambiente. A través de la contemplación de la naturaleza, podemos cuestionar nuestras propias creencias y valores, y explorar conceptos más profundos sobre la vida, la existencia y nuestra conexión con el mundo natural.

La recreación y la experiencia artística son también servicios culturales proporcionados por los ecosistemas. La naturaleza nos brinda numerosas oportunidades para disfrutar de actividades recreativas al aire libre, como senderismo, ciclismo, acampada, pesca y muchas otras. Estas actividades no solo nos permiten ejercitarnos y mantenernos saludables, sino que también nos brindan momentos de alegría, diversión y relajación. Además, la belleza natural de los paisajes y la vida silvestre han sido una fuente de inspiración para artistas, escritores y músicos a lo largo de la historia, dando lugar a obras maestras que transmiten la conexión entre la naturaleza y la expresión humana..

20.6 Servicios de un ecosistema y la economía

Los capitalistas tienden a pensar en los ecólogos y ecologistas como hippies que solo protestan e impiden el desarrollo de una economía competitiva, y piensan que las regulaciones impuestas por estos grupos impiden el libre mercado y la posibilidad de hacer frente a sistemas económicos que no tienen ese tipo de taras. Sin embargo una aproximación más cercana al problema revela que los servicios de los ecosistemas son la base de muchos procesos económicos o que al ser tenidos en cuenta como Capital natural pueden ahorrar millones de dólares en esfuerzos artificiales.

En la ciudad de Nueva York la calidad del agua potable estaba disminuyendo por debajo de los estándares mínimos requeridos por la Agencia para la protección Ambiental EPA, para resolver el problema primero se pensó en una compleja planta de purificación que hubiera costado en el papel y sin sobre costos unos 6 a 8 mil millones de dólares. En lugar de ello se decidió invertir en Capital Natural, en este caso el humedal costero de Catskill que en años anteriores había proveído al ecosistema de la ciudad con el servicio de purificación de agua, el cual había sido contaminado y dañado por la presión urbana. Una vez que el flujo de agua contaminada, pesticidas y exceso de fertilizantes fue eliminado del humedal, los procesos naturales del ecosistema como la absorción y filtración mineral, así como el procedo de los microorganismos y las raíces permitió un incremento en la calidad del agua hasta llevarla por encima de los estándares mínimos. La inversión en el Capital natural fue de unos 1.5 mil millones de dólares, cerca de ocho veces menos que invertir en una planta de purificación (Chichilnisky & Heal, 1998).

La polinización las plantas de cultivo por parte de las abejas es necesaria para la producción de 15-30% del alimento solo en los Estados Unidos de América; la mayoría de los agricultores importan abejas no nativas productoras de miel para proveer este servicio, lo cual es peligroso ya que estas generalmente están africanizadas y como mínimo posee un agujón duro. Sin embargo, varios estudios han resaltado que las especies de abejas nativas, muchas sin agujón, y aun cuando lo tienen no tan propensas a atacar, pueden ser tan buenas polinizadoras o incluso mejores. Sin embargo, las prácticas de agricultura intensiva por monocultivo rápidamente degradan a los polinizadores nativos, especialmente gracias al uso de pesticidas que no distinguen entre los parásitos y los mutualistas. Estudios revelan que un área de reserva silvestre permite no solo conservar fauna, sino la diseminación de polinizadoras naturales hacia las granjas, con lo que estas no deben gastar dinero para contratar abejas melíferas como polinizadores (Cane, 2001; Delaplane, 2010; Joshi, 2000; Klein, Steffan–Dewenter, & Tscharntke, 2003; Kremen, Bugg, et al., 2002; Kremen, Williams, & Thorp, 2002; Quezada-Euán, de Jesús May-Itzá, & González-Acereto, 2001; Velthuis & Van Doorn, 2006).

En las riveras del rio Yangtze en China, se emplearon modelos espaciales para determinar el volumen de agua proveído o protegido por los bosques rivereños, con el fin de general una aproximación a la contribución económica de la producción económica que se obtiene a través de las hidroeléctricas. Los investigadores concluyeron que el beneficio económico de mantener los bosques por propósitos de producción eléctrica era 2.2 veces mayor que la de talar el bosque para la explotación maderera (Guo, Xiao, & Li, 2000).

Existen muchos otros ejemplos de una idea simple, mantener un ecosistema no es solo un imperativo ético o solidario con la humanidad, es una inversión a largo plazo del cual se obtienen dividendos directos, o indirectos, después de todo el prestigio de una empresa al obtener el título de ambientalista, de ser lo chicos buenos, de ser el equipo popular, es algo es inestimable para una marca en términos de dinero real.

20.7 Inversión y conocimiento

La inversión en el capital natural es crucial para demostrar a los inversionistas los beneficios a largo plazo de preservar y proteger la naturaleza. Sin embargo, este enfoque requiere una amplia investigación de campo y el desarrollo de modelos matemáticos complejos. Comprender el funcionamiento de los ecosistemas es un desafío que no puede abordarse mediante métodos reduccionistas, ya que involucra una gran variedad de interacciones y procesos a diferentes escalas.

La investigación de campo es fundamental para recopilar datos empíricos y observaciones directas sobre los ecosistemas. Los científicos y ecólogos deben realizar estudios exhaustivos en diversos entornos naturales para comprender las complejas redes tróficas, los flujos de energía y los ciclos de nutrientes. Estos datos son esenciales para construir modelos matemáticos precisos que puedan simular y predecir el comportamiento de los ecosistemas en diferentes escenarios.

La modelación matemática desempeña un papel crucial en la comprensión y predicción de los sistemas ecológicos. Estos modelos incorporan variables como la biodiversidad, los factores abióticos, las interacciones entre especies y los cambios ambientales para simular cómo se comportan los ecosistemas con el tiempo. Estos modelos pueden ayudar a identificar patrones, comprender las respuestas de los ecosistemas a perturbaciones y evaluar los posibles efectos de diferentes estrategias de gestión.

Es importante destacar que muchos de los servicios ecosistémicos con mayor impacto económico son invisibles a simple vista. La polinización, por ejemplo, es un servicio clave que permite la reproducción de las plantas y la producción de alimentos, pero gran parte de este proceso ocurre a nivel microscópico y pasa desapercibido para la mayoría de las personas. Otros servicios, como la purificación del agua y el control de inundaciones, también pueden ser subestimados en términos de su valor económico, pero desempeñan un papel fundamental en la sociedad y en la sostenibilidad de los ecosistemas.

La complejidad es uno de los desafíos más importantes en la descripción formal de los flujos de energía y materia en los ecosistemas. Los ecosistemas son sistemas dinámicos compuestos por una gran diversidad de organismos y procesos interconectados. Desde las interacciones microbianas en el suelo hasta los patrones de migración de las especies a lo largo de miles de kilómetros, comprender y modelar esta complejidad requiere un enfoque holístico y multidisciplinario.

La inversión en investigación y educación es fundamental para avanzar en nuestra comprensión de los ecosistemas y promover la inversión en capital natural. Se requiere financiamiento para llevar a cabo investigaciones de campo, realizar estudios a largo plazo y desarrollar modelos matemáticos sofisticados. Además, la educación juega un papel vital en la sensibilización y concienciación sobre la importancia de la conservación y el manejo sostenible de los ecosistemas.

La conservación del capital natural no solo implica proteger la biodiversidad y los servicios ecosistémicos, sino también reconocer su valor económico y su contribución al bienestar humano. Los modelos económicos tradicionales a menudo no tienen en cuenta los beneficios que los ecosistemas proporcionan de forma gratuita, lo que lleva a decisiones subóptimas y a la degradación de los recursos naturales. Integrar la valoración de los servicios ecosistémicos en los sistemas económicos es esencial para garantizar una gestión sostenible de los ecosistemas y un desarrollo equitativo.

21. Interacciones ecosistémicas complejas

Regresar al Índice

Tomado de: (Moon & Moon, 2011).

Durante muchos años, los ecólogos han tratado de comprender los roles y la importancia de los efectos directos e indirectos en las comunidades. Los efectos directos, como su nombre lo indica, tratan el impacto directo de un individuo sobre otro cuando no está mediado o transmitido a través de un tercer individuo. Los efectos indirectos pueden definirse como el impacto de un organismo o especie en otro, mediado o transmitido por un tercero. Por ejemplo, una oruga puede ejercer un efecto directo en una planta al comerla. Si un ave come esa oruga (también un efecto directo), esto puede reducir el daño a la planta, lo que resulta en un efecto indirecto del ave en la planta. Nuestra comprensión de los roles y la importancia relativa de los efectos directos e indirectos en las comunidades ha cambiado dramáticamente con el tiempo. Los primeros años de la ecología comunitaria se centraron predominantemente en los efectos directos. Posteriormente, los efectos indirectos comenzaron a recibir el mismo tratamiento teórico y empírico. Ahora se acepta ampliamente que tanto los efectos directos como los indirectos juegan un papel importante en las comunidades y la atención se ha desplazado hacia la comprensión de los factores que alteran los tipos y la importancia de estas interacciones. Aquí brindamos una breve perspectiva histórica sobre los efectos directos e indirectos, y luego dirigimos nuestra atención a los estudios de casos de que demuestran cómo los factores abióticos pueden cambiar la importancia de los efectos directos e indirectos.

Figura 21.1. Relaciones indirectas. Un ejemplo de efectos directos (líneas continuas) y efectos indirectos (líneas discontinuas) entre tres especies. El depredador (ave) tiene un efecto indirecto positivo en la especie basal (planta) a través del efecto directo de la depredación en la oruga, lo que reduce la herbivoría en la planta (también un efecto directo).

Históricamente, los ecólogos centraron su atención en comprender los efectos directos como la competencia, la herbivoría y la depredación (por ejemplo, Park 1948, Huffaker 1958, Connell 1961). Se creía que tales efectos directos eran las fuerzas que conformaban principalmente la estructura de la población y la comunidad, el núcleo de la selección natural. Se pensaba que la competencia era particularmente importante ya que las especies dividían sus nichos, ecológica y evolutivamente, para disminuir el impacto de la competencia interespecífica (MacArthur 1958, Hutchinson 1959). La competencia también estuvo a la vanguardia de la ecología experimental, con el trabajo de ecologistas como Thomas Park (1954) y Joe Connell (1961) que influyeron significativamente en la forma en que observamos las interacciones interespecíficas y en cómo estudiamos. Curiosamente, el trabajo de Park sobre la competencia también ilustró la importancia de los efectos indirectos al demostrar que el resultado de las interacciones competitivas entre Tribolium castaneum y Tribolium confusum cambió cuando los escarabajos se infectaron con el parásito Adelina sp. (Park 1948). Los experimentos de Park también mostraron que el resultado de las interacciones interespecíficas se puede cambiar por la variación de los factores ambientales abióticos (Park 1954). En general, sin embargo, se pensaba que los efectos indirectos eran relativamente poco importantes en la configuración de la estructura de la comunidad (Vandermeer 1969) y recibían poca atención. Debido a su complejidad, los efectos indirectos pueden ser más difíciles de detectar y cuantificar que los efectos directos, y esto puede haber contribuido a la subestimación de su rol en las comunidades (Menge 1995, Strong 1997).

A pesar de la falta de tratamiento experimental y teórico por parte de los ecólogos, la evidencia de que los efectos indirectos pueden ser fuertes e importantes ha estado presente durante muchos años. El uso extensivo del control biológico atestigua la fuerza potencial de los efectos indirectos, ya que el rendimiento de los cultivos se incrementa mediante cascadas tróficas iniciadas por enemigos naturales introducidos o las poblaciones de depredadores y parásitos naturales aumentan. Hairston et al. (1960) en su seminal "mundo verde", el documento llevó este concepto de un entorno agrícola a uno natural al sugerir que el mundo es verde porque los depredadores y parásitos controlan las densidades de los herbívoros, lo que permite que las plantas proliferen (lo que a menudo se conoce como la hipótesis del HSS). De hecho, los estudios sobre cascadas tróficas comenzaron a proliferar y recibieron más tratamiento teórico y empírico que cualquier otra vía de efectos indirectos (revisada en Brett & Goldman 1996, Schmitz et al. 2000, Halaj & Wise 2001). Los estudios que demuestran la importancia de otros efectos indirectos también proliferaron, y quedó claro que los efectos indirectos pueden ser determinantes importantes de la estructura de la comunidad (por ejemplo, Strauss 1991a, b; Wootton 1993, 1994).

Figura 21.2. Efectos indirectos más fertilizantes. Las principales especies en nuestra red alimenticia de marismas y algunos de los efectos directos (líneas continuas) y los efectos indirectos (líneas discontinuas) entre ellos. Esta figura ilustra las interacciones que ocurren en la comunidad cuando la disponibilidad de nutrientes aumenta a través de la fertilización. La fertilización cambia la morfología de la planta, lo que tiene un efecto directo sobre las avispas parasitoides. Estas avispas tienen un efecto indirecto positivo en la planta al reducir la densidad de los herbívoros.

Con el entendimiento de que los efectos indirectos pueden ser importantes, surgió el deseo de comprender las fortalezas relativas de los efectos directos e indirectos en los ecosistemas naturales. En una revisión de estudios experimentales, Schoener (1993) informó que solo alrededor de una cuarta parte de todos los cambios en la comunidad informados se debían a efectos indirectos, mientras que el resto se debía a efectos directos. Esta revisión parecía apoyar la opinión anterior de que, en relación con los efectos directos, los efectos indirectos no eran muy importantes. Sin embargo, Menge (1995) informó que, en promedio, 40 a 45% de todos los cambios en la comunidad se debieron a efectos indirectos y que, en estudios individuales, el porcentaje podría ser tan alto como 65%. Por lo tanto, parecía que los roles relativos de estos factores variaban entre los estudios y que, en ciertas circunstancias, los efectos indirectos podían ser tan fuertes como los efectos directos.

La comprensión de los factores que cambian la importancia relativa de los efectos directos e indirectos sigue siendo un punto focal de los estudios de las interacciones de las especies. Fretwell y Oksanen y sus colegas (Fretwell 1977, Oksanen et al. 1981) aplicaron este concepto al modelo HSS anterior. Oksanen et al., sugirió que el escenario propuesto por Hairston et al., era una posibilidad, pero los efectos indirectos de los enemigos naturales en las plantas no siempre eran fuertes. Sugirieron que la productividad del ecosistema determinaba las fortalezas relativas de varios efectos directos e indirectos entre las especies. Por ejemplo, en ecosistemas con una productividad muy baja, las plantas estarían limitadas por la competencia por los recursos y no producirían suficiente biomasa para apoyar a los herbívoros. A medida que aumentaba la productividad, las poblaciones de herbívoros podían ser apoyadas y las poblaciones de plantas ahora serían limitadas por la herbivoría. Con mayores incrementos en la productividad, los enemigos naturales ahora podrían ser apoyados y limitarían el tamaño de las poblaciones de herbívoros, lo que resultaría en un efecto indirecto positivo en las plantas. Si la productividad es suficiente para soportar un cuarto nivel trófico, estos enemigos secundarios tendrían un efecto indirecto positivo sobre los herbívoros y un efecto indirecto negativo sobre las plantas. Menge y Sutherland (1976) describieron cómo escenarios similares podrían desarrollarse con diferentes niveles de estrés ambiental.

Las hipótesis de HSS, Oksanen-Fretwell y Menge-Sutherland no solo abordaron el tema de la importancia relativa de los efectos directos e indirectos en las comunidades, sino que también provocaron un debate asociado con respecto a la importancia de los factores de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. Hunter y Price (1992) establecieron un marco teórico en el que los factores ambientales establecen el escenario en el que actúan las interacciones interespecíficas. Su modelo integró efectos directos e indirectos, factores de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, y heterogeneidad ambiental y estableció el paradigma para muchos estudios futuros, algunos de los cuales se analizan a continuación.

Las marismas saladas ofrecen excelentes oportunidades para examinar los efectos de la heterogeneidad ambiental en las interacciones directas e indirectas. Las marismas saladas son variables espacial y temporalmente en una serie de factores abióticos, incluidos los niveles de nutrientes, que pueden impulsar la productividad y la salinidad, que puede causar estrés

en las plantas (Adam 1990). Además, las comunidades en las marismas salinas tienden a ser más simples que en muchos otros hábitats, lo que facilita el esclarecimiento de las vías de interacción directa e indirecta, y hace que la manipulación experimental de estas vías y especies en el campo sea logísticamente factible (Denno et al. 2002, Moon & Stiling 2004). El estudio de las interacciones interespecíficas en la marisma ha permitido realizar pruebas explícitas de muchas de las ideas propuestas en los modelos HSS, Oksanen-Fretwell, Menge-Sutherland y Hunter & Price y ha revelado cómo considerar los efectos tanto directos como indirectos en el contexto de la heterogeneidad ambiental es esencial para entender la dinámica de la comunidad.

Muchos estudios se han centrado en la comunidad de artrópodos asociada con la margarita de ojo de mar, Borrichia frutescens (Figura 21.2, Figura 21.3), que es un compuesto perenne que habita en zonas pantanosas hacia la costa de la zona intermareal a lo largo de las costas del Atlántico y el Golfo de Florida.

Figura 21.3. Efectos indirectos menos fertilizantes. Las interacciones que se producen en la comunidad cuando el estrés ambiental aumenta a través de la adición de sal. Las principales especies en nuestra red alimenticia de marismas y algunos de los efectos directos (líneas continuas) y los efectos indirectos (líneas discontinuas) entre ellos. Las plantas estresadas por la sal se vuelven más duras y más leñosas, lo que reduce el parasitismo de las avispas. Las avispas tienen menos efecto sobre los herbívoros y no se observan efectos indirectos sobre las plantas.

Muchos estudios han demostrado que las densidades de insectos herbívoros están relacionadas con la disponibilidad de nutrientes (por ejemplo, Mattson 1980, Dixon 1985, Waring & Cobb 1992). Se ha demostrado que esto también es cierto para los herbívoros de B. frutescens. Una serie de experimentos de campo mostraron que el aumento de la disponibilidad de nitrógeno mediante la fertilización de las plantas en el campo, dio lugar a efectos directos positivos sobre las densidades del homóptero Pissonotus quadripustulatus, que se alimenta del floema, la mosca del asfalto Asphondylia borrichiae, y la lepidóptera sp. (Figura 2, Moon et al. 2000; Moon & Stiling 2000, 2002b, c, 2004). La disponibilidad de nitrógeno también se redujo al agregar carbono lábil en forma de azúcar y las densidades de los herbívoros insectos también registraron estas disminuciones (Stiling y Moon 2005). Aunque la magnitud del cambio difirió entre las especies de herbívoros, todas respondieron de manera similar a los aumentos y disminuciones en la disponibilidad de nutrientes debido a los cambios en el contenido de nitrógeno de la planta huésped que ocurren al mismo tiempo.

Los cambios en los niveles de salinidad del suelo también alteran la calidad y la morfología de la planta, lo que resulta en efectos directos sobre los herbívoros. En el caso de la salinidad, a diferencia del nitrógeno, los efectos variaron entre las especies de herbívoros. El aumento de los niveles de salinidad del agua en los poros del suelo mediante la adición experimental de sal dio lugar a densidades más altas de P. quadripustulatus (Moon & Stiling 2000), pero también a densidades más bajas de A. borrichiae “Figura 21.4” (Moon & Stiling 2002a). Para el fulgoromorfo P. quadripustulatus, el aumento puede haber resultado de la movilización de aminoácidos para lograr un equilibrio osmótico más favorable (Cavalieri y Huang 1979, White 1984). En contraste, en A. borrichiae puede haber sido afectada por un menor contenido de humedad y un endurecimiento de los tejidos de la planta que se produce en entornos más salinos (Moon & Stiling 2002a).

Figura 21.4. Efecto del fertilizante en el fenotipo de una especie clave. Un tallo verde de Borrichia frutescens a la izquierda y un tallo leñoso a la derecha. Los tallos verdes son más suaves y más fáciles para que penetren las avispas parasitoides que los tallos leñosos, lo que produce diferentes niveles de parasitismo de los huevos y larvas de herbívoros dentro de estos dos tipos de tallos.

Además de tener efectos directos sobre los herbívoros, los cambios en la calidad de las plantas y la morfología inducida por factores abióticos afectaron a los enemigos naturales y, a su vez, afectaron a los herbívoros y las plantas (Figura 21.2 y Figura 21.3). En las marismas saladas de Florida, los principales enemigos naturales de los herbívoros en B. frutescens son las avispas parásitas. Para atacar a sus huéspedes, las avispas hembras deben perforar la epidermis de la planta para acceder al huevo o larva del huésped que vive dentro de la planta. Los cambios en los niveles de salinidad y nutrientes afectan la morfología de los tallos de B. frutescens. En ambientes benignos, con bajos niveles de estrés y alta disponibilidad de nutrientes, los tallos de B. frutescens crecen rápidamente y tienen una suave epidermis verde. En ambientes más estresantes (mayor salinidad y / o menor disponibilidad de nutrientes), el crecimiento de la planta disminuye y la epidermis de la planta adquiere una textura dura y leñosa que es físicamente más difícil de penetrar (Figura 21.3).

Figura 21.5. Fulgoromorfos y fertilizantes. Número medio (± 1 SEM) de fulgoromorfos Pissonotus quadripustulatus por cada 20 Borrichia frutescens proviene de parcelas que no recibieron tratamiento (control), fertilizantes nitrogenados (verde), trampas que redujeron el parasitismo (amarillo), o fertilizantes y trampas (azul). El fertilizante produce tallos más suaves y verdes en las parcelas a lo largo del año, y esto causa diferencias en los efectos de los tratamientos entre la primavera y el otoño. Por ejemplo, el fertilizante (línea verde) tiene un fuerte efecto positivo en los planeadores en la primavera, pero un efecto menor en el otoño debido a que la mayor parte de los tallos verdes suaves dan lugar a un mayor parasitismo de los planteros en estas parcelas más adelante en el estudio.

La Figura 21.5 muestra los resultados de un estudio en el que se fertilizaron parcelas de Borrichia de 1m², se redujeron las trampas parásitas con trampas o se recibieron ambos tratamientos (fertilizante y trampas). Con el tiempo, en las parcelas fertilizadas, la frecuencia de los tallos verdes suaves, que los parasitoides pueden penetrar más fácilmente, aumenta y esto aumenta el parasitismo de los huevos de fulgoromorfos. Esto resulta en una disminución del efecto del fertilizante en la densidad del fulgoromorfo (compare la línea de fertilizante verde con la línea de control negra en la Figura 21.5) porque algunos de los efectos directos positivos del nitrógeno en la densidad fulgoromorfo se compensan con este aumento en el parasitismo. Con el tiempo, también hay un aumento en la densidad fulgoromorfo en parcelas fertilizadas donde el parasitismo se redujo experimentalmente atrapando avispas (compare la línea azul de fertilizantes y trampas con las otras en la Figura 21.5.

Al realizar un experimento de prensa (Bender et al. 1984) y al analizar las densidades del fulgoromorfo a lo largo del tiempo, se puede ver el efecto indirecto retardado de la morfología de la planta sobre la densidad del fulgoromorfo (por ejemplo, comparar los efectos del tratamiento en mayo v. Octubre en la Figura 21.5). En áreas que son más salinas, los tallos de Borrichia son más duros, lo que reduce el impacto del parasitismo en los herbívoros (Moon & Stiling 2000, 2002a).

Sin embargo, la historia no termina ahí, ya que la competencia entre herbívoros puede interactuar con y suprimir los efectos directos e indirectos inducidos abióticamente de las plantas huésped y los enemigos naturales. Las orugas de la polilla Argyresthia sp., pueden competir con los parásitos del P. quadripustulatus mediante la alteración de la química de la planta o la destrucción de los huevos del fulguromorfo (Moon & Stiling 2002, 2005). Cuando las densidades del barrenador del tallo son altas, se suprimen los efectos de la calidad de la planta y el parasitismo en la densidad de P. quadripustulatus . Así que las interacciones directas e indirectas en Figura 21.2 y Figura 21.3 se hacen más pequeñas o desaparecen por completo cuando la competencia entre herbívoros es intensa.

Figura 21.6. Efectos de cambio de fenotipo y densidad poblacional del parásito. Número promedio (± 1 SEM) del fulgoromorfo Pissonotus quadripustulatus por 20 Borrichia frutescens proviene de parcelas que no recibieron tratamiento (control), sal para aumentar la salinidad del suelo, trampas que redujeron el parasitismo, o sal y trampas. Los datos se recolectaron de parches de pantanos que tenían (a) densidades bajas de larvas de polillas que perforan el tallo, o (b) densidades altas de estas larvas, que son competidores de los fulgoromorfos. Hay efectos significativos de los tratamientos en el panel a (baja competencia), pero no en el panel b (alta competencia).

Según lo sugerido por modelos teóricos como los de Oksanen et al. (1981), Menge y Sutherland (1976) y Hunter y Price (1992), la heterogeneidad abiótica en la marisma puede afectar la importancia relativa de las interacciones directas e indirectas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. Alberti et al. (2010) mostró efectos fuertes similares del ambiente abiótico en las interacciones tróficas en una marisma salada en Argentina. Las marismas saladas no son los únicos ecosistemas en los que encontramos efectos directos e indirectos mediados abióticamente. Están muy extendidos en ecosistemas que van desde el Mar de Barents en el Océano Ártico (Ciannelli et al. 2007) hasta el Serengeti de África (Sinclair et al. 2007). Comprender cómo los factores abióticos median las interacciones directas e indirectas no solo es importante en teoría, sino también en la práctica. La modificación antropogénica del ambiente abiótico a través de la contaminación, la eutrofización y el cambio climático global continúa aumentando. Comprender y predecir el impacto de estos efectos antropogénicos en las interacciones entre las especies será uno de los desafíos más importantes a los que se enfrentarán los ecólogos comunitarios en el futuro.

22. Nicho ecológico

Regresar al Índice

El tigre y el jaguar, dos especies separadas por océanos de distancia, y aun así al analizarlos te das cuenta que no solo se parecen físicamente. Viven en lugares similares, se alimentan de presas similares, e incluso tienen comportamientos similares, como cazar cerca de grandes cuerpos de agua. Si describiéramos al jaguar o al tigre como un nodo, y extendiéramos todas sus relaciones a otras especies, nos daríamos cuenta de que tienen generalmente las mismas relaciones, o muy parecidas. En otras palabras, en su contexto cumplen un mismo tipo de identidad relacional semejante. A esta identidad o rol semejante se la denomina formalmente nicho. Sin embargo, el nicho no se limita únicamente a la dimensión de la comunidad, también toma en cuenta a las relaciones de la especie con factores abióticos. Dada la naturaleza multidimensional y compleja del concepto, su definición al igual que la de selección natural ha sido problemática, durante la mayor parte del siglo XX.

Figura 21.6. Evolución paralela. El tigre Panthera tigris a la izquierda, el jaguar Panthera onca a la derecha.

22.1 Estudio continuo de las dinámicas de las poblaciones

Uno de los mayores problemas con respecto a la ecología durante la primera mitad del siglo XX y de allí en adelante es el problema del realismo ingenuo, es decir no encontrar una línea demarcatoria que diferencia a las teorías y modelos empleadas para explicar los fenómenos de los fenómenos mismos. Un ejemplo del cual ya hemos hablado es el concepto de nicho, ¿es el nicho una entidad real?, o es una abstracción de fenómenos múltiples cuyo resultado solo podemos explicar a través del modelo heurístico llamado nicho.

Lo mismo puede aplicarse al ecosistema. Los ecosistemas son sistemas altamente organizados de especies predecibles, o ¿son abstracciones de fenómenos que se construyen en los modelos teóricos? Dos puntos de vista se pueden establecer, con sus pros y sus contras.

Por un lado, uno puede llegar a decir que debido a la dificultad que se tiene para poder describir con total certeza todas y cada una de las interacciones directas e indirectas entre todos los componentes vivos y no vivos, no podemos estudiar a un ecosistema como una entidad completa “su realidad”, sino como un acercamiento a las relaciones más conspicuas y fáciles de entender “un modelo”. Si bien con la mejora de los métodos y la prolongación de los estudios se pueden ajustar los modelos para que representen de una manera más cercana a la “realidad de los fenómenos” acceder a ella es imposible, pues para lograrlo, el modelo debe representar de manera exacta lo que está estudiando.

Figura 21.7. Frederick E. Clements (1874-1945) Fue un botánico, geobotánico, algólogo, micólogo.

La analogía de este dilema de la ciencia que siempre se emplea en esta serie de textos es la de los mapas y las zonas geográficas que intentan representar. Con el tiempo y las nuevas tecnologías, los mapas se hacen más detallados, pero para que un mapa “modelo” represente de manera exacta la realidad “geográfica” este debe ser capaz de representar en una escala de 1:1 todos los detalles del lugar que intenta explicar. En otras palabras, aunque la comunidad existan como una entidad real o no, no nos importa, lo que nos importa es que el modelo de la comunidad sea capaz de explicar y predecir los fenómenos que se observan, y que podamos explicarla por medio de un método naturalista (Blanco, 2012). Estar conscientes de eso es importante para no caer en el realismo ingenuo que homologa el modelo como si fuera la realidad y la verdad absoluta (Andersson, 1982; Wartofsky, 2012)

Una predicción factible en base al concepto de nicho y comunidad es la siguiente, si los nichos existen realmente, comunidades con relaciones análogas deberán presentar especies con funciones similares y formas similares, con adaptaciones similares y relaciones similares, aun cuando dichas comunidades se encuentran separadas por continentes completos. El botánico de Estados Unidos Frederick E. Clements (1874-1975) afirmo su impacto al darse cuenta de que los tres sistemas de selvas húmedas tropicales (Amazonas, África, Sudeste de Asia) presentaban una uniformidad en las relaciones generales de ciertas especies de importancia ecológica. A pesar de que la composición de las especies cambiaba de manera específica, cuando se analizaba el rol de cada especie podía encontrarse un análogo en otra comunidad separada por un océano. Por lo que, los componentes generales de las comunidades se mantenían constantes.

Figura 21.8. El nicho y la selección natural. El nicho y la selección natural son conceptos muy semejantes, dado que en principio son la suma de interacciones ecológicas y parecen meras abstracciones, sin embargo es evidente que forjan el cuerpo de los seres vivos a funciones concretas, lo que hace pensar que son más reales de lo que a primera vista aparenta.

Sin embargo, no todas las comunidades se comportan de este modo, más aun, las observaciones de Clemens pueden generarse por un error de muestreo al seleccionar algunas especies conspicuas, dejando de lado otras especies que pueden moverse a través de los límites del ecosistema que le da su identidad a la comunidad. En base al territorio podemos establecer dos modelos, el modelo organísmico que le da al concepto de comunidad una realidad que trasciende al modelo mismo, y el modelo individualista, que representa una dispersión homogénea y aleatoria a través de diversos territorios y diversas comunidades. Este modelo solo emplea el concepto de comunidad como un heurístico que permite explicar y predecir fenómenos, pero no le otorga a la comunidad una realidad en sí misma.

Aun el día de hoy, los debates sobre este concepto no han sido zanjados pues obedecen las a la filosofía de la ciencia. Aun así, yo pienso que al menos el concepto de nicho y comunidad deben tener una realidad, en el sentido de que las interacciones de una comunidad pueden moldear especies a formas muy semejantes entre sí. La evolución convergente sería una evidencia de que la comunidad forja a las especies mediante la generación de nichos específicos que solo se pueden desempeñar de manera óptima mediante la posesión de una fisiología muy específica, como en el caso de los buitres que mencionamos en el capítulo sobre la relación de carroñeo.

22.2 El concepto de nicho

Aunque la palabra significa literalmente nido, y se lo visualiza como el lugar ecológico de una especie en su ambiente, solo hasta 1957 G. E. Hutchinson estableció una definición a la cual la mayor parte de la comunidad científica ha aceptado como la mejor aproximación posible a esta idea (Hutchinson, 1957): El nicho ecológico toma en cuenta todos los factores y relaciones de una especie con factores bióticos y abióticos, es decir todos los factores físicos, químicos y biológicos contra los cuales una especie debe hacer frente para mantener su existencia. Entre otras cosas, el nicho incluye los ambientes locales con los cuales la especie interacciona de manera directa, es decir su hábitat. Sin embargo, y especialmente para los animales, los nichos tienden a ser descritos más en términos de la dieta y su posición en un nivel trófico, por ejemplo, el nicho del depredador superior de un ecosistema, el cual es representado, por ejemplo: Tigre, Jaguar, Leopardo para las selvas; León, Hiena para la sabana; Lobo y Oso para la estepa.

Figura 21.9. George Evelyn Hutchinson (1903-1991) fue un reconocido ecólogo británico-estadounidense. Considerado uno de los fundadores de la ecología moderna, Hutchinson realizó contribuciones significativas al campo de la limnología y la biología de la conservación. Su trabajo se centró en la interacción de los organismos con su entorno, especialmente en el estudio de los lagos y su fauna. Hutchinson introdujo conceptos clave como nicho ecológico y se destacó por su enfoque holístico y multidisciplinario. Sus investigaciones y escritos sentaron las bases para el entendimiento de los ecosistemas y su importancia en la conservación de la biodiversidad.

Esta representación hace que el concepto de nicho sea restringido en muchas ocasiones, pues también toma en cuenta las condiciones ambientales como humedad, presión, luz, temperatura, todos factores que afectan las adaptaciones de una especie. El nicho por otro lado forja la totalidad de las adaptaciones de una especie, y decimos forja en el sentido más literal, ya que dos especies que evolucionan en nichos semejantes, aun cuando parten de linajes diferentes pueden llegar a presentar adaptaciones muy semejantes como ocurre con los canes como el dingo y los marsupiales depredadores como el lobo marsupial.

En términos de la teoría de redes, el nicho seria representado por el tipo y cantidad de vínculos entre un nodo con otros nodos dentro de una red de relaciones. Si dos nodos tienen las mismas conexiones con otros, y al mismo tiempo poseen una relación entre ellos llamada competencia se puede decir que están cumpliendo el mismo nicho.

22.3 El nicho como concepto abstracto

El concepto de nicho es fácil de idealizar, igual que el de selección natural, pero en el campo es difícil de fijar con exactitud, ya que es multivariante, las especies en una comunidad pueden llegar a tener relaciones difíciles de ver púes se pueden presentar solo en determinadas condiciones, como alimentarse de presas extrañas en tiempos de escases. Esto hace que el nodo genere y cambie sus relaciones con el tiempo, haciendo del nicho no solo un concepto difícil de definir, sino que también dinámico con el tiempo.

Las ciencias de la naturaleza, especialmente la física, la química y la biología operan en base a modelos. Los fenómenos no llegan al observador tal como son, sino que llegan filtrados a través de un modelo que contiene una serie de axiomas, abstracciones y hasta prejuicios, que le permiten interpretarlos "azul oscuro" de manera particular. Como tal los modelos "teóricos" no se pueden probar, lo que se prueba son sus consecuencias en base a fenómenos hipotéticos posibles. Los modelos nunca abarcan todos los fenómenos posibles, solo unos cuantos fenómenos de importancia. Dependiendo del paradigma imperante, los fenómenos seleccionados como importantes cambian.

En el campo, los ecólogos no pueden esperar definir todas las relaciones posibles de una especie, tan solo se limitan a describir las relaciones que se dan con más frecuencia y que son más fáciles de observar, llamadas relaciones fuertes. En su conjunto, muchas relaciones de una especie son difíciles de medir, por lo que el concepto de nicho en su mayoría es una abstracción, aunque algunas de sus consecuencias son observables en el campo y en el tiempo evolutivo como es la evolución convergente y la evolución paralela. De esta manera podemos describir al nicho como un modelo teórico que explica algunos fenómenos medidos, aunque no todos, del cual se pueden extraer preguntas observables y obtener información a considerar. Lo más importante del nicho es que es matematizable por medio de la Teoría de Redes (Bolnick et al., 2011; Dunne, Williams, & Martinez, 2002; Mittelbach, 2012).

22.4 El nicho fundamental y nicho realizando

También es importante diferenciar entre el nicho teórico, potencial o fundamental; del nicho real, realizado o explotado. El nicho realizado se define como las interacciones bióticas y abióticas normales de una especie. Solo durante ciertas condiciones ambientales, como la invasión de especies foráneas, o la emigración, una especie puede entablar nuevas relaciones teóricamente plausibles y tener de hecho mucho éxito en su nueva comunidad. El nicho realizado representa la función de una especie en una comunidad que no está bajo un estrés, y representa las relaciones normales o más comunes de la especie. El nicho fundamental representa los factores bióticos con los que el organismo podría sobrevivir en ausencia de relaciones con otras especies.

Figura 21.10. Nicho fundamental vs nicho realizado. Cualquier especie puede sobrevivir en ecosistemas diferentes de donde evolucionaron, por lo que potencialmente pueden entablar más relaciones ecológicas que las que poseen en un momento en el tiempo, de allí que el nicho fundamental o teórico sea más amplio que el nicho real.

Esto es un aspecto fundamental en la evolución, la capacidad que tiene una especie de alterar su nicho fundamental explotando más relaciones ya sea en su comunidad original o en otros lugares. Sin esta capacidad, las especies no serían capaces de dispersarse a otras zonas y sobrevivir aunque sea de manera precaria hasta que la variación y el tiempo “evolución adaptativa” afine las nuevas relaciones a puntos de equilibrio dinámico óptimo.

Sin embargo, esta flexibilidad o nicho teórico también tiene sus límites. La estructura, fisiología y comportamiento de una especie determina los límites de las relaciones que pueden llegar a tener, o de los límites que puede tolerar para mantener las relaciones mínimas de supervivencia. Por fuera de esos limitas la especie no podría sobrevivir. Por la razón anterior es que la evolución adaptativa se define generalmente como gradual, pues una especie que se traslada a un nuevo ambiente tiene que pasar por un periodo de tiempo en que sus límites fisiológicos cambian, antes de poder colonizar áreas ante las cuales originalmente no estaba adaptada.

22.5 Nicho vacío y saturación de nicho

Así como resulta complicada la definición de nicho, cuya resolución es más factible vía la teoría de grafos, el concepto de nicho vacante ha sido sometido a más debate. Sin embargo, podemos distinguir el concepto si analizamos a un ecosistema en diferentes etapas. Los ecosistemas son entidades complejas y multirelacionales. Podemos distinguir dos etapas, una el estado de equilibrio y la otra el estado de alteración (Barraclough, 2015; Borregaard, Matthews, & Whittaker, 2015; Facon et al., 2006; Walker & Valentine, 1984; Wilson & Turelli, 1986).

Las extinciones en masa son el mayor indicador de la existencia del concepto de nicho como algo independiente a la especie misma. Después de una extinción en masa hay una recuperación rápida de la diversidad, pero generalmente las especies que llenan los ecosistemas son de un grupo diferente a las que se extinguieron, pero cumpliendo roles similares. El concepto de nicho independiente al de especie permite entender de manera coherente a la evolución convergente, dos especies con formas diferentes y pasados diferentes que ocupan un mismo nicho evolucionarán hacia una forma externa similar (Alhajeri, Schenk, & Steppan, 2016; Machac, Graham, Steppan, & Bronstein, 2016; Prada et al., 2016, 2016).

Cuando un ecosistema es alterado fuertemente este responde a la alteración de modo tal que se minimicen los efectos, aunque generalmente esto se da a costa de la extinción de muchas especies. Con la extinción muchos nodos son eliminados y por lo tanto se genera un espacio potencial para que especies de otros ecosistemas puedan colonizarlos.

Es esta potencialidad fáctica y real de que una especie coloniza a un ecosistema que ha sido alterado la que le da su prevalencia al concepto de nicho vacío. Si el nicho está lleno las especies de otros ecosistemas no pueden colonizar debido a la competencia. A pesar de lo intuitiva del concepto, este no ha tenido una definición satisfactoria en parte debido a que la definición formal de Hutchinson necesita a la especie para definir al nicho. En otras palabras, es un problema más de sintaxis que de fenómenos observables. Solo hasta 2005 K. Rohde sugirió la definición de nicho vacío como la posibilidad de que en un determinado hábitat puedan existir más especies que las que lo habitan en un determinado momento de tiempo, lo cual está en concordancia con la evidencia experimental de los ecosistemas en desequilibrio (Rohde, 2006).

Los nichos vacíos se pueden causar por diversas causas: Alteraciones radicales y rápidas de un ecosistema debido a inundaciones, incendios entre otros; Cambios radicales en las condiciones meteorológicas a largo plazo como las edades del hielo; Creación de nicho por adaptación-evolución, la especie varia de forma tal que puede acceder a nuevas relaciones que su fisonomía no le permitía anteriormente. Sin embargo, otra es la historia con un ecosistema en estado de equilibrio. La hipótesis predominante es que en un ecosistema en equilibrio posee todos sus nichos ocupados, debido a que las especies han tenido tiempo para evolucionar y optimizarse a las condiciones específicas que han sido constantes.

Esto es verdad parcialmente, al igual que sucede con el equilibrio químico, el hecho de que el sistema se aproxime al equilibrio no implica un estado de parálisis, por el contrario, todas las especies se encuentran en un conflicto continuo para mantenerse en sus nichos y no ser excluidas. A esto se lo conoce como la hipótesis de la Reina Roja (Gibson, 2015; Liow, Van Valen, & Stenseth, 2011). Antes de la primera década del 2000 generalmente se asumía que el estado de normalidad en un ecosistema era el equilibrio, por lo que el concepto de nicho vacío no era tan importante, pero estudios recientes han demostrado que en verdad el estado de equilibrio es anormal, los ecosistemas se encuentran de algún modo en desequilibrio constante.

Otra analogía es la del empleo, un nicho es como el empleo que tiene una especie, y el hábitat es la empresa que ofrece los empleos. Si desaparece el hábitat también lo hacen los nichos, por lo que las especies que se quedan sin empleo, y en consecuencia como los desempleados humanos deben, adaptarse, emigrar o extinguirse. Sin embargo, si el hábitat desaparece muy rápido, el efecto generalmente es la extinción. La explicación para esto es precisamente la capacidad de las especies biológicas para evolucionar. Si se hace el símil con el equilibrio químico, allí es posible llegar al equilibrio dado que las especies químicas no evolucionan, y por lo tanto el equilibrio no se altera desde que las condiciones permanezcan constantes. En biología las especies cambian y eso altera siempre el sistema, por lo cual nunca podría llegar a un equilibrio real como en química.

Por otra parte, varios estudios por K. Rhodes han demostrado que los ecosistemas reales nunca están totalmente en equilibrio y que siempre existe una gama potencial de nichos vacíos. Sin embargo, si es bueno hacer una aproximación heurística que nos indica que tan lleno o vacío está un ecosistema y es por las medidas de diversidad. A medida que la diversidad y la especialización de las especies en un lugar aumentan, implica que hay una menor cantidad de nichos vacantes, y al revés, entre menos especies y más generalistas sean implica que existe una mayor cantidad de nichos vacantes.

22.6 Efecto de nicho vacío

El concepto de nicho vacío por otra parte ayuda a explicar porque los registros evolutivos de un determinado lugar cambian de manera abrupta una vez que se ha dado una alteración. La hipótesis del nicho vacío generalmente plantea lo siguiente:

Se tiene un determinado ecosistema con una serie de nichos llenos y en equilibrio. Las especies que lo llenan descienden de un ancestro común A. Ocurre una alteración radical que barre con todas las especies, pero el ecosistema queda abierto a la invasión por unas pocas especies descendientes de B. Dada la falta de competencia, aunque los descendientes de B al inicio son patéticos en sus nuevas funciones no existe nada que los excluya, nadie compite con ellos. Con el tiempo los descendientes de B generan diversas especies que se adaptan y especializan en diversos nichos. Una vez llenos, los descendientes de B se asemejan a sus respectivas contrapartes de A debido a la convergencia evolutiva, pues el nicho esculpe evolutivamente a quien lo ocupa.

Figura 21.11. Evolución rápida. Los cíclidos son un ejemplo de una radiación evolutiva por efecto de nicho vacío.

En otras palabras, un nicho vacío es un potencial para que una especie nueva pueda evolucionar rápidamente. La historia narrada en el texto original no tiene nada de hipotético, sucedió realmente en los grandes lagos africanos con al menos dos especies originales de cíclidos (ancestros A y B) que generaron una diversidad de especies en su respectivo lago, pero al llenar nichos similares, generaron especies similares (Gavrilets, Vose, Barluenga, Salzburger, & Meyer, 2007; Heard & Hauser, 1995; Smith & Skúlason, 1996).

23. Administración de los ecosistemas

Regresar al Índice

La administración de los ecosistemas es una disciplina que busca abordar los desafíos y promover la sostenibilidad de los sistemas naturales. En un mundo en constante cambio, donde los ecosistemas se enfrentan a amenazas como la degradación ambiental, la pérdida de biodiversidad y el cambio climático, es esencial contar con estrategias y enfoques efectivos para su gestión. La administración de los ecosistemas involucra la planificación, coordinación y toma de decisiones basadas en la comprensión de los procesos ecológicos y sociales que sustentan estos sistemas. Asimismo, implica la participación activa de diversas partes interesadas, incluyendo científicos, gestores, comunidades locales y organizaciones gubernamentales, en la búsqueda de soluciones colaborativas y equitativas. La administración de los ecosistemas busca no solo conservar la biodiversidad y los servicios ecosistémicos, sino también fomentar la resiliencia de los ecosistemas y promover un equilibrio entre el desarrollo humano y la conservación de la naturaleza.

23.1 Resiliencia de un ecosistema

La resiliencia ecológica, también llamada robustez ecológica, es la capacidad de un ecosistema para mantener sus patrones normales de ciclado de nutrientes y producción de biomasa después de sufrir daños causados por una perturbación ecológica. El término resiliencia se utiliza a veces de manera intercambiable con robustez para describir la capacidad de un sistema para seguir funcionando y recuperarse de una perturbación.

La resiliencia o robustez de los sistemas ecológicos ha sido un concepto importante en la ecología y la historia natural desde la época del naturalista británico Charles Darwin, quien describió las interdependencias entre las especies como un "banco enredado" en su influyente obra El origen de las especies (1859). Desde entonces, el concepto ha adquirido una importancia especial en las áreas de conservación y gestión ambiental. También se ha reconocido su importancia para el bienestar de los seres humanos y las sociedades humanas. La pérdida de la capacidad de un ecosistema para recuperarse de una perturbación, ya sea debido a eventos naturales como huracanes o erupciones volcánicas, o debido a influencias humanas como la sobrepesca y la contaminación, pone en peligro los beneficios (como alimentos, agua limpia y estética) que los seres humanos obtienen de ese ecosistema.

Sin embargo, la resiliencia no siempre es una característica positiva de un sistema. Por ejemplo, un ecosistema puede estar atrapado en un estado indeseable, como en el caso de un lago eutrófico, donde un exceso de nutrientes provoca hipoxia (niveles reducidos de oxígeno), lo que puede llevar a la desaparición de especies de peces deseables y la proliferación de plagas indeseables.

La resiliencia ecológica se basa en la capacidad de un ecosistema para absorber y adaptarse a las perturbaciones, manteniendo su estructura y función básicas. Esto implica la capacidad de recuperarse rápidamente de los impactos adversos y restaurar su estado original o avanzar hacia un nuevo estado equilibrado. La resiliencia depende de una serie de factores, incluyendo la diversidad biológica, la conectividad de los hábitats, la capacidad de dispersión de las especies, los procesos de retroalimentación, la capacidad de autorregulación y la capacidad de adaptación.

La diversidad biológica desempeña un papel fundamental en la resiliencia ecológica. Un ecosistema con una amplia variedad de especies tiene una mayor capacidad para resistir perturbaciones, ya que diferentes especies pueden desempeñar roles ecológicos clave y compensar los efectos negativos de las perturbaciones en otras especies. Además, la diversidad genética dentro de las especies también contribuye a la resiliencia, ya que puede haber variación en las respuestas individuales a las perturbaciones.

La conectividad de los hábitats es otro factor importante en la resiliencia. Los ecosistemas que están conectados a través de corredores biológicos o redes de hábitats tienen una mayor capacidad para recuperarse después de una perturbación, ya que las especies pueden moverse entre hábitats y colonizar áreas dañadas. Esto facilita la recolonización de especies y la restauración de procesos ecológicos clave.

Los procesos de retroalimentación también desempeñan un papel crítico en la resiliencia. Los ecosistemas tienen sistemas de retroalimentación negativa que ayudan a mantener su equilibrio y estabilidad. Por ejemplo, en un ecosistema forestal, cuando la densidad de árboles es alta, la competencia por los recursos puede reducir el crecimiento de los árboles y limitar el establecimiento de nuevas plántulas. Esto ayuda a mantener un equilibrio en la densidad de árboles y evita un crecimiento excesivo. Sin embargo, cuando se produce una perturbación como un incendio forestal, esta retroalimentación negativa puede ser interrumpida y el ecosistema puede experimentar cambios drásticos.

La capacidad de autorregulación de un ecosistema también es esencial para su resiliencia. Los ecosistemas tienen mecanismos internos que les permiten ajustarse y mantener su estructura y función básicas. Por ejemplo, las poblaciones de depredadores y presas están interconectadas en una red trófica, y cuando una especie disminuye en número, puede haber un efecto cascada en todo el ecosistema. La autorregulación ayuda a mantener el equilibrio y la estabilidad del ecosistema.

La capacidad de adaptación es otro factor crucial en la resiliencia ecológica. Los ecosistemas que pueden adaptarse a nuevos desafíos y cambios en su entorno tienen una mayor probabilidad de recuperarse de las perturbaciones. La adaptación puede implicar cambios en la composición de especies, la estructura del hábitat o los procesos ecológicos. Los ecosistemas que tienen una mayor diversidad genética y funcional tienen una mayor capacidad de adaptación.

23.2 Degradación de un ecosistema por causas naturales

La degradación de un ecosistema por causas naturales es un fenómeno común en la naturaleza. A lo largo de la historia de la Tierra, diversos factores han contribuido a alterar los ecosistemas de manera temporal o permanente. Estas causas naturales de degradación pueden incluir incendios forestales, sequías prolongadas, inundaciones, tormentas severas, erupciones volcánicas y otros eventos climáticos extremos.

La degradación de un ecosistema implica cambios significativos en su estructura y función, lo que puede tener consecuencias negativas para la biodiversidad, los ciclos de nutrientes, la calidad del suelo, la disponibilidad de agua y otros aspectos clave de los sistemas naturales. Estas perturbaciones naturales pueden provocar la pérdida de hábitats, la extinción de especies, la erosión del suelo, la disminución de la fertilidad, la alteración de los patrones de flujo de agua y la reducción de la capacidad de recuperación del ecosistema.

Uno de los factores naturales más comunes que contribuye a la degradación de los ecosistemas es el fuego. Los incendios forestales son eventos naturales que han existido durante millones de años y desempeñan un papel importante en la regeneración de muchos ecosistemas. Sin embargo, cuando los incendios ocurren con demasiada frecuencia o son demasiado intensos, pueden llevar a la pérdida de especies vegetales y animales, así como a la destrucción de la capa orgánica del suelo. Los incendios también pueden alterar los patrones de sucesión ecológica, favoreciendo la proliferación de especies pioneras y dificultando la recuperación de la vegetación original.

Otra causa natural de degradación de los ecosistemas es la sequía. Las sequías prolongadas pueden afectar la disponibilidad de agua, lo que a su vez tiene un impacto en la vegetación, la fauna y los ciclos hidrológicos. Durante las sequías, las plantas pueden experimentar estrés hídrico y morir, lo que lleva a la pérdida de biodiversidad y a cambios en la composición de la comunidad vegetal. Además, la falta de agua puede llevar a la reducción de los caudales de los ríos y a la disminución de los niveles de los acuíferos, lo que afecta tanto a los ecosistemas acuáticos como a las actividades humanas dependientes del agua.

Las inundaciones también pueden causar degradación de los ecosistemas. Cuando los ríos se desbordan, pueden arrastrar sedimentos, nutrientes y contaminantes, alterando la calidad del agua y dañando los ecosistemas ribereños. Las inundaciones pueden erosionar el suelo, destruir hábitats acuáticos y terrestres, y provocar cambios en la composición de la vegetación. Además, las inundaciones pueden tener efectos a largo plazo, como la alteración de los patrones de drenaje y la modificación de la topografía del paisaje.

Los eventos climáticos extremos, como las tormentas severas, los huracanes y los ciclones tropicales, también pueden ser responsables de la degradación de los ecosistemas. Estos eventos pueden causar daños físicos directos, como la destrucción de árboles y estructuras naturales, así como la inundación de áreas costeras. Además, los eventos climáticos extremos pueden alterar los patrones climáticos locales, lo que a su vez afecta la distribución de las especies, los ciclos de vida y otras interacciones ecológicas.

Las erupciones volcánicas representan otra causa natural importante de degradación de los ecosistemas. Estas explosiones violentas liberan grandes cantidades de cenizas volcánicas, gases y lava, lo que puede tener consecuencias devastadoras para la vegetación, la fauna y la calidad del suelo en las áreas afectadas. Las erupciones volcánicas pueden enterrar hábitats, destruir cultivos agrícolas, contaminar el agua y dejar a los ecosistemas locales en un estado de recuperación prolongada.

Es importante destacar que las causas naturales de degradación de los ecosistemas son parte del ciclo natural de la Tierra. Estos eventos han ocurrido a lo largo de millones de años y han dado forma a la evolución de los ecosistemas tal como los conocemos hoy en día. Sin embargo, en las últimas décadas, las actividades humanas han exacerbado la degradación de los ecosistemas y han acelerado la pérdida de biodiversidad y la degradación ambiental.

La deforestación, la sobreexplotación de recursos naturales, la contaminación, el cambio climático y otras actividades humanas están contribuyendo a un aumento en la frecuencia e intensidad de las perturbaciones naturales, así como a la degradación continua de los ecosistemas en todo el mundo. Estos impactos antropogénicos están generando cambios irreversibles en los ecosistemas, lo que pone en peligro la salud y el bienestar tanto de los seres humanos como de otras formas de vida en el planeta.

23.3 Transformación de un ecosistema en otro por causas naturales

La transformación de un ecosistema en otro por causas naturales es un fenómeno fascinante y complejo que ocurre a lo largo del tiempo geológico. Los ecosistemas no son entidades estáticas, sino que están en constante cambio y evolución. A través de una serie de procesos naturales, un ecosistema puede experimentar transformaciones significativas en su composición, estructura y función, lo que da lugar a la formación de un nuevo tipo de ecosistema.

Las causas naturales de la transformación de un ecosistema pueden ser diversas y estar relacionadas con factores como el clima, los eventos geológicos, la sucesión ecológica y la interacción entre las especies. Estos procesos pueden ocurrir a escalas temporales y espaciales variables, desde cambios graduales que se desarrollan a lo largo de siglos hasta eventos catastróficos que ocurren en cuestión de horas.

Uno de los principales impulsores de la transformación de un ecosistema es el cambio climático. A lo largo de la historia de la Tierra, el clima ha experimentado fluctuaciones naturales, desde períodos de calentamiento global hasta eras glaciales. Estos cambios climáticos pueden afectar la distribución de las especies, la disponibilidad de recursos y los patrones de sucesión ecológica. A medida que las condiciones climáticas cambian, los ecosistemas se adaptan y evolucionan, lo que puede dar lugar a la formación de nuevos tipos de ecosistemas.

Un ejemplo de transformación de un ecosistema debido al cambio climático es el proceso de desertificación. La desertificación es la degradación de las tierras áridas, semiáridas y subhúmedas debido a diversos factores, incluyendo el cambio climático. A medida que las áreas previamente fértiles se vuelven más secas y cálidas, la vegetación se agota, los suelos se erosionan y los ecosistemas se transforman en paisajes desérticos. Este proceso puede tener consecuencias devastadoras para la biodiversidad y las comunidades humanas que dependen de estos ecosistemas.

Otra causa natural de la transformación de un ecosistema es la actividad volcánica. Las erupciones volcánicas pueden liberar grandes cantidades de lava, cenizas y gases volcánicos, alterando radicalmente el paisaje y creando nuevas condiciones ambientales. A medida que la lava se enfría y solidifica, forma nuevas rocas y suelos, lo que da lugar a la formación de ecosistemas volcánicos únicos. Estos ecosistemas suelen ser muy diferentes de los ecosistemas circundantes y pueden albergar especies adaptadas a las condiciones extremas y los suelos ricos en minerales.

La sucesión ecológica es otro proceso natural que puede conducir a la transformación de un ecosistema. La sucesión ecológica es el proceso gradual de cambio en la composición y estructura de una comunidad biológica a lo largo del tiempo. Comienza con la colonización de especies pioneras en un área desprovista de vida, como una roca desnuda o una zona recién despejada por un incendio forestal. A medida que estas especies pioneras modifican el ambiente y crean condiciones más favorables, son reemplazadas por especies más competitivas y especializadas. Con el tiempo, este proceso puede dar lugar a la formación de un ecosistema completamente nuevo, con características distintas al estado inicial.

La interacción entre las especies también desempeña un papel importante en la transformación de los ecosistemas. Las relaciones entre las especies, como la depredación, la competencia y la simbiosis, pueden influir en la estructura y la dinámica de un ecosistema. Por ejemplo, la introducción de una especie invasora puede tener efectos dramáticos en un ecosistema nativo, alterando las interacciones ecológicas y llevando a cambios en la composición de especies y la estructura del ecosistema.

Es importante destacar que la transformación de un ecosistema por causas naturales es un proceso inherente a la dinámica de la Tierra y ha ocurrido a lo largo de millones de años. Estos cambios son esenciales para la evolución de la vida en el planeta y la adaptación de las especies a nuevas condiciones ambientales. Sin embargo, en la actualidad, las actividades humanas, como la deforestación, la contaminación y el cambio climático, están acelerando y exacerbando los procesos naturales de transformación de los ecosistemas. Esto tiene consecuencias significativas para la biodiversidad, la salud del planeta y el bienestar humano.

23.4 Degradación de un ecosistema por causas humanas

La degradación de los ecosistemas es un problema cada vez más preocupante que afecta a nuestro planeta. A medida que la población humana crece y las actividades económicas se intensifican, los ecosistemas naturales están experimentando un deterioro significativo debido a las acciones de las personas. La degradación de un ecosistema por causas humanas se refiere a los impactos negativos que nuestras actividades tienen en la salud y el funcionamiento de los ecosistemas, lo que resulta en la pérdida de biodiversidad, la degradación del suelo, la contaminación del agua y del aire, entre otros efectos perjudiciales.

Una de las principales causas de la degradación de los ecosistemas es la deforestación. La tala indiscriminada de bosques para la obtención de madera, la expansión de la agricultura y la ganadería, y la construcción de infraestructuras, como carreteras y viviendas, han llevado a la pérdida masiva de hábitats forestales en todo el mundo. La deforestación no solo conduce a la pérdida de biodiversidad, sino que también contribuye al cambio climático, ya que los bosques desempeñan un papel crucial en la absorción de dióxido de carbono de la atmósfera.

Otra causa importante de la degradación de los ecosistemas es la contaminación. Las actividades industriales, agrícolas y domésticas generan una gran cantidad de contaminantes que se liberan al medio ambiente, contaminando el agua, el aire y el suelo. Los productos químicos tóxicos, como los pesticidas agrícolas y los desechos industriales, pueden tener efectos devastadores en la salud de los ecosistemas, matando organismos acuáticos, afectando la fertilidad del suelo y contaminando el suministro de agua potable. La contaminación también afecta la salud humana, causando enfermedades respiratorias, cáncer y otros problemas de salud.

La sobreexplotación de los recursos naturales es otra causa significativa de la degradación de los ecosistemas. La pesca excesiva, la caza furtiva y la extracción desmedida de minerales y combustibles fósiles agotan los recursos naturales a un ritmo insostenible. Esto no solo tiene un impacto directo en las especies objetivo, sino que también afecta a las redes alimentarias y a los ecosistemas en su conjunto. La sobreexplotación también puede llevar a la extinción de especies y a la pérdida de servicios ecosistémicos vitales, como la polinización de cultivos y la protección contra inundaciones y sequías.

El cambio climático también está contribuyendo a la degradación de los ecosistemas. Las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la quema de combustibles fósiles y la deforestación están aumentando la temperatura media de la Tierra, lo que provoca cambios en los patrones climáticos, como sequías más intensas, inundaciones y tormentas más fuertes. Estos eventos climáticos extremos pueden tener efectos devastadores en los ecosistemas, causando la pérdida de especies, la degradación del suelo y la destrucción de hábitats.

Es importante destacar que la degradación de los ecosistemas no solo afecta a la naturaleza, sino que también tiene consecuencias directas en nuestra propia existencia. Los ecosistemas saludables son fundamentales para nuestra supervivencia, ya que nos brindan alimentos, agua limpia, aire puro, medicinas y otros recursos indispensables. Cuando degradamos los ecosistemas, comprometemos nuestra propia calidad de vida y la de las generaciones futuras.

Para abordar la degradación de los ecosistemas, es fundamental tomar medidas a nivel global, regional y local. Se requiere una gestión sostenible de los recursos naturales, la promoción de prácticas agrícolas y pesqueras sostenibles, la adopción de tecnologías limpias, la conservación de áreas protegidas y la educación ambiental. Asimismo, es crucial fomentar la colaboración entre gobiernos, empresas, organizaciones no gubernamentales y comunidades locales para trabajar juntos en la protección y restauración de los ecosistemas.

23.5 Transformación de un ecosistema por causas humanas no intencionadas

La transformación de los ecosistemas es un fenómeno natural que ocurre a lo largo del tiempo geológico, pero también puede ser resultado de las actividades humanas. Mientras que algunas transformaciones son el resultado de acciones directas y conscientes por parte de las personas, como la deforestación o la construcción de represas, existen también casos en los que las transformaciones ocurren de manera no intencionada, es decir, sin que se busque activamente su modificación. Estas transformaciones no intencionadas de los ecosistemas son generalmente el resultado de acciones humanas que tienen otros objetivos o consecuencias, pero que acaban teniendo un impacto significativo en los sistemas naturales.

Uno de los ejemplos más claros de transformación de un ecosistema por causas humanas no intencionadas es la introducción de especies exóticas. Las especies exóticas son aquellas que no son nativas de un área determinada, pero que han sido introducidas por el ser humano, ya sea de manera accidental o deliberada. Algunas de estas especies pueden adaptarse exitosamente al nuevo entorno y convertirse en invasoras, desplazando a las especies nativas y alterando el equilibrio ecológico del ecosistema.

Un caso emblemático es el de la rana toro (Lithobates catesbeianus), originaria de Norteamérica. Esta especie fue introducida en varios países para la cría de ranas comestibles, pero algunas de ellas escaparon o fueron liberadas accidentalmente. Estas ranas se adaptaron rápidamente a su nuevo entorno y se convirtieron en una especie invasora en muchas partes del mundo. Su presencia ha tenido un impacto negativo en los ecosistemas locales, ya que se alimentan de una amplia variedad de presas, incluyendo insectos, crustáceos y anfibios nativos. Esto ha llevado a una disminución de las poblaciones de especies nativas y ha alterado las redes alimentarias y los ciclos de nutrientes en los ecosistemas afectados.

Otro ejemplo de transformación no intencionada de un ecosistema es la contaminación ambiental. Las actividades humanas, como la industria, la agricultura intensiva y el uso de combustibles fósiles, generan una amplia gama de contaminantes que se liberan al aire, al agua y al suelo. Estos contaminantes pueden tener efectos perjudiciales en los ecosistemas, causando la muerte de plantas y animales, la degradación del suelo y la contaminación del agua. La contaminación del aire, por ejemplo, puede contribuir a la formación de lluvia ácida, que acidifica los suelos y los cuerpos de agua, afectando negativamente a las especies que dependen de estos hábitats.

La urbanización y la expansión de las áreas urbanas también son causas importantes de la transformación no intencionada de los ecosistemas. A medida que las ciudades crecen y se expanden, se destruyen hábitats naturales para dar paso a infraestructuras y viviendas. Esto lleva a la fragmentación de los ecosistemas, lo que dificulta la movilidad de las especies y puede provocar su aislamiento en pequeñas áreas. Además, la urbanización también conlleva el aumento de la contaminación, la pérdida de suelo fértil y la alteración de los ciclos naturales del agua.

La sobreexplotación de los recursos naturales es otra causa de la transformación no intencionada de los ecosistemas. La demanda creciente de recursos como la madera, los minerales y los combustibles fósiles ha llevado a una explotación insostenible de los ecosistemas naturales. La pesca excesiva, la tala indiscriminada de bosques y la minería sin control pueden tener consecuencias devastadoras en los ecosistemas, agotando los recursos y causando la pérdida de biodiversidad.

Es importante destacar que las transformaciones no intencionadas de los ecosistemas no solo tienen consecuencias negativas para la naturaleza, sino que también afectan directamente a las comunidades humanas. La pérdida de biodiversidad, la degradación del suelo y el agua, y la contaminación tienen impactos directos en nuestra calidad de vida, ya que dependemos de los servicios ecosistémicos que los ecosistemas saludables nos brindan, como el suministro de alimentos, agua limpia y aire puro.

Para abordar las transformaciones no intencionadas de los ecosistemas, es fundamental tomar medidas a nivel global, regional y local. Se requiere una planificación adecuada y una gestión sostenible de los recursos naturales, así como la adopción de prácticas de producción y consumo responsables. Es esencial fomentar la educación ambiental y la conciencia pública sobre los impactos de nuestras acciones en los ecosistemas y promover la conservación de la biodiversidad y la restauración de los ecosistemas dañados.

23.6 Ingeniería de ecosistemas terrestres

La transformación de los ecosistemas por causas humanas no siempre es producto de acciones no intencionadas. En muchos casos, los seres humanos realizan transformaciones intencionadas en los ecosistemas con el objetivo de adaptarlos a sus necesidades o lograr determinados beneficios. Estas transformaciones pueden tener un impacto significativo en los ecosistemas y en las comunidades que dependen de ellos.

Un ejemplo destacado de transformación intencionada de un ecosistema es la agricultura. Desde los inicios de la civilización, los seres humanos han utilizado la tierra para cultivar alimentos y obtener recursos naturales. La agricultura implica la modificación de los ecosistemas naturales para crear campos de cultivo y pastizales para el ganado. Se eliminan árboles y se modifican los patrones de agua para favorecer el crecimiento de cultivos específicos.

Los campos agrícolas son un ejemplo claro de transformación intencionada de un ecosistema. En estas áreas, se cultivan diversos tipos de alimentos y cultivos comerciales. Los agricultores realizan prácticas como la labranza del suelo, el riego, la aplicación de fertilizantes y pesticidas, y la selección de variedades genéticas mejoradas para maximizar la producción. Estas acciones alteran significativamente los ecosistemas naturales y pueden tener impactos tanto positivos como negativos.

Por un lado, la agricultura intensiva ha permitido alimentar a una población mundial en constante crecimiento. Los cultivos y la ganadería proporcionan alimentos, fibras y otros recursos necesarios para la supervivencia humana. Además, la agricultura puede contribuir al desarrollo económico de las comunidades rurales y promover la seguridad alimentaria a nivel global.

Sin embargo, la transformación de los ecosistemas para la agricultura también conlleva desafíos significativos. La expansión de los campos agrícolas ha llevado a la deforestación y la degradación de los suelos, así como a la pérdida de biodiversidad. La aplicación excesiva de fertilizantes y pesticidas puede contaminar los recursos hídricos y causar daños a los ecosistemas acuáticos. Además, el uso intensivo de agua para la irrigación puede agotar los recursos hídricos disponibles, especialmente en áreas propensas a la sequía.

Otro ejemplo relevante de transformación intencionada de un ecosistema es la regeneración de selvas tropicales en áreas desérticas. Este enfoque se ha utilizado en diferentes partes del mundo para restaurar ecosistemas degradados y combatir la desertificación. Mediante técnicas de reforestación y restauración ecológica, se plantan árboles y se promueve la recuperación de la vegetación natural en áreas que previamente habían sido deforestadas o convertidas en zonas áridas.

Este tipo de transformación busca restablecer los servicios ecosistémicos que las selvas tropicales ofrecen, como la regulación del ciclo del agua, la conservación de la biodiversidad y la captura de carbono para mitigar el cambio climático. Además, la regeneración de selvas tropicales puede proporcionar oportunidades económicas para las comunidades locales a través del ecoturismo y la explotación sostenible de los recursos naturales.

Aunque la regeneración de selvas tropicales en áreas desérticas puede ser un enfoque prometedor, también presenta desafíos significativos. La adaptación de las especies vegetales a las condiciones desérticas puede requerir cuidadosos estudios de selección de especies y técnicas de manejo del agua. Además, la regeneración de selvas tropicales en áreas degradadas puede llevar décadas o incluso siglos, y requiere un compromiso a largo plazo por parte de las comunidades y los responsables de la toma de decisiones.

Existen otros ejemplos de transformación intencionada de ecosistemas por causas humanas, como la construcción de embalses para la generación de energía hidroeléctrica, la creación de parques y reservas naturales para la conservación de la biodiversidad, y la implementación de prácticas de gestión forestal sostenible. Estas acciones buscan equilibrar las necesidades humanas con la conservación y el uso sostenible de los recursos naturales.

23.7 Ingeniería de ecosistemas extraterrestres

La transformación intencionada de los ecosistemas por causas humanas no se limita únicamente a nuestro planeta. A medida que exploramos y expandimos nuestra presencia en el espacio, surge la posibilidad de generar ecosistemas en colonias espaciales y llevar a cabo la terraformación de otros planetas accesibles. Estos conceptos futuristas plantean desafíos científicos, éticos y tecnológicos, pero también ofrecen oportunidades emocionantes para la exploración y la supervivencia a largo plazo de la humanidad.

La creación de ecosistemas en colonias espaciales se basa en la idea de que los seres humanos podrían establecerse en otros planetas o lunas, llevando consigo un conjunto de organismos y sistemas que les proporcionen los recursos necesarios para sobrevivir. Estos ecosistemas artificiales estarían diseñados para funcionar de manera autónoma y sostenible, proporcionando alimentos, agua, aire y otros recursos esenciales para mantener una comunidad humana en el espacio.

La generación de ecosistemas en colonias espaciales requeriría una comprensión profunda de la ecología y la biología de los organismos involucrados. Se necesitaría investigación y desarrollo para diseñar sistemas cerrados y eficientes que puedan reciclar y reutilizar los recursos disponibles en el entorno espacial, como la luz solar, el agua y los nutrientes. La utilización de técnicas de biotecnología y bioingeniería podría permitir la modificación genética de las plantas y otros organismos para adaptarlos a las condiciones espaciales y maximizar su eficiencia en la producción de alimentos y oxígeno.

Además de la generación de ecosistemas en colonias espaciales, la terraformación de planetas accesibles es otra idea que ha capturado la imaginación de los científicos y los entusiastas del espacio. La terraformación implica modificar deliberadamente la atmósfera, la temperatura y la composición de un planeta para que sea habitable para los seres humanos y otras formas de vida terrestre. Esta transformación a gran escala requeriría tecnologías avanzadas y un profundo conocimiento de la ciencia planetaria.

Uno de los ejemplos más discutidos de terraformación es el planeta Marte. Se ha propuesto la idea de alterar la atmósfera marciana para crear condiciones similares a las de la Tierra, permitiendo la presencia de agua líquida, la formación de una capa protectora de ozono y la proliferación de organismos terrestres. Sin embargo, la terraformación de un planeta como Marte plantea numerosos desafíos, como la disponibilidad limitada de recursos, las condiciones extremas del entorno y las implicaciones éticas de alterar un mundo ajeno.

Es importante destacar que tanto la generación de ecosistemas en colonias espaciales como la terraformación de planetas accesibles son conceptos teóricos y futuristas en la actualidad. Si bien los avances científicos y tecnológicos pueden hacer que estas ideas sean más plausibles en el futuro, todavía hay muchos obstáculos por superar. Además, se debe considerar cuidadosamente el impacto ambiental y ético de tales transformaciones, así como la preservación de los ecosistemas nativos y la biodiversidad.

A medida que miramos hacia el futuro de la exploración espacial y la colonización de otros mundos, es importante abordar estos desafíos desde una perspectiva de sostenibilidad y responsabilidad. La generación de ecosistemas en colonias espaciales y la terraformación de planetas accesibles pueden ser logros científicos y tecnológicos impresionantes, pero también deben estar respaldados por una comprensión profunda de los sistemas ecológicos y un compromiso con la conservación de la biodiversidad y el equilibrio ambiental.

En última instancia, la transformación intencionada de los ecosistemas por causas humanas, ya sea en la Tierra, en colonias espaciales o en otros planetas, plantea interrogantes fundamentales sobre nuestro papel como administradores de la naturaleza. Debemos buscar un equilibrio entre nuestras necesidades y aspiraciones como especie y la responsabilidad de proteger y preservar los ecosistemas que sustentan la vida en todas sus formas. La transformación de los ecosistemas es un poderoso recordatorio de nuestro impacto en el mundo natural y la importancia de tomar decisiones informadas y conscientes que promuevan la sostenibilidad y el bienestar de nuestro planeta y las generaciones futuras.

Referencias bibliográficas

Regresar al Índice

Alhajeri, B. H., Schenk, J. J., & Steppan, S. J. (2016). Ecomorphological diversification following continental colonization in muroid rodents (Rodentia: Muroidea). Biological Journal of the Linnean Society, 117(3), 463–481.

Álvarez, S. G., Maldonado, M., Gerth, A., & Kuschk, P. (2004). Caracterización de agua residual de curtiduría y estudio del lirio acuático en la recuperación de Cromo. Información Tecnológica, 15(3), 75–80.

Anaya, M. F. (2021). ¿Por fin la hora cero del asbesto en Colombia? - Derecho del Medio Ambiente. Retrieved from https://medioambiente.uexternado.edu.co/por-fin-la-hora-cero-del-asbesto-en-colombia/

Andersson, G. (1982). Naive and critical falsificationism.

Arrigo, K. R., van Dijken, G., & Pabi, S. (2008). Impact of a shrinking Arctic ice cover on marine primary production. Geophysical Research Letters, 35(19).

Barraclough, T. G. (2015). How do species interactions affect evolutionary dynamics across whole communities? Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 46, 25–48.

Barrera, C. (1987). Los problemas de salud asociados a la exposición ocupacional y ambiental al asbesto en Colombia. In Reunión sobre Asbestos y Salud en América Latina; Meeting on Asbestos and Health in Latin América (pp. 117–132). ECO.

Benfey, O. T. (2007). The conceptual structure of the sciences. In Philosophy of Chemistry: Synthesis of a New Discipline, Boston Studies in the Philosophy and History of Science (pp. 95–117). Springer.

Billings, S. A. (2015). ‘One physical system’: Tansley’s ecosystem as Earth’s critical zone. New Phytologist, 206(3), 900–912.

Blanco, D. (2012). Aristas controversiales en la caja negra de Darwin. Lógoi, (8).

Bocking, S. (2013). The ecosystem: research and practice in North America. Web Ecology, 13(1), 43–47.

Bocking, Stephen. (1994). Visions of nature and society: A history of the ecosystem concept. Alternatives Journal, 20(3), 12.

Bolnick, D. I., Amarasekare, P., Araújo, M. S., Bürger, R., Levine, J. M., Novak, M., … Vasseur, D. A. (2011). Why intraspecific trait variation matters in community ecology. Trends in Ecology & Evolution, 26(4), 183–192.

Borregaard, M. K., Matthews, T. J., & Whittaker, R. J. (2015). The general dynamic model: towards a unified theory of island biogeography? Global Ecology and Biogeography.

Branches, F. J. P., Erickson, T. B., Aks, S. E., & Hryhorczuk, D. O. (1993). The price of gold: mercury exposure in the Amazonian rain forest. Journal of Toxicology: Clinical Toxicology, 31(2), 295–306.

Brockington, D., & Duffy, R. (2010). Capitalism and conservation: the production and reproduction of biodiversity conservation. Antipode, 42(3), 469–484.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., & Woodward, P. (2009). Chemistry the central science (11th ed.). Pearson; Prentice Hall.

Brown, Z. W., Van Dijken, G. L., & Arrigo, K. R. (2010). Satellite-derived estimates of Bering Sea primary productivity, 1998-2007. In Proceedings from the 2010 AGU Ocean Sciences Meeting. American Geophysical Union, 2000 Florida Ave., N. W. Washington DC 20009 USA,.

Büscher, B., Sullivan, S., Neves, K., Igoe, J., & Brockington, D. (2012). Towards a synthesized critique of neoliberal biodiversity conservation. Capitalism Nature Socialism, 23(2), 4–30.

Camill, P. (n.d.). Ecosystem Concepts: Introduction. ELS.

Cane, J. H. (2001). Habitat fragmentation and native bees: a premature verdict? Conservation Ecology, 5(1), 3-None.

Cañizares-Esguerra, J. (2006). Nature, empire, and nation: explorations of the history of science in the Iberian world. Stanford University Press.

Carson, R. (1962). Silent spring ((2002)). (Houghton Mifflin Harcourt), Mariner Books, 1962.

Cartwright, E. (2013). Eco-risk and the case of fracking. Cultures of Energy: Power, Practices, Technologies, 201–212.

Chichilnisky, G., & Heal, G. (1998). Economic returns from the biosphere. NATURE-LONDON-, 629–630.

Coleman, F. C., & Williams, S. L. (2002). Overexploiting marine ecosystem engineers: potential consequences for biodiversity. Trends in Ecology & Evolution, 17(1), 40–44.

Cooper, W. S. (1957). Sir Arthur Tansley and the science of ecology. Ecology, 38(4), 658–659.

Cordy, P., Veiga, M. M., Salih, I., Al-Saadi, S., Console, S., Garcia, O., … Roeser, M. (2011). Mercury contamination from artisanal gold mining in Antioquia, Colombia: The world’s highest per capita mercury pollution. Science of the Total Environment, 410, 154–160.

Cuberos, E., Rodriguez, A. I., & Prieto, E. (2009). Chromium levels and their relationship with alterations in the health of tannery workers living and working in Bogotá, Colombia. Revista de Salud Pública, 11(2), 278–289.

Cuevas, A. M. (2015, August 15). ¡Bañados en mercurio! El Espectador. Retrieved from http://www.elespectador.com/noticias/actualidad/vice/banados-mercurio-articulo-578797

de Berg, K. C. (1992). Mathematics in science: The role of the history of science in communicating the significance of mathematical formalism in science. Science & Education, 1(1), 77–87.

De Senerpont Domis, L. N., Elser, J. J., Gsell, A. S., Huszar, V. L. M., Ibelings, B. W., Jeppesen, E., … Sommer, U. (2013). Plankton dynamics under different climatic conditions in space and time. Freshwater Biology, 58(3), 463–482.

Delaplane, K. S. (2010). Bee conservation in the Southeast.

Donaldson, T. (n.d.). Gas Industry threatens northern rockIes.

Dunne, J. A., Williams, R. J., & Martinez, N. D. (2002). Food-web structure and network theory: the role of connectance and size. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99(20), 12917–12922.

Editorial. (2016, June 15). La necesaria prohibición del asbesto. El Espectador. Retrieved from http://www.elespectador.com/opinion/editorial/necesaria-prohibicion-del-asbesto-articulo-637940

Egerton, F. N. (1983). The history of ecology: achievements and opportunities, part one. Journal of the History of Biology, 16(2), 259–310.

Egerton, F. N. (1993). The history and present entanglements of some general ecological perspectives. In Humans as Components of Ecosystems (pp. 9–23). Springer.

Egerton, F. N. (2009). A history of the ecological sciences, Part 32: Humboldt, nature’s geographer. The Bulletin of the Ecological Society of America, 90(3), 253–282.

Ehrlich, P. R., & Ehrlich, A. H. (1970). Population, resources, environment: issues in human ecology. Wiley Online Library.

Español, D. E. F. (n.d.). History of ecology.

Facon, B., Genton, B. J., Shykoff, J., Jarne, P., Estoup, A., & David, P. (2006). A general eco-evolutionary framework for understanding bioinvasions. Trends in Ecology & Evolution, 21(3), 130–135.

Forero, A. R., Mantilla, J. F. G., & Martínez, R. S. (2009). Accumulation of lead, chromium, and cadmium in muscle of capitán (Eremophilus mutisii), a catfish from the Bogota River basin. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 57(2), 359–365.

Gavrilets, S., Vose, A., Barluenga, M., Salzburger, W., & Meyer, A. (2007). Case studies and mathematical models of ecological speciation. 1. Cichlids in a crater lake. Molecular Ecology, 16(14), 2893–2909.

Gibson, A. K. (2015). The Red Queen hypothesis. Education, 2010, 2014.

Giraldo, A. C. O., Gallego, D. M. G., & Correa, C. E. E. (2013). Asbesto en Colombia: un enemigo silencioso. Iatreia, 27(1), 53–62.

González‐Orozco, C. E., Ebach, M. C., & Varona, R. (2015). Francisco José de Caldas and the early development of plant geography. Journal of Biogeography, 42(11), 2023–2030.

Goodland, R. J. (1975). The tropical origin of ecology: Eugen Warming’s jubilee. Oikos, 240–245.

Guo, Z., Xiao, X., & Li, D. (2000). An assessment of ecosystem services: water flow regulation and hydroelectric power production. Ecological Applications, 10(3), 925–936.

Hanich, L., Holtzman, S., Pope, B., Braga, B., Tyson, N. G., Silvestri, A., & Sagan, C. (2014). Cosmos: A Spacetime Odussey: The Clean Room. Usa: Twentieth Century Fox Home Entertainment Ltd.

Heard, S. B., & Hauser, D. L. (1995). Key evolutionary innovations and their ecological mechanisms. Historical Biology, 10(2), 151–173.

Hernberg, S. (2000). Lead poisoning in a historical perspective. American Journal of Industrial Medicine, 38(3), 244–254.

Holling, C. S. (1973). Resilience and stability of ecological systems. Annual Review of Ecology and Systematics, 1–23.

Hutchinson, G. E. (1957). The multivariate niche. In Cold Spr. Harb. Symp. Quant. Biol (Vol. 22, pp. 415–421).

Jax, K. (1998). Holocoen and ecosystem–on the origin and historical consequences of two concepts. Journal of the History of Biology, 31(1), 113–142.

Jones, C. G., Lawton, J. H., & Shachak, M. (1994). Organisms as ecosystem engineers. In Ecosystem management (pp. 130–147). Springer.

Joshi, S. R. (2000). Indigenous beekeeping techniques in Dadeldhura, Nepal. In Proceedings of the 4th Asian apiculture association international conference, Kathmandu (pp. 252–258).

Kingsland, S. (2004). Conveying the intellectual challenge of ecology: an historical perspective. Frontiers in Ecology and the Environment, 2(7), 367–374.

Klein, A., Steffan–Dewenter, I., & Tscharntke, T. (2003). Fruit set of highland coffee increases with the diversity of pollinating bees. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 270(1518), 955–961.

Kosoy, N., & Corbera, E. (2010). Payments for ecosystem services as commodity fetishism. Ecological Economics, 69(6), 1228–1236.

Kremen, C., Bugg, R. L., Nicola, N., Smith, S. A., Thorp, R. W., & Williams, N. M. (2002). Native bees, native plants and crop pollination in California. Fremontia, 30(3–4), 41–49.

Kremen, C., Williams, N. M., & Thorp, R. W. (2002). Crop pollination from native bees at risk from agricultural intensification. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99(26), 16812–16816.

Lawton, J. H., & Jones, C. G. (1995). Linking species and ecosystems: organisms as ecosystem engineers. In Linking species & ecosystems (pp. 141–150). Springer.

Levin, M., Jacobs, J., & Polos, P. G. (1988). Acute mercury poisoning and mercurial pneumonitis from gold ore purification. CHEST Journal, 94(3), 554–556.

Lindeman, R. L. (1942). The trophic‐dynamic aspect of ecology. Ecology, 23(4), 399–417.

Liow, L. H., Van Valen, L., & Stenseth, N. C. (2011). Red Queen: from populations to taxa and communities. Trends in Ecology & Evolution, 26(7), 349–358.

Machac, A., Graham, C. H., Steppan, S. J., & Bronstein, J. L. (2016). Regional Diversity and Diversification in Mammals. The American Naturalist, 189(1), E000–E000.

Machery, E. (2012). Why I stopped worrying about the definition of life... and why you should as well. Synthese, 185(1), 145–164.

Malm, O. (1998). Gold mining as a source of mercury exposure in the Brazilian Amazon. Environmental Research, 77(2), 73–78.

Marrugo-Negrete, Jose, Benitez, L. N., & Olivero-Verbel, J. (2008). Distribution of mercury in several environmental compartments in an aquatic ecosystem impacted by gold mining in northern Colombia. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 55(2), 305–316.

Marrugo-Negrete, José, Verbel, J. O., Ceballos, E. L., & Benitez, L. N. (2008). Total mercury and methylmercury concentrations in fish from the Mojana region of Colombia. Environmental Geochemistry and Health, 30(1), 21–30.

McFadyen, S. (2014). Northern Territory to hold inquiry on fracking. Green Left Weekly, (998), 8.

Mittelbach, G. G. (2012). Community ecology. Sinauer Associates Sunderland, MA.

Moon, D. C., & Moon, J. (2011). Abiotically-Mediated Direct and Indirect Effects. Nature Education Knowledge, 3(10), 61.

Mooney, H. A., Ehrlich, P. R., & Daily, G. E. (1997). Ecosystem services: a fragmentary history. Nature’s Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems, 11–19.

Needleman, H. L. (1999). History of lead poisoning in the world. In International Conference on lead Poisoning Prevention and Treatment, Bangalore.

Nicolson, M. (1996). Humboldtian plant geography after Humboldt: the link to ecology. The British Journal for the History of Science, 29(03), 289–310.

Odum, E., & Odum, H. T. (1953). Fundamentals of ecology (1st ed.). Philadelphia: Saunders, Elsevier.

Olivero, J., Johnson, B., & Arguello, E. (2002). Human exposure to mercury in San Jorge river basin, Colombia (South America). Science of the Total Environment, 289(1), 41–47.

Olivero, J., & Solano, B. (1998). Mercury in environmental samples from a waterbody contaminated by gold mining in Colombia, South America. Science of the Total Environment, 217(1), 83–89.

Pasetto, R., Terracini, B., Marsili, D., & Comba, P. (2014). Occupational burden of asbestos-related cancer in Argentina, Brazil, Colombia, and Mexico. Annals of Global Health, 80(4), 263–268.

Piedrahita, H. (2006). Costs of work-related musculoskeletal disorders (MSDs) in developing countries: Colombia case. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics, 12(4), 379–386.

Prada, C., Hanna, B., Budd, A. F., Woodley, C. M., Schmutz, J., Grimwood, J., … Johnson, K. G. (2016). Empty Niches after Extinctions Increase Population Sizes of Modern Corals. Current Biology.

Quezada-Euán, J. J. G., de Jesús May-Itzá, W., & González-Acereto, J. A. (2001). Meliponiculture in México: problems and perspective for development. Bee World, 82(4), 160–167.

Redford, K. H., & Adams, W. M. (2009). Payment for ecosystem services and the challenge of saving nature. Conservation Biology, 23(4), 785–787.

RicARdo, A., & Szostak, J. W. (2009). Origin of life on earth. Scientific American, 301(3), 54–61.

Rohde, K. (2006). Nonequilibrium ecology. Cambridge University Press.

Schneider, A., & McCumber, D. (2005). An air that kills: How the asbestos poisoning of Libby, Montana, uncovered a national scandal. Berkley Publishing Group.

Selikoff, I. J., & Greenberg, M. (1991). A landmark case in asbestosis. JAMA, 265(7), 898–901.

Selikoff, I. J., & Hammond, E. C. (1979). Health hazards of asbestos exposure (Vol. 330). New York Academy of Sciences.

Smith, T. B., & Skúlason, S. (1996). Evolutionary significance of resource polymorphisms in fishes, amphibians, and birds. Annual Review of Ecology and Systematics, 111–133.

Tarbuck, E. J., Lutgents, F. K., & Tasa, D. (2014). Earth, an introduction to physical geology, 11ed. Boston, Pearson.

Tossavainen, A. (2003). National mesothelioma incidence and the past use of asbestos. Monaldi Archives for Chest Disease, 59(2), 146–149.

Tsokolov, S. A. (2009). Why is the definition of life so elusive? Epistemological considerations. Astrobiology, 9(4), 401–412.

Velthuis, H. H. W., & Van Doorn, A. (2006). A century of advances in bumblebee domestication and the economic and environmental aspects of its commercialization for pollination. Apidologie, 37(4), 421.

Walker, T. D., & Valentine, J. W. (1984). Equilibrium models of evolutionary species diversity and the number of empty niches. American Naturalist, 887–899.

Wallace, A. R. (2007). Darwinism: an exposition of the theory of natural selection with some of its applications. Cosimo, Inc.

Wartofsky, M. W. (2012). Models: Representation and the scientific understanding (Vol. 48). Springer Science & Business Media.

Wilson, D. S., & Turelli, M. (1986). Stable underdominance and the evolutionary invasion of empty niches. American Naturalist, 835–850.

Wright, J. P., & Jones, C. G. (2006). The concept of organisms as ecosystem engineers ten years on: progress, limitations, and challenges. BioScience, 56(3), 203–209.

lunes, 10 de julio de 2023

El ecosistema

Índice

Índice

Portada

Portada

1. Introducción

1. Introducción

1.1 Sir Arthur George Tansley (1871-1955)

Contexto

Infancia

Logros

Comunidad científica

Reconocimientos

¿Por qué él es importante?

¿Qué debemos aprender de él?

2. Generalidades del ecosistema

2. Generalidades del ecosistema

3. Epistemología del estudio del ecosistema

3. Epistemología del estudio del ecosistema

3.1 Tiempo reversible contra tiempo irreversible.

3.2 Estructura interna vs relaciones externas

3.3 Número de unidades vs la asociación de estas

4. Historia del ecosistema como concepto

4. Historia del ecosistema como concepto

4.1 Ecosistema como concepto científico

4.2 El ecosistema como concepto escolar

4.3 De la cadena alimenticia a la pirámide energética

5. Introducción a los factores abióticos

5. Introducción a los factores abióticos

5.1 Historia del estudio de los factores abióticos

5.2¿Porque es importante el reconocimiento de los factores abióticos?

5.3 Los factores abióticos y la macroeconomía

El mar de Aral

Dust Bowl en Estados Unidos

Crisis del agua en el Valle de San Joaquín, California

6. Factores químicos

6. Factores químicos

6.1 Fuentes de energía

6.2 Fuentes de materia

6.3 Xenobióticos

6.4 El suelo

7. Presión total y presiones parciales

7. Presión total y presiones parciales

7.1 Presión de vapor o humedad

7.2 Presión parcial de O2

7.3 Presion parcial del CO2

7.4 Presión parcial de nitrógeno

7.5 Presión de la columna de agua

7.6 Presión total

8. Entorno de inmersión

8. Entorno de inmersión

8.1 El viento y las corrientes de aire

8.2 Disponibilidad de agua

8.3 Corrientes oceánicas

8.4 Las corrientes de los ríos

8.5 Corrientes en los grandes lagos

8.6 El suelo

9. Energía

9. Energía

9.1 Luz

9.2 Temperatura

9.3 El fuego

9.4 Energía

10. Atmósfera

10. Atmósfera

10.1 La capa de ozono

10.2 Regulación de los ciclos biogeoquímicos

10.3 El niño y la niña

11. Geología y topografía

11. Geología y topografía

11.1 Geología profunda

11.2 Factores topográficos

11.3 Distancia al océano

11.4 Forma del continente

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

11.6 La altitud

11.7 El movimiento continental

12. Astronomía

12. Astronomía

7.2 Presión parcial de O₂