En ecología, una comunidad es un grupo o asociación de poblacionesde dos o más especies diferentes que ocupan la misma área geográfica y en un momento en particular, también conocido como biocoenosis . El término comunidad tiene una variedad de usos. En su forma más simple, se refiere a grupos de organismos en un lugar o tiempo específico, por ejemplo, "la comunidad de peces del lago Ontario antes de la industrialización".
La ecología o sinecología de la comunidad es el estudio de las interacciones entre especies en comunidades en muchas escalas espaciales y temporales, incluida la distribución, estructura, abundancia, demografía e interacciones entre las poblaciones que coexisten. [1] El enfoque principal de la ecología de la comunidad es sobre las interacciones entre poblaciones según lo determinado por las características genotípicas y fenotípicasespecíficas . La ecología comunitaria tiene su origen en la sociología vegetal europea . La ecología moderna de la comunidad examina patrones como la variación en la riqueza de especies , la equidad, la productividad y la red alimentaria.estructura (ver estructura comunitaria ); También examina procesos como la dinámica de la poblacióndepredador-presa , la sucesión y la asamblea comunitaria .
En un nivel más profundo, el significado y el valor del concepto de comunidad en ecología está sujeto a debate. Tradicionalmente, las comunidades se han entendido en una escala fina en términos de procesos locales que construyen (o destruyen) un conjunto de especies, como la forma en que el cambio climático puede afectar la composición de las comunidades de pastos. [2] Recientemente, este enfoque de la comunidad local ha sido criticado. Robert Ricklefs ha argumentado que es más útil pensar en comunidades a escala regional, basándose en la taxonomía evolutiva y la biogeografía , [1] donde algunas especies o clados evolucionan y otras se extinguen.
Teorias [ editar ]
La teoría holística [ editar ]
Clements desarrolló un concepto holístico (u organísmico) de comunidad, ya que era un superorganismo o unidad discreta, con límites definidos.
La teoría individualista [ editar ]
Gleason desarrolló el concepto individualista (también conocido como abierto o continuo) de comunidad, con la abundancia de una población de una especie que cambia gradualmente a lo largo de gradientes ambientales complejos, pero individualmente, no igual a otras poblaciones. Desde ese punto de vista, es posible que la distribución individualista de las especies genere comunidades discretas y continúe. Los nichos no se superpondrían. [4] [5]
Teoría neutral [ editar ]
En la visión teórica neutral de la comunidad (o metacomunidad ), popularizada por Hubbell , las especies son funcionalmente equivalentes, y la abundancia de una población de una especie cambia por los procesos demográficos estocásticos (es decir, nacimientos y muertes al azar). [6] Cada población tendría el mismo valor de adaptación (capacidades competitivas y de dispersión), y la composición local y regional representaría un equilibrio entre la especiación o la dispersión (que aumenta la diversidad) y las extinciones aleatorias (que reducen la diversidad). [7]
Interacciones interespecíficas [ editar ]
Las especies interactúan de diversas maneras: competencia, depredación , parasitismo , mutualismo , comensalismo , etc. La organización de una comunidad biológica con respecto a las interacciones ecológicas se conoce como estructura comunitaria.
Concurso [ editar ]
Las especies pueden competir entre sí por los recursos finitos . Se considera un importante factor limitante del tamaño de la población , la biomasa y la riqueza de especies . Se han descrito muchos tipos de competencia, pero probar la existencia de estas interacciones es una cuestión de debate. Se ha observado competencia directa entre individuos, poblaciones y especies, pero hay poca evidencia de que la competencia haya sido la fuerza impulsora en la evolución de los grandes grupos. [8]
- Competencia de interferencia : ocurre cuando un individuo de una especie interfiere directamente con un individuo de otra especie. Los ejemplos incluyen un león que persigue a una hiena de una matanza, o una planta que libera químicos alelopáticos para impedir el crecimiento de una especie competidora.
- Competencia explotadora : esto ocurre a través del consumo de recursos. Cuando un individuo de una especie consume un recurso (por ejemplo, comida, refugio, luz solar, etc.), ese recurso ya no está disponible para ser consumido por un miembro de una segunda especie. Se piensa que la competencia explotadora es más común en la naturaleza, pero se debe tener cuidado para distinguirla de la competencia aparente. La competencia de explotación varía desde la simetría completa (todos los individuos reciben la misma cantidad de recursos, independientemente de su tamaño) hasta la simetría del tamaño perfecto (todos los individuos explotan la misma cantidad de recursos por unidad de biomasa) hasta la asimetría de tamaño absoluta(Los individuos más grandes explotan todo el recurso disponible). El grado de asimetría del tamaño tiene efectos importantes en la estructura y diversidad de las comunidades ecológicas.
- Competencia aparente : se produce cuando dos especies comparten un depredador. Las poblaciones de ambas especies pueden deprimirse por depredación sin competencia de explotación directa. [9]
Predación [ editar ]
La depredación es cazar a otra especie para alimentarse. Esta es una interacción positiva-negativa (+ -) en que la especie depredadora se beneficia, mientras que la especie de presa es dañada. Algunos depredadores matan a sus presas antes de comerlas (por ejemplo, un halcón que mata a un ratón). Otros depredadores son parásitos que se alimentan de presas en vida (por ejemplo, un murciélago vampiro que se alimenta de una vaca). Otro ejemplo es la alimentación de plantas de herbívoros (por ejemplo, el pastoreo de una vaca). La depredación puede afectar el tamaño de la población de depredadores y presas y el número de especies que coexisten en una comunidad.
Mutualismo [ editar ]
El mutualismo es una interacción entre especies en la que ambas se benefician. Los ejemplos incluyen la bacteria Rhizobium que crece en nódulos en las raíces de las leguminosas y los insectos que polinizan las flores de las angiospermas .
Comensalismo [ editar ]
El comensalismo es un tipo de relación entre organismos en el que un organismo se beneficia, mientras que el otro organismo no se beneficia ni se daña. El organismo que se benefició se llama comensal, mientras que el otro organismo que no se beneficia ni se daña se llama el huésped . Por ejemplo, una orquídea epífita unida al árbol como apoyo beneficia a la orquídea, pero no perjudica ni beneficia al árbol. Lo opuesto al comensalismo es el amensalismo , una relación interespecífica en la que un producto de un organismo tiene un efecto negativo en otro organismo, pero el organismo original no se ve afectado. [10]
El parasitismo [ editar ]
El parasitismo es una interacción en la que un organismo, el huésped, se daña, mientras que el otro, el parásito, se beneficia.
Estructura de la comunidad [ editar ]
Un tema de investigación importante entre la ecología comunitaria ha sido si las comunidades ecológicas tienen una estructura (no aleatoria) y, de ser así, cómo caracterizar esta estructura. Las formas de estructura de la comunidad incluyen la agregación [11] y la anidación .
La ecología de los ecosistemas es el estudio integrado de los componentes vivos ( bióticos ) y no vivos ( abióticos ) de los ecosistemas y sus interacciones dentro de un marco ecosistémico. Esta ciencia examina cómo funcionan los ecosistemas y los relaciona con sus componentes, como los productos químicos , la roca , el suelo , las plantas y los animales .
La ecología del ecosistema examina las estructuras físicas y biológicas y examina cómo estas características de los ecosistemas interactúan entre sí. En última instancia, esto nos ayuda a comprender cómo mantener el agua de alta calidad y la producción de productos básicos económicamente viables. Un enfoque importante de la ecología de los ecosistemas es en los procesos funcionales, los mecanismos ecológicos que mantienen la estructura y los servicios producidos por los ecosistemas. Estos incluyen la productividad primaria (producción de biomasa ), descomposición e interacciones tróficas .
Los estudios sobre la función del ecosistema han mejorado en gran medida la comprensión humana de la producción sostenible de forraje , fibra , combustible y suministro de agua . Los procesos funcionales están mediados por el clima , la perturbación y la gestión de nivel regional a local . Por lo tanto, la ecología del ecosistema proporciona un marco poderoso para identificar mecanismos ecológicos que interactúan con los problemas ambientales globales, especialmente el calentamiento global y la degradación de las aguas superficiales.
Este ejemplo demuestra varios aspectos importantes de los ecosistemas:
- Los límites de los ecosistemas son a menudo nebulosos y pueden fluctuar en el tiempo
- Los organismos dentro de los ecosistemas dependen de los procesos biológicos y físicos del nivel del ecosistema.
- Los ecosistemas adyacentes interactúan estrechamente ya menudo son interdependientes para el mantenimiento de la estructura de la comunidad y los procesos funcionales que mantienen la productividad y la biodiversidad.
Estas características también introducen problemas prácticos en el manejo de los recursos naturales. ¿Quién va a gestionar qué ecosistema? ¿El corte de madera en el bosque degradará la pesca recreativa en el arroyo? Estas preguntas son difíciles de abordar para los administradores de tierras, mientras que el límite entre los ecosistemas no está claro; aunque las decisiones en un ecosistema afectarán al otro. Necesitamos una mejor comprensión de las interacciones e interdependencias de estos ecosistemas y los procesos que los mantienen antes de que podamos comenzar a abordar estas preguntas.
La ecología del ecosistema es un campo de estudio intrínsecamente interdisciplinario. Un ecosistema individual está compuesto por poblaciones de organismos que interactúan dentro de las comunidades y contribuyen al ciclo de los nutrientes y al flujo de energía . El ecosistema es la principal unidad de estudio en ecología del ecosistema.
La población, la comunidad y la ecología fisiológica proporcionan muchos de los mecanismos biológicos subyacentes que influyen en los ecosistemas y los procesos que mantienen. El flujo de energía y el ciclo de la materia a nivel del ecosistema a menudo se examinan en la ecología del ecosistema, pero, en conjunto, esta ciencia se define más por el tema que por la escala. La ecología de los ecosistemas se acerca a los organismos y las reservas abióticas de energía y nutrientes como un sistema integrado que lo distingue de las ciencias asociadas, como la biogeoquímica . [1]
La biogeoquímica y la hidrología se centran en varios procesos ecosistémicos fundamentales, como el ciclo químico biológico de los nutrientes y el ciclo físico-biológico del agua. La ecología de los ecosistemas constituye la base mecánica de los procesos regionales o globales abarcados por la hidrología de paisaje a región, la biogeoquímica global y la ciencia del sistema terrestre.
Historia [ editar ]
La ecología del ecosistema está arraigada filosófica e históricamente en la ecología terrestre. El concepto de ecosistema ha evolucionado rápidamente durante los últimos 100 años con ideas importantes desarrolladas por Frederic Clements , un botánico que abogó por definiciones específicas de ecosistemas y que los procesos fisiológicos fueron responsables de su desarrollo y persistencia. [2] Aunque la mayoría de las definiciones de ecosistemas de Clements se han revisado en gran medida, inicialmente por Henry Gleason y Arthur Tansley , y más tarde por ecólogos contemporáneos, la idea de que los procesos fisiológicos son fundamentales para la estructura y función del ecosistema sigue siendo fundamental para la ecología.
El trabajo posterior de Eugene Odum y Howard T. Odum cuantificó los flujos de energía y materia a nivel del ecosistema, documentando así las ideas generales propuestas por Clements y su contemporáneo Charles Elton .
En este modelo, los flujos de energía a través de todo el sistema dependían de las interacciones bióticas y abióticas de cada componente individual ( especies , reservas inorgánicas de nutrientes, etc.). Trabajos posteriores demostraron que estas interacciones y flujos aplicados a los ciclos de nutrientes, cambiaron en el transcurso de la sucesión y mantuvieron poderosos controles sobre la productividad del ecosistema. [4] [5] Las transferencias de energía y nutrientes son innatas a los sistemas ecológicos, independientemente de si son acuáticos o terrestres. Así, la ecología del ecosistema ha surgido de importantes estudios biológicos de los ecosistemas de plantas, animales, terrestres , acuáticos y marinos .
Servicios del ecosistema [ editar ]
Los servicios de los ecosistemas son procesos funcionales mediados ecológicamente esenciales para sostener sociedades humanas sanas . [6] La provisión y filtración de agua, la producción de biomasa en la silvicultura , la agricultura y la pesca , y la eliminación de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO 2 ) de la atmósfera son ejemplos de servicios ecosistémicos esenciales para la salud pública y las oportunidades económicas. El ciclo de nutrientes es un proceso fundamental para la producción agrícola y forestal.
Sin embargo, al igual que la mayoría de los procesos de los ecosistemas, el ciclo de nutrientes no es una característica del ecosistema que se pueda "marcar" al nivel más deseable. Maximizar la producción en sistemas degradados es una solución demasiado simplista para los complejos problemas del hambre y la seguridad económica. Por ejemplo, el uso intensivo de fertilizantes en el medio oeste de los Estados Unidos ha dado lugar a la degradación de las pesquerías en el Golfo de México . [7] Lamentablemente, se ha recomendado una " Revolución Verde " de fertilización química intensiva para la agricultura en los países desarrollados y en desarrollo . [8] [9]Estas estrategias arriesgan la alteración de los procesos de los ecosistemas que pueden ser difíciles de restaurar, especialmente cuando se aplican a escalas amplias sin una evaluación adecuada de los impactos. Los procesos del ecosistema pueden tardar muchos años en recuperarse de una perturbación significativa. [5]
Por ejemplo, la remoción de bosques a gran escala en el noreste de los Estados Unidos durante los siglos XVIII y XIX ha alterado la textura del suelo, la vegetación dominante y el ciclo de nutrientes en formas que impactan la productividad forestal en la actualidad. [10] [11] Se necesita una apreciación de la importancia de la función del ecosistema en el mantenimiento de la productividad, ya sea en la agricultura o en la silvicultura, junto con los planes para la restauración de procesos esenciales. Un mejor conocimiento de la función del ecosistema ayudará a lograr la sostenibilidad y la estabilidad a largo plazo en las partes más pobres del mundo.
Operación [ editar ]
La productividad de la biomasa es una de las funciones del ecosistema más evidentes y económicamente importantes. La acumulación de biomasa comienza a nivel celular a través de la fotosíntesis. La fotosíntesis requiere agua y, por consiguiente, los patrones globales de producción anual de biomasa se correlacionan con la precipitación anual. [12] Las cantidades de productividad también dependen de la capacidad general de las plantas para captar la luz solar, que está directamente relacionada con el área de la hoja de la planta y el contenido de N.
La productividad primaria neta (NPP) es la medida principal de la acumulación de biomasa dentro de un ecosistema. La productividad primaria neta se puede calcular mediante una fórmula simple donde la cantidad total de productividad se ajusta para las pérdidas totales de productividad mediante el mantenimiento de procesos biológicos:
- NPP = GPP - productor R
Donde GPP es la productividad primaria bruta y R productor es fotosintato ( carbono ) perdido a través de la respiración celular .
La NPP es difícil de medir, pero una nueva técnica conocida como la covarianza de Eddy ha revelado cómo los ecosistemas naturales influyen en la atmósfera. La Figura 4 muestra los cambios estacionales y anuales en la concentración de CO 2 medidos en Mauna Loa , Hawai desde 1987 hasta 1990. La concentración de CO 2 aumentó de manera constante, pero la variación dentro del año ha sido mayor que el incremento anual desde que comenzaron las mediciones en 1957.
Se pensó que estas variaciones se debían a la absorción estacional de CO 2 durante los meses de verano. Una técnica desarrollada recientemente para evaluar el PNP de los ecosistemas ha confirmado que las variaciones estacionales se deben a cambios estacionales en la absorción de CO 2 por la vegetación. [15] [14] Esto ha llevado a muchos científicos y creadores de políticas a especular que los ecosistemas pueden manejarse para mejorar los problemas con el calentamiento global . Este tipo de manejo puede incluir la reforestación o alteración de los programas de aprovechamiento forestal en muchas partes del mundo.
La descomposición y el ciclo de nutrientes [ editar ]
La descomposición y el ciclo de nutrientes son fundamentales para la producción de biomasa de los ecosistemas. La mayoría de los ecosistemas naturales están limitados por el nitrógeno (N) y la producción de biomasa está estrechamente relacionada con el volumen de negocios de N. [16] [17] Típicamente, la entrada externa de nutrientes es muy baja y el reciclaje eficiente de nutrientes mantiene la productividad. [5] Ladescomposición de los desechos vegetales representa la mayoría de los nutrientes reciclados a través de los ecosistemas (Figura 3). Las tasas de descomposición de los desechos vegetales dependen en gran medida de la calidad de los desechos; La alta concentración de compuestos fenólicos, especialmente la lignina , en la cama de plantas tiene un efecto retardante sobre la descomposición de la cama. [18] [19]Los compuestos de C más complejos se descomponen más lentamente y pueden demorar muchos años en descomponerse completamente. La descomposición se describe típicamente con descomposición exponencial y se ha relacionado con las concentraciones de minerales, especialmente el manganeso, en la hojarasca. [20] [21]
A nivel mundial, las tasas de descomposición están mediadas por la calidad de la basura y el clima. [22] Los ecosistemas dominados por plantas con baja concentración de lignina a menudo tienen tasas de descomposición y ciclos de nutrientes rápidos (Chapin et al. 1982). Los compuestos que contienen carbono simple (C) se metabolizan preferentemente por microorganismos descomponedores, lo que da como resultado velocidades iniciales rápidas de descomposición; consulte la Figura 5A, [23] modelos que dependen de velocidades constantes de descomposición; los llamados valores de "k", vea la Figura 5B. [24] Además de la calidad de la cama y el clima, la actividad de la fauna del suelo es muy importante [25]
Sin embargo, estos modelos no reflejan procesos de desintegración lineales y no lineales simultáneos que probablemente ocurran durante la descomposición. Por ejemplo, las proteínas , los azúcares y los lípidos se descomponen exponencialmente, pero la lignina se descompone a una tasa más lineal [18] Por lo tanto, los modelos simplistas predicen de manera inexacta la desintegración de la cama. [26]
Un modelo alternativo simple presentado en la Figura 5C muestra una descomposición significativamente más rápida que el modelo estándar de la figura 4B. Una mejor comprensión de los modelos de descomposición es un área de investigación importante de la ecología de los ecosistemas porque este proceso está estrechamente relacionado con el suministro de nutrientes y la capacidad general de los ecosistemas para secuestrar el CO 2 de la atmósfera.
Dinámica trófica [ editar ]
La dinámica trófica se refiere al proceso de transferencia de energía y nutrientes entre organismos. La dinámica trófica es una parte importante de la estructura y función de los ecosistemas. La Figura 3 muestra la energía transferida para un ecosistema en Silver Springs, Florida. La energía ganada por los productores primarios (plantas, P) es consumida por los herbívoros (H), que son consumidos por los carnívoros (C), que a su vez son consumidos por los "top carnivores" (TC).
Uno de los patrones más obvios en la Figura 3 es que a medida que uno sube a niveles tróficos más altos (es decir, de las plantas a los carnívoros superiores), la cantidad total de energía disminuye. Las plantas ejercen un control "de abajo hacia arriba" sobre la estructura energética de los ecosistemas al determinar la cantidad total de energía que ingresa al sistema. [27]
Sin embargo, los depredadores también pueden influir en la estructura de los niveles tróficos inferiores desde arriba hacia abajo. Estas influencias pueden cambiar dramáticamente las especies dominantes en los sistemas terrestres y marinos [28] [29] La interacción y la fuerza relativa de los controles de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba sobre la estructura y función del ecosistema es un área importante de investigación en el campo de la ecología. .
La dinámica trófica puede influir fuertemente en las tasas de descomposición y el ciclo de nutrientes en el tiempo y en el espacio. Por ejemplo, la herbivoría puede aumentar la descomposición de la cama y el ciclo de nutrientes a través de cambios directos en la calidad de la cama y la vegetación dominante alterada. [30] insectos herbívoros se ha demostrado que aumenta las tasas de descomposición y ciclos de nutrientes debido a los cambios en la calidad de la cama y el aumento de frass entradas. [1] [31]
Sin embargo, el brote de insectos no siempre aumenta el ciclo de nutrientes. Stadler [32] demostró que la mielada rica en C producida durante el brote de áfido puede provocar un aumento de la inmovilización del N por parte de los microbios del suelo, lo que ralentiza el ciclo de los nutrientes y limita potencialmente la producción de biomasa. Los ecosistemas marinos del Atlántico norte se han visto muy alterados por la pesca excesiva de bacalao. Las existencias de bacalao se desplomaron en la década de 1990, lo que provocó un aumento de sus presas, como el camarón y el cangrejo de nieve [29]. La intervención humana en los ecosistemas ha dado lugar a cambios dramáticos en la estructura y función de los ecosistemas. Estos cambios están ocurriendo rápidamente y tienen consecuencias desconocidas para la seguridad económica y el bienestar humano.
Aplicaciones e importancia [ editar ]
Lecciones de dos ciudades de América Central [ editar ]
La biosfera ha sido grandemente alterada por las demandas de las sociedades humanas. La ecología del ecosistema juega un papel importante en la comprensión y adaptación a los problemas ambientales actuales más apremiantes. La ecología de la restauración y la gestión de los ecosistemas están estrechamente relacionadas con la ecología de los ecosistemas. La restauración de recursos altamente degradados depende de la integración de los mecanismos funcionales de los ecosistemas. [33]
Sin estas funciones intactas, el valor económico de los ecosistemas se reduce considerablemente y se pueden desarrollar condiciones potencialmente peligrosas en el campo. Por ejemplo, las áreas dentro de las montañas montañosas del oeste de Guatemala son más susceptibles a los derrumbes catastróficos y la escasez estacional de agua debido a la pérdida de recursos forestales. En contraste, las ciudades como Totonicapán que han preservado los bosques a través de instituciones sociales fuertes tienen una mayor estabilidad económica local y, en general, un mayor bienestar humano. [34]
Esta situación es sorprendente si se considera que estas áreas están cerca unas de otras, la mayoría de los habitantes son de ascendencia maya , y la topografía y los recursos generales son similares. Este es el caso de dos grupos de personas que administran recursos de maneras fundamentalmente diferentes. La ecología del ecosistema proporciona la ciencia básica necesaria para evitar la degradación y restaurar los procesos de los ecosistemas que satisfacen las necesidades humanas básicas.
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