Ecología de comunidades y perturbaciones en los ecosistemas
Imagina que los lobos desaparecen de Yellowstone y, años después, los álamos y los castores también. ¿Cómo puede afectar la pérdida de una sola especie a todo un ecosistema? En esta página verás cómo se conectan los seres vivos de una comunidad, qué pasa con la energía entre ellos y cómo se recupera un ecosistema después de un golpe fuerte. Al final volveremos a esta pregunta.
Cadenas y redes alimentarias
Cada ser vivo ocupa un papel según cómo obtiene su energía. Una cadena alimentaria muestra quién se come a quién; las flechas van de lo que es comido a quien lo come, porque indican el sentido en que viaja la energía.
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Productores: fabrican su propio alimento (fotosíntesis). Ejemplo: el pasto.
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Consumidores primarios: herbívoros. Ejemplo: el saltamontes.
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Consumidores secundarios y terciarios: carnívoros que comen a otros consumidores (en esta cadena, la rana es consumidor secundario y la serpiente, consumidor terciario).
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Depredador tope: consumidor del último nivel, al que nadie come en condiciones normales (aquí, el halcón, consumidor cuaternario).
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Descomponedores: hongos y bacterias que degradan restos y desechos y devuelven nutrientes al suelo.
En la realidad, casi nada come una sola cosa: varias cadenas se cruzan y forman una red alimentaria. Por ejemplo, el pasto alimenta al saltamontes y también al ratón; la rana come saltamontes, y la serpiente come ranas y ratones; el halcón come serpientes y ratones. Así, la serpiente y el halcón tienen más de una fuente de alimento y ocupan varios niveles tróficos a la vez.
La regla del 10%
Solo alrededor del $10\%$ de la energía de un nivel trófico pasa al siguiente. El resto se usa en la respiración celular, se pierde como calor o queda en restos no consumidos y en desechos. Por eso las cadenas son cortas: arriba ya no queda energía suficiente.
Una cadena alimentaria es pasto → saltamontes → rana → serpiente → halcón. Identifica el productor, el consumidor primario, el consumidor secundario y el depredador…
Una cadena alimentaria es pasto → saltamontes → rana → serpiente → halcón. Identifica el productor, el consumidor primario, el consumidor secundario y el depredador tope. Luego define descomponedor e indica qué papel cumple.
En un ecosistema, los productores captan 10,000 kJ de energía. Usando la regla del 10%, estima la energía disponible para los consumidores primarios y para los…
En un ecosistema, los productores captan 10,000 kJ de energía. Usando la regla del 10%, estima la energía disponible para los consumidores primarios y para los consumidores secundarios. Explica brevemente qué pasa con el resto de la energía.
Relaciones entre especies
Los organismos de una comunidad interactúan. Las relaciones se clasifican por quién gana (+), quién pierde (−) y a quién no le afecta (0).
La simbiosis es una relación estrecha y duradera entre dos especies. Tiene tres tipos: mutualismo, comensalismo y parasitismo.
| Simbiosis | Especie A | Especie B | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Mutualismo | + | + | Hongos de micorrizas y raíces de un árbol |
| Comensalismo | + | 0 | Percebes sobre una ballena |
| Parasitismo | + | − | Tenia en el intestino de un perro |
Otras interacciones, que no son simbiosis:
| Interacción | Especie A | Especie B | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Depredación | + | − | Halcón y serpiente |
| Competencia | − | − | Dos especies que usan el mismo alimento |
En el parasitismo el parásito vive en o sobre el huésped y rara vez lo mata rápido; el depredador sí mata a su presa.
Competencia y exclusión competitiva
El principio de exclusión competitiva dice que dos especies que dependen exactamente del mismo recurso limitante no pueden coexistir mucho tiempo: una desplaza a la otra. En experimentos con dos especies de Paramecium con el mismo alimento, la que usa mejor el recurso crece y la otra desaparece.
En la naturaleza hay coexistencia gracias a la partición de recursos: cada especie usa una parte distinta del recurso. Varias lagartijas pueden vivir en el mismo árbol si cada una se posa a una altura distinta o come presas de otro tamaño. Cada especie ocupa así su propio nicho.
Clasifica cada relación como mutualismo, comensalismo o parasitismo: (a) un pez payaso vive entre los tentáculos de una anémona de mar, que protege al pez, y el pez…
Clasifica cada relación como mutualismo, comensalismo o parasitismo:
(a) un pez payaso vive entre los tentáculos de una anémona de mar, que protege al pez, y el pez ahuyenta a los peces que se comen a la anémona;
(b) una tenia vive en el intestino de un perro y absorbe el alimento digerido;
(c) los percebes se adhieren a una ballena y obtienen transporte, sin dañarla ni beneficiarla;
(d) los hongos de las raíces de un árbol absorben azúcares del árbol y le proporcionan agua y minerales.
Dos especies de Paramecium* se cultivaron en tubos separados y luego juntas, con el mismo suministro de alimento. Por separado, la especie 1 alcanzó una población…
Dos especies de Paramecium se cultivaron en tubos separados y luego juntas, con el mismo suministro de alimento. Por separado, la especie 1 alcanzó una población estable de unos 200 y la especie 2 de unos 500. En el cultivo mixto, la especie 2 creció y la especie 1 disminuyó hasta cero. (a) Explica el principio de exclusión competitiva y cómo estos resultados lo ilustran. (b) Explica cómo dos especies que compiten, como varias especies de lagartijas que se posan a distintas alturas en el mismo árbol, pueden coexistir en la naturaleza mediante la partición de recursos. (c) Predice cómo podría cambiar el resultado si un depredador prefiriera comer la especie 2 y justifica tu predicción.
Especies clave, invasoras y diversidad
Una especie clave (keystone species) tiene un efecto enorme en su comunidad, mucho mayor que lo que sugiere su abundancia. Si desaparece, la comunidad cambia radicalmente.
Cascada trófica: la nutria marina
En los bosques de kelp de California y Alaska, las nutrias marinas comen erizos de mar, y los erizos comen kelp. Una cascada trófica es un efecto en cadena que baja por los niveles tróficos.
Al perderse el kelp, también se pierden los peces y otros organismos que lo usan como refugio y alimento.
Especies invasoras
Una especie invasora es una especie introducida que se propaga y daña el ecosistema nuevo. Suelen prosperar porque no tienen depredadores ni parásitos naturales, se reproducen rápido y compiten bien por recursos. Ejemplos: los pitones birmanos en los Everglades, el kudzu en el sur y los mejillones cebra en los Grandes Lagos.
Para argumentar con datos usa el formato CER:
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Afirmación (Claim): lo que concluyes.
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Evidencia (Evidence): los datos.
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Razonamiento (Reasoning): la idea biológica que conecta ambos.
Diversidad: índice de Simpson
La biodiversidad depende del número de especies y de qué tan parejas son sus abundancias. El índice de Simpson es
$$D = 1 - \sum \left(\frac{n}{N}\right)^2$$Un valor más cercano a 1 significa más diversidad.
Una comunidad con más diversidad suele soportar mejor una enfermedad: si una especie muere, otras cumplen funciones parecidas y el ecosistema se mantiene.
En un bosque costero de algas kelp, las nutrias marinas comen erizos de mar y los erizos de mar comen kelp. En un estudio hipotético, una zona perdió la mayoría de sus…
En un bosque costero de algas kelp, las nutrias marinas comen erizos de mar y los erizos de mar comen kelp. En un estudio hipotético, una zona perdió la mayoría de sus nutrias.
| Año | Nutrias (por km de costa) | Erizos (por m²) | Cobertura de kelp (%) |
|---|---|---|---|
| 1 | 12 | 2 | 80 |
| 5 | 3 | 15 | 40 |
| 10 | 1 | 40 | 5 |
(a) Describe las tendencias. (b) Explica esta cascada trófica y por qué la nutria marina se llama especie clave. (c) Predice qué ocurriría con otras especies que dependen del kelp.
El índice de diversidad de Simpson es $D = 1 - \sum \left(\dfrac{n}{N}\right)^2$, donde $n$ es el número de individuos de una especie y $N$ es el número total de…
El índice de diversidad de Simpson es $D = 1 - \sum \left(\dfrac{n}{N}\right)^2$, donde $n$ es el número de individuos de una especie y $N$ es el número total de individuos. La comunidad 1 tiene cuatro especies con 25 individuos cada una. La comunidad 2 tiene cuatro especies con 85, 5, 5 y 5 individuos. (a) Calcula $D$ para cada comunidad. (b) ¿Cuál comunidad es más diversa y por qué? (c) Argumenta cuál comunidad se recuperaría mejor de una enfermedad que mata a una especie.
Los pitones birmanos fueron introducidos en los Everglades de Florida. En un estudio hipotético, los avistamientos de mapaches bajaron de 20 por cada 100 horas de…
Los pitones birmanos fueron introducidos en los Everglades de Florida. En un estudio hipotético, los avistamientos de mapaches bajaron de 20 por cada 100 horas de muestreo a 1 por cada 100 horas a lo largo de los años después de que los pitones se establecieron. (a) Explica por qué las especies invasoras suelen propagarse ampliamente en un hábitat nuevo. (b) Escribe un enunciado de afirmación, evidencia y razonamiento (CER) que conecte a los pitones con la disminución de mapaches. (c) Sugiere una explicación alternativa que los científicos tendrían que descartar.
Perturbaciones y sucesión ecológica
Una perturbación (incendio, huracán, erupción, inundación, actividad humana) altera un ecosistema. La comunidad se recupera mediante la sucesión ecológica: cambio gradual en las especies a lo largo del tiempo.
| Sucesión primaria | Sucesión secundaria | |
|---|---|---|
| Punto de partida | Roca desnuda, sin suelo | Suelo ya existente |
| Ejemplo | Mount St. Helens, Glacier Bay | Bosque tras un incendio en Yellowstone |
| Rapidez | Muy lenta (siglos) | Más rápida (décadas) |
Primero llegan las especies pioneras (pastos, hierbas, líquenes), que crecen rápido y mejoran el suelo. Después aparecen arbustos y, por último, árboles, hasta una comunidad clímax relativamente estable.
Los árboles tardan porque sus semillas germinan mejor con el suelo ya enriquecido y con la sombra o protección de arbustos, y porque crecen lentamente. Las pioneras pueden facilitar la llegada de otras especies, o bien tolerar o inhibir su establecimiento.
Ahora volvamos al principio: en Yellowstone, los lobos eran depredadores clave. Sin ellos, los alces abundaban y comían demasiados brotes de álamos y sauces; al reintroducirlos, la vegetación y otras especies se recuperaron. Una sola especie clave sostenía la estructura de la comunidad.
Después de un incendio forestal en un bosque del Parque Nacional Yellowstone, unos investigadores registraron el porcentaje de cobertura de tres grupos de plantas en…
Después de un incendio forestal en un bosque del Parque Nacional Yellowstone, unos investigadores registraron el porcentaje de cobertura de tres grupos de plantas en distintos momentos (datos hipotéticos).
| Años después del incendio | Pastos y hierbas (%) | Arbustos (%) | Árboles (%) |
|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 5 | 0 |
| 10 | 40 | 25 | 5 |
| 50 | 10 | 20 | 50 |
(a) Explica por qué este es un ejemplo de sucesión secundaria e identifica las especies pioneras. (b) Describe cómo cambia la comunidad con el tiempo y por qué los árboles aumentan más tarde. (c) Predice cómo podría cambiar la comunidad un segundo incendio severo solo 5 años después del primero y justifica tu respuesta.