3.- Para comprender mejor las
relaciones alimentarias entre los organismos de un ecosistema es necesario
conocer algunos parámetros tróficos como la biomasa, producción, productividad
y el tiempo de renovación. En relación con la producción responda:
-
¿Qué representan la producción primaria bruta y la producción
primaria neta en un ecosistema?
SOL. La PPB representa la materia
orgánica total sintetizada por los organismos del nivel trófico de los
productores en un ecosistema, por unidad de superficie o volumen y por unidad
de tiempo.
La
PPN es la materia orgánica que queda en el nivel de los productores
después de descontar la que se consume en el proceso de respiración celular.
-
¿De
qué factores depende la producción primaria en
un ecosistema?
SOL. La producción primaria depende del grado
de fijación de la energía solar mediante el proceso fotosintético. Por eso
cualquier factor que afecte a dicho proceso actuará como factor limitante de la
producción primaria. Estos factores son: la luz, el agua, la cantidad de
nutrientes (nitrógeno, fósforo…), la temperatura y la concentración de CO2
y O2.
3.-
Defina los siguientes conceptos que hacen
referencia a las relaciones tróficas en los ecosistemas: consumidores primarios, consumidores secundarios, omnívoros y
descomponedores. ¿Por qué son importantes los
descomponedores en los ecosistemas, y qué pasaría si no existieran?
SOL. Dentro de los niveles tróficos, los
consumidores son seres heterótrofos que se alimentan de otros seres vivos. Los
que se alimentan de vegetales exclusivamente (herbívoros), son los consumidores
primarios. Los que se alimentan de otros animales (carnívoros o
depredadores en sentido amplio), son los consumidores secundarios.
Por
otro lado, los omnívoros son animales que se alimentan tanto de tejidos
animales como vegetales.
Los
descomponedores constituyen un grupo muy heterogéneo de consumidores
(bacterias, hongos…) que digieren la materia orgánica muerta y liberan materia
inorgánica al suelo, es decir, nutrientes y agua, los cuales serán tomados por
los productores.
El
papel de los descomponedores es muy importante ya que completan el ciclo de la
materia en los ecosistemas al transformar en materia inorgánica la materia
descompuesta. Por ejemplo, los nitratos o amoníaco, fosfatos y sulfatos son
convertidos en nitrógeno, fósforo y azufre orgánicos, respectivamente.
Sin
los descomponedores la Tierra estaría cubierta de restos vegetales y animales
muertos y la vida no podría seguir existiendo.
3.- En una investigación sobre
distintos ecosistemas terrestres se han obtenido los siguientes datos:
Bosque:
Biomasa autótrofos = 14
kg de C/m2
Producción primaria
bruta = 5 g de C/m2 día
Respiración total = 4,5
g de C/m2 día
Pradera:
Biomasa autótrofos =
2,9 kg de C/m2
Producción primaria
bruta = 4 g de C/m2 día
Respiración total = 2,5
g de C/m2 día
a) Calcule
las producciones netas de ambos ecosistemas.
SOL. La producción neta es el resultado de
restar de la producción bruta la respiración.
Pn
del bosque: 5 - 4.5 = 0.5 g de C/m2
día
Pn
de la pradera: 4 – 2.5 = 1.5 g de C/m2 día
b) Defina
el término “producción primaria bruta” de un
ecosistema.
SOL. La PPB representa la materia
orgánica total sintetizada por los organismos del nivel trófico de los
productores en un ecosistema, por unidad de superficie o volumen y por unidad
de tiempo.
c) Indique qué ecosistema presenta
mayor productividad.
SOL. Teniendo en cuenta que la productividad
se define como el cociente entre la producción neta y la biomasa, el ecosistema
más productivo es la pradera.
P del bosque: 0.5 /
14000 = 3.57 x 10-5
P de la pradera: 1.5
/ 2900 = 5.17 x 10-4
3.- En un ecosistema se han calculado mediante un estudio experimental
los parámetros tróficos reflejados en la siguiente tabla:
a.- ¿A partir de qué parámetros se calcula la producción
neta? (2 puntos).
SOL. La producción neta es la diferencia entre la producción bruta y el gasto
respiratorio.
b.- Calcule los valores de productividad y
de tiempo de renovación de cada nivel trófico (3
puntos).
SOL. Teniendo en cuenta que la productividad
se define como el cociente entre la producción neta y la biomasa:
P de los
productores: 1500 / 70000 = 0.021
P de los herbívoros:
50 / 7000 = 0.007
P de los carnívoros
I: 1 / 500 = 0.002
P de los carnívoros
II: 0.02 / 50 = 0.0004
Por otro lado, el tiempo de renovación se
calcula como el cociente entre la biomasa y la producción neta:
T de los
productores: 70000 / 1500 = 46.7 días
T de los herbívoros:
7000 / 50 = 140 días
T de los carnívoros
I: 500 / 1 = 500 días
T de los carnívoros
II: 50 / 0.02 = 2500 días
c.- ¿Qué ocurre con los valores de la
productividad y el tiempo de renovación a lo largo de
la cadena trófica? (2 puntos).
SOL. La productividad disminuye al ascender de nivel trófico y el tiempo de
renovación aumenta con cada nivel.
d.- ¿Por qué el número de eslabones o niveles tróficos es tan limitado?
(3 puntos).
SOL. El número de niveles tróficos es tan limitado porque de cada nivel sólo
una pequeña parte de la energía (un 10%) está disponible y pasa al siguiente
nivel. A partir de la producción neta del nivel de los carnívoros II (0.02)
sería muy difícil la existencia de un quinto nivel.
3.- Responda razonadamente a las siguientes cuestiones que hacen
referencia a la figura adjunta:
a.- ¿Cómo se denominan este tipo de gráficas? ¿Cómo se designa la representada aquí? (2
puntos)
SOL. La masa de todos los organismos que constituyen la biocenosis se denomina
biomasa total. Ésta se puede representar gráficamente dividida en los niveles
tróficos y mediante superficies o volúmenes proporcionales a la biomasa de cada
nivel.
Así, estas representaciones se conocen como pirámides
ecológicas o tróficas.
La pirámide representada es una pirámide de
energía, es decir, hace referencia a la energía almacenada en cada nivel,
expresada en kcal/m3año. Cumple la ley del 10% y tienen forma de
auténticas pirámides.
b.- ¿Qué nombre reciben los compartimentos que aparecen en la figura? (1
punto)
SOL. Niveles tróficos.
c.- ¿Por qué hay una fuerte disminución de las kilocalorías/m2/año de
cada compartimento a medida que están más cercanos a la cúspide? (4 puntos)
SOL. La cantidad de energía que fluye en un determinado nivel trófico
disminuye al pasar a un nivel trófico superior. Esto se debe a que no toda la
energía se utiliza en la producción, gran parte se gasta en la respiración.
De manera aproximada se acepta que la energía que
fluye por un nivel trófico determinado viene a ser la décima parte de la que
fluye por el nivel precedente.
d.- ¿Qué otras variables ecológicas se suelen representar en gráficos de
este tipo? Indica una característica que pueden tener estos gráficos y que no
posee la que aparece representada. (3 puntos) SOL.
- Pirámides de biomasa: referidas a la cantidad de materia orgánica acumulada en
cada nivel. Suelen tener también la forma de pirámide pero con diferencias más
acusadas en cada nivel.
- Pirámides de números: referidas al número de individuos de cada nivel.
Frecuentemente presentan formas de pirámides invertidas o formas irregulares;
no son indicativas respecto al trasiego de materia y energía que caracteriza a
un ecosistema.
3.- ¿Qué es la depredación? ¿Por qué la mayoría de los depredadores
tienen un amplio espectro alimentario? Razone la
contestación.
SOL. Es una relación interespecífica en la cual un organismo vivo sirve de alimento a otro.
Luego una población (predadora) se beneficia alimentándose de otra (presa) que
se ve afectada adversamente.
Desempeña
un papel muy importante en las
comunidades ya que controla la evolución de ambas poblaciones. En la predadora
se verán favorecidos aquellos individuos que presentan una mayor eficiencia en
su aprovisionamiento, bien en la captura o en el proceso digestivo. En la presa
se verán favorecidos aquellos que puedan huir más fácilmente de la captura.
En
cuanto al amplio espectro alimenticio, es una forma de que los predadores
aseguren su sustento, sin correr el riesgo de perecer de inanición cuando les
falte una de sus presas, evitando además la sobreexplotación de una de ellas.
2.- En relación con la dinámica de la biosfera responda a las siguientes
cuestiones:
a) Explique el flujo de energía a través
del ecosistema. ¿En qué se diferencia del flujo de la
materia? (6 puntos).
SOL. La energía luminosa captada por los organismos fotosintéticos es
transformada en energía química. Ésta fluye
por los ecosistemas en una sola dirección,
pasando por los diferentes niveles tróficos hasta llegar a los descomponedores.
El flujo de energía es unidireccional: parte de la
energía que llega a un nivel se consume en el proceso respiratorio para
mantener los procesos vitales y se pierde finalmente en forma de calor. Otra
parte es expulsada como residuos al no ser asimilada y otra parte se utiliza
para formar tejidos, es decir, se almacena en la estructura de los organismos. Esta
última es la que podrá ser utilizada por los organismos del siguiente nivel
trófico. Normalmente un nivel trófico sólo utiliza el 10% de la energía que ha
pasado por el nivel trófico anterior.
Al contrario que en ciclo de la energía, en el ciclo
de la materia el flujo es cíclico: la materia se recicla y vuelve a ser
utilizada a su paso por las diferentes etapas. Es decir, se parte de un tipo de
materia y se llega a la misma al final de los procesos de alimentación.
b) ¿De qué factores depende la producción primaria en un ecosistema? (4 puntos).
La
producción primaria depende del grado de fijación de la energía solar mediante
el proceso fotosintético. Por eso cualquier factor que afecte a dicho proceso
actuará como factor limitante de la producción primaria. Estos factores son: la
luz, el agua, la cantidad de nutrientes (nitrógeno, fósforo…), la temperatura y
la concentración de CO2 y O2.
4.- Observe el siguiente diagrama que representa el flujo de energía a lo
largo de una cadena trófica, y en el que las cifras indican kilocalorías/m2
año.
Responda
razonadamente a las siguientes cuestiones:
a)
¿Qué ocurre con
la energía en su paso a lo largo de la cadena trófica?
SOL. De la energía que fluye a través de la
cadena trófica, una parte importante se pierde en la respiración, de forma que
la energía que pasa de un nivel a otro es aproximadamente de un 10% de la
energía acumulada en el nivel anterior (regla del 10%).
b)
¿Qué valores
tienen la producción primaria neta, la producción neta de los herbívoros, la
producción neta de los carnívoros y el gasto energético total debido a la
respiración?
SOL. La producción neta es el resultado de
restar de la producción bruta la respiración.
Pn
de los vegetales: 110 - 24 = 86 kcal/m2 año
Pn
de los herbívoros: 12 - 6 = 6 kcal/m2 año
Pn
de los carnívoros: 2 – 1.2 = 0.8 kcal/m2 año
Gasto
respiratorio total: 24 + 6 + 1.2 = 31.2 kcal/m2 año
c)
Teniendo en cuenta los valores de la
producción neta total y del gasto respiratorio total, indique si el ecosistema
al que pertenece la cadena trófica dibujada ha
alcanzado su madurez, o si todavía se encuentra en fase de desarrollo.
SOL. La madurez se puede deducir restando los
valores que alcanza la producción neta total (86+6+0.8=92.8 kcal/m2 año) del
gasto respiratorio total (31.2 kcal/m2 año).
Como
la producción neta supera el gasto respiratorio se puede afirmar que el
ecosistema está en fase de desarrollo y aún no ha alcanzado la madurez.
d)
¿Qué sucede en una cadena trófica con
cualquier sustancia que no interviene en la
respiración y que se almacena en el tejido corporal sin
excretarse?
SOL. Esta sustancia atravesará la cadena
trófica aumentando su concentración en los tejidos a medida que alcanza niveles
tróficos superiores.
2.- La figura muestra la concentración en partes por millón (ppm) del
contaminante policlorobifenilo (PCB) en cada nivel de una cadena trófica en los
grandes lagos americanos.
a.- Establezca la cadena trófica correspondiente
con las especies del esquema (2 puntos).
SOL. La cadena trófica
sería la siguiente:
Fitoplancton --
Zooplancton -- Eperlano -- Trucha -- Gaviota
b.- Explique por qué los PCBs se acumulan en la
cadena trófica, y cuál es la causa por la que los niveles más altos de
este compuesto se alcanzan en los huevos de la gaviota, tal como muestra la
figura (8 puntos).
SOL.
Los PCB se acumulan
en la cadena trófica porque son sustancias con características químicas de
estabilidad y difícil degradabilidad, por lo que son contaminantes
orgánicos persistentes en el ambiente, con gran probabilidad de que antes de
degradarse, sean ingeridos por los seres vivos.
Además experimentan un proceso
de bioacumulación (concentración más elevada en los organismos que en el
ambiente o en el alimento) o almacenamiento en los tejidos de los organismos (son
solubles en la grasas) ya que no los eliminan por procesos metabólicos.
En relación con el
ejemplo que se presenta en la cadena trófica, las cantidades de PCB acumuladas
por el fitoplancton son concentradas en los cuerpos de los animales que los
consumen. Así, los PCB se van concentrando sucesivamente en cada eslabón de la
cadena trófica.
Este proceso de
incremento de la concentración a través de la cadena trófica se denomina biomagnificación
o bioamplificación. Los huevos de aves, en este caso de la gaviota, tienen
a menudo concentraciones más altas de tóxicos porque están al final de la larga
cadena de alimentación acuática y porque la yema de los huevos es rica en
materia grasa.
3.- Responda a las siguientes cuestiones en relación con el ciclo del carbono:
a) ¿Qué procesos del ciclo del carbono retiran CO2 de la atmósfera y
cuáles lo liberan? (5 puntos).
SOL. Los principales procesos que retiran CO2
de la atmósfera son la fotosíntesis, que forma parte del ciclo biológico, y la
disolución de CO2 en el agua (equilibrio agua-atmósfera).
En cuanto a los procesos que liberan CO2
a la atmósfera podemos destacar la respiración de los seres vivos y la
descomposición de la materia orgánica muerta. También retorna a la atmósfera
por las erupciones volcánicas, debido a la fusión parcial de las rocas
carbonatadas y mediante la combustión de la materia orgánica a causa de los
incendios naturales.
b) Describa brevemente principales actividades humanas que intervienen en
el ciclo del carbono (5 puntos).
SOL. Las intervenciones humanas en el ciclo del carbono
han supuesto un gran incremento del CO2 liberado a la atmósfera: el incremento
del consumo de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) utilizados
en actividades industriales, medios de transporte, calefacciones, etc. se ha
convertido en un medio significativo de reciclar rápidamente carbono
sedimentario.
Por otra parte, la deforestación masiva
reduce considerablemente el elevado potencial de los bosques para capturar CO2
que almacenan en su biomasa. Cuando se destruyen los bosques, mediante la quema
de árboles, se convierten en fuentes de carbono a la atmósfera.
3.- ¿Qué es un ciclo biogeoquímico? Explica el ciclo biogeoquímico del azufre. ¿Qué alteraciones
provocan las actividades humanas en este ciclo?
SOL. Los seres vivos están formados por elementos
químicos, fundamentalmente por oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno que, en
conjunto, suponen más del 95% de peso de los seres vivos. El resto es fósforo,
azufre, calcio, potasio, y un largo etcétera de elementos presentes en
cantidades muy pequeñas, aunque algunos de ellos muy importantes para el
metabolismo.
Estos elementos también se encuentran en la
naturaleza no viva, acumulados en depósitos. Así, en la atmósfera hay O2,
N2 y CO2. En el suelo H2O, nitratos,
fosfatos y otras sales. En las rocas fosfatos, carbonatos, etc.
Pues bien, en los ecosistemas la materia se
utiliza de forma cíclica: se parte de una materia y se llega a la misma al
final de los procesos de alimentación, distribución y transporte de materiales en
los ambientes terrestres, acuáticos y atmosféricos. Todos estos procesos
constituyen un ciclo biogeoquímico.
Ciclo del azufre
El azufre circula a través de la biosfera de la siguiente
manera, por una parte se comprende el paso desde el suelo o bien desde el agua,
si hablamos de un sistema acuático, a las plantas, a los animales y regresa
nuevamente al suelo o al agua.
Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en
la tierra son llevados al mar por los ríos. Este azufre es devuelto a la tierra
por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como
el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de azufre (SO2). Estos penetran en la
atmósfera y vuelven a tierra firme. Generalmente son lavados por las lluvias,
aunque parte del dióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las
plantas desde la atmósfera.
La actividad industrial del hombre está provocando
exceso de emisiones
de gases sulfurosos a la atmósfera y ocasionando problemas como la lluvia ácida.
3.-Responda razonadamente a las siguientes cuestiones relacionadas con
los ciclos biogeoquímicos:
a.-Citar tres compuestos de la atmósfera en los que se encuentra el carbono? ¿Cuál es el compuesto mayoritario. (3 puntos)
SOL. Entre otros, podemos citar el dióxido de
carbono, el monóxido de carbono, el metano, los COV (Compuestos Orgánicos
Volátiles), etc.
El compuesto
mayoritario es el dióxido de carbono, encontrándose en un 0.03% de la
composición del aire.
b.- ¿Por qué el fósforo es el principal factor
limitante en los ecosistemas? (2 puntos)
SOL. Porque el fósforo se encuentra
mayoritariamente inmovilizado en los sedimentos marinos formando parte de la
litosfera. Su proceso de liberación es muy lento por depender del ciclo
geológico.
c.-¿Qué papel desempeñan en el ciclo del nitrógeno
las bacterias nitrificantes y desnitrificantes del suelo. (3 puntos)
SOL. En los suelos, las bacterias nitrificantes
son descomponedores capaces de transformar el amoniaco (NH3) en nitratos
asimilables por las plantas.
Por su parte, las bacterias desnitrificantes
empobrecen el suelo en nitrógeno, y transforman bajo condiciones anaerobias (falta
de oxígeno) los nitratos en nitrógeno, que pasa a la atmósfera.
d.- Indica en qué parte del ciclo del azufre
se genera, por influencia humana, la lluvia ácida. (2 puntos)
SOL. El azufre presente en los combustibles fósiles
es liberado a la atmósfera mediante procesos de combustión en forma de SO2, que experimenta
un proceso de oxidación en el que se forma ácido sulfúrico, que se disuelve en
gotas de lluvia retornando el azufre al suelo por medio de las precipitaciones.
3.- Mencionar los principales depósitos
inorgánicos de Carbono, Nitrógeno, Fósforo y Azufre del planeta a partir
de los cuales se inician los ciclos
biogeoquímicos de estos elementos en los ecosistemas. SOL.
o Depósitos de
carbono: el CO2 presente en la atmósfera y el disuelto en el agua, así como el
carbono contenido en las rocas carbonatadas.
o Depósitos de
nitrógeno: la atmósfera como nitrógeno molecular y el suelo, donde está
principalmente en forma de nitratos.
o Depósitos de
fósforo: los fosfatos inorgánicos que constituyen las rocas, mayoritariamente en
los sedimentos marinos formando parte de la litosfera.
o Depósitos de
azufre: los sulfatos del suelo, mayoritariamente en forma de yeso.
2.- Como resultado de la evolución
de los ecosistemas las comunidades sufren sustituciones a las que se designa
como sucesiones.
a)
¿Qué
tipos de sucesiones existen? SOL.
- Sucesión primaria: se
produce cuando los seres vivos colonizan una zona previamente despoblada.
Ejemplo, en una isla volcánica.
- Sucesión secundaria: se
produce en ecosistemas ya existentes cuando sus principales especies
desaparecen y son reemplazadas por otras nuevas, constituyéndose una biocenosis
total o parcialmente diferente a la existente con anterioridad.
b)
¿Cuáles
son las principales causas de las sucesiones?
SOL. Las principales causas son cambio en las
condiciones:
- Climáticas:
cambios bruscos en los regímenes de temperatura y precipitaciones, por ejemplo,
que aumentan la erosión de los suelos.
- Edáficas:
destrucción del suelo por ejemplo como consecuencia de la sobreexplotación de
éste por el ser humano., cambio en la composición de los suelos, etc.
- Alteraciones antropocéntricas:
por sobreexplotación, incendios forestales, mal uso de la ordenación del
territorio, salinización, contaminación de suelos, etc.
c)
¿A
qué se denomina etapa clímax?
SOL. En una sucesión, las poblaciones que
habitan el biotopo van siendo sustituidas progresivamente por otras, hasta que
la biocenosis alcanza una composición en equilibrio estable con su ambiente.
Esta biocenosis final, que tiende a ser estable, se dice que ha alcanzado el
clímax.
En
resumen, la etapa clímax representa el estado de mayor complejidad o máxima
madurez de un ecosistema en equilibrio con el medio. La biocenosis en estado de
clímax sólo podrá ser desplazada cuando se produzcan cambios muy radicales.
d)
¿Qué
incidencia tienen las explotaciones
agrícolas sobre las sucesiones?
SOL. Desde el punto de vista de la sucesión,
las explotaciones agrícolas pueden suponer una regresión que favorece la
presencia de especies pioneras.
No
obstante también puede suponer la desaparición de determinadas especies, que
son reemplazadas por otras más competitivas u oportunistas. Si estas especies
son endémicas del ecosistema en sucesión, es decir, no tienen representantes en
otras zonas terrestres, se extinguen, con lo cual hay una pérdida de la
diversidad biológica.
3.- En relación con la sucesión ecológica,
responda si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones y razone
brevemente las respuestas (2 puntos por cada respuesta correcta y razonada)
a.- La diversidad de especies disminuye a medida que avanza la sucesión
debido a que la competencia interespecífica reduce la cantidad de nichos
ecológicos.
SOL. Falso. La diversidad de especies aumenta progresivamente, lo
que se traduce en un aumento de los nichos ecológicos.
b.- La biomasa aumenta progresivamente hasta alcanzar la comunidad
clímax, en la que se estabiliza.
SOL. Verdadero. En una sucesión, las poblaciones que
habitan el biotopo van siendo sustituidas progresivamente por otras, hasta que
la biocenosis alcanza una composición en equilibrio estable con su ambiente.
Esta biocenosis final, que tiende a ser estable, se dice que ha alcanzado el
clímax.
c.- El número de niveles tróficos y la complejidad de las relaciones
tróficas se mantiene a lo largo de la sucesión.
SOL. Falso. Al aumentar la diversidad con el número de niveles
tróficos aumenta la complejidad de las relaciones tróficas.
d.- La tasa fotosintética siempre es superior a la respiración,
especialmente en la última etapa de la sucesión.
SOL. Falso. Al avanzar la sucesión hay una tendencia a la
estabilidad metabólica; en los ecosistemas maduros la tasa de fotosíntesis se
iguala a la de la respiración.
e.- A medida que avanza la sucesión se producen cambios secuenciales
cíclicos en los que se recuperan especies que fueron sustituidas en etapas
anteriores.
SOL. Verdadero. Esto ocurre en ocasiones cuando hay una regresión en el ecosistema. Ésta consiste
en la destrucción irregular o al azar de algunos elementos de su estructura. Si
la destrucción es local, existen en la periferia del área todos los elementos
necesarios para que, al punto que deja de actuar el agente perturbador, la
sucesión se reanude con gran rapidez. De este modo puede que se recuperen
especies que fueron sustituidas en etapas anteriores.
