BLOC III: Comunitats, pertorbacions i canvi global (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura ecologia de comunitats i ecosistemes
Año del apunte 2017
Páginas 10
Fecha de subida 11/09/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Tema 5: Descripció de les comunitats Una comunitat és un conjunt de poblacions de diferents espècies que es troben juntes en un mateix espai i temps. Una comunitat té una estructura i una dinàmica pròpia. Hi ha una relació entre la seva estructura i la funció, on té un punt clau la biodiversitat.
Hi ha dos tipus d’elements que formen les comunitats, els tipus biològics, que serien l’agregació de espècies que formen comunitats similars; i els nivells taxonòmics. Els biomes es poden definir a partir dels tipus biològics. És molt important descriure en quina escala s’està tractant una comunitat ja que té moltes implicacions ja que no és el mateix tractar una sola espècie (taca) que un bioma.
Composició d’espècies de la comunitat Com que l’estudi d’espècies en comunitats és molt complexa es fan agrupacions. La taxocenosi és un conjunt de poblacions a un nivell taxonòmic concret. L’associació és el conjunt de poblacions determinades per la localització en un habitat. La biocenosi és un conjunt d’associacions que viuen en una regió tancada, pel que fa al reciclat de la matèria.
Els ecotons són els llocs on dues comunitats es troben. Aquesta definició té sentit si es considera que les comunitats evolucionen de manera conjunta (visió holística); però no si es considera que cada espècie té la seva distribució en funció d’acord als seus requeriments (visió individualista).
Per tant la concepció holística preveu comunitats estables i canvis sobtats i la visió individualista prediu canvis graduals en la composició específica de la comunitat. Al analitzar la ultima glaciació es va comprovar que els canvis eren graduals i no sobtats. Per tant les comunitats s’han originat a partir de filtres evolutius, d’habitats de climes i les seves interaccions; per tant l’origen de la variabilitat de les comunitats és degut als diferents filtres i les circumstàncies locals de cadascuna.
Analisi de la diversitat La riquesa específica (S) és el nombre d’espècies que viuen juntes en una àrea geogràfica determinada, i la riquesa numèrica és el nombre d’espècies relativa a l’abundància total. La diversitat ecològica contempla l’abundància relativa de les espècies. Tota aquesta informació es pot processar en diferents índex però sobretot es fa servir l’índex de Shannon-Wiener, que és la suma de la proporció relativa de cada espècie multiplicat per logaritme de base 2 de p. Ens permet mesurar la incertesa de predir quan ser la propera espècie trobada en la mostra. (Veure imatge pagina anterior) La diversitat segueix gradients i factors ambientals, i per qualsevol factor es troba un òptim, per exemple a més temperatura o més acidesa del medi menys diversitat. A la vegada no hem de caure en el parany de creure que un ecosistema més productiu o amb més nutrients té una bio-diversitat alta, ja que es poden eliminar factors limitants que contribueixen a mantenir aquesta biodiversitat.
Hi ha tres distribucions rang-abundància que permeten veure la diversitat d’una comunitat. La broken-stick, si les espècies presenten abundàncies equitatives; la log-normal, si les comunitats tenen moltes espècies i la majoria amb abundàncies moderades; i les series geomètriques, que tenen algunes espècies dominants.
S’ha vist que un ecosistema més heterogeni és més complex ja que es generen més espais diferents que contribueixen a l’aparició de diferents nínxols i per tant poder-hi tenir més espècies, augmentant la diversitat. Per tant una diversitat elevada implica una diversificació dels nínxols. Si aquests no estan solapats, la diversitat està limitada per els nutrients, en canvi si es solapen es produeixen interaccions entre comunitats augmentat els valors de riquesa. Si seguim aquests raonaments les comunitats més diverses tenen més espècies perquè tenen amplituds de nínxol menors o amb més solapament.
Tipus de diversitat Podem distingir tres tipus de diversitat. La diversitat geogràfica o de pai satge és la diversitat gamma i és per sobre de la comunitat. La diversitat de la comunitat dins dels habitats obtenint mostres locals és la diversitat alfa, que és equivalent a la gamma però a escales diferents. La diversitat beta analitza la diversitat entre habitats diferents, per tant ha de tenir una heterogeneïtat espacial.
Diversitat beta Podem definir la diversitat beta de dues maneres, en funció del model que utilitzem depenent de l’estudi.
El model de turnover o reemplaçament d’espècies al llarg d’un gradient, tracta de definir la diversitat comparant les mostres entre elles. L’altra manera més mesurar la diversitat beta a partir del canvi de l’estructura de la comunitat. En ambdós casos ens permet veure com d’heterogènia és una àrea.
Saturació en espècies de les comunitats Les comunitats estaran saturades si tots els nínxols estan ocupats com a conseqüència d’una competència molt alta. S’ha vist que per més diversitat regional que es tingui hi ha un límit per la diversitat local, tot i que no hi ha evidències de saturació local, cosa que implica que la diversitat local no està controlada per la competència i que la comunitat no està tancada a l’arribada d’espècies noves.
Tema 6: Estructura de les comunitats Les espècies es relacionen de manera diferent entre ells donant lloc a xarxes d’interacció que es poden classificar en tròfiques o de competència. En canvi tenim les xarxes mutualistes que permeten un benefici entre els dos implicats.
Interaccions de competència La interacció de competència entre dues espècies pot derivar en la coexistència de les dues o l’extinció d’una d’elles, i això depèn de les característiques poblacionals de cada espècie i de l’eficiència en l’ús d’un recurs. El principi d’exclusió competitiva suposa que si dues espècies tenen els mateixos requeriments i comparteixen un ambient homogeni, una desplaçarà a l’altra.
S’ha vist que un ús diferencial d’un recurs amb petites pertorbacions permeten la coexistència de diverses espècies (cas del fitoplàcton de Eco-Evo).
Interaccions tròfiques A cada ecosistema hi ha diferents grups tròfics anomenats gremis, que es mantenen amb una certa estabilitat i porten a la reestructuració de la comunitat, no tant per ser les mateixes especies però si per els mateixos gremis. A cada comunitat es produeix un flux d’espècies segons l’ambient i l’historia. Les diferents espècies d’animals i plantes separades geogràficament però amb climes semblants presenten gran similitud en la seva fisiognomia i estructura tròfica.
Xarxes tròfiques Són vies d’intercanvi de matèria i energia del ecosistema. Una xarxa tròfica resumeix les relacions tròfiques entre les espècies d’una comunitat i són indicadors de la complexitat del ecosistema.
Elements i estructura Distingim tres posicions tròfiques bàsiques. Els productors primaris que tenen una posició de base; els herbívors i carnívors primaris, que tenen una posició intermèdia i els depredadors superiors que no són menjats per ningú.
A la vegada trobem dos tipus d’elements que són els nodes (espècies o grups tròfics) i les connexions que reflecteixen les relacions entre nodes.
Complexitat de la xarxa Podem definir la complexitat de la xarxa amb els següents paràmetres. La connectància és la relació entre l’estructura i la funcionalitat tròfica i es calcula a partir de les connexions reals (L) entre les connexions possibles. Una connectància alta implica que moltes espècies tenen una dieta generalista.
La densitat de connexió indica amb quantes espècies de mitja està connectada una espècie, per tant és la connexió reals entre la diversitat d’espècies. La longitud és el nombre mig de nivells entre espècie base i espècie superior.
El que se sap es que al augmentar la S disminueix la C, per tant a més complexes són les xarxes tròfiques més inestables. La connectància en sistemes estables tendeix a ser constant. Si hi ha una major entrada d’energia les longituds de les cadenes tròfiques poden ser més llargues però seran més inestables.
Nivell tròfic de les espècies L’omnivorisme consisteix en l’alimentació en mes d’un nivell tròfic, i pot ser variable segons el cicle vital. Per calcular el nivell tròfic d’una espècie escollim totes les xarxes tròfiques on apareix i mirem on està col·locada.
Regularitats en l’estructura tròfica La connectància disminueix en augmentar S. Per a un mateix nombre d’espècies la connectància és més gran els sistemes estables, i és mínima quan s’especialitzen les relacions tròfiques i màxima amb molta competència.
Normalment predominen els valors intermedis, és a dir comunitats amb poques espècies i connectància elevades. La longitud de les xarxes tròfiques està limitada per la quantitat d’energia disponible en els sistema, i s’ha vist que amb una diversitat màxima es tendeix a tenir una connectància del 10%, cosa que limitava la longitud màxima de la cadena a 5, i això és degut a un problema energètic.
Estructura tròfica de les comunitats Es poden trobar cicle si bucles, i poden estar compartimentades fent subun itats. Dins d’una xarxa poden haver-hi espècies que s’interrelacionen entre elles molt més que amb altres fent subxarxes. La topologia de la comunitat és una representació gràfica de les xarxes tròfiques, i s’ha vist que hi ha subgrups de connectivitat interna, i s’ha vist que hi ha especies clau que ho són per la seva posició tròfica o per altres factors. Quan s’eliminen espècies molt connectades la taxa d’extinció és major que si s’eliminen espècies amb menys relació que la resta.
Tema 7: Pertorbacions i resiliència Una pertorbació és una acció exercida sobre un sistema que determina la seva simplificació estructural i funcional. Sol ser un procés ràpid i pot ser causat de manera biòtica (epidèmies, humans, bloom d’insectes,...) o abiòtiques (foc, sequeres, vent,...). La successió secundària s’associa a un procés de reorganització d’aquest ecosistema pertorbat.
Tipus de pertorbacions Podem classificar una pertorbació en funció de l’origen d’aquesta en relació al ecosistema pertorbat, en endògenes o exògenes.
El regim de pertorbacions és el patró espaciotemporal de la incidència de pertorbacions en un ecosistema o una àrea geogràfica determinada i es poden caracteritzar per tots els paràmetres descrits en la imatge.
A més em de considerar espècies sinèrgics entre pertobacions, ja que hi ha pertobacions que no van soles. S’ha vist que les pertobacions més freqüents tenen menys energia associades i aquestes són les que els éssers vius s’han adaptat i les poden anticipar, peor les que tenen més energia no.
Pertorbacions i estructura de les comunitats Les pertorbacions afecten a la riquesa d’espècies en funció del tipus de pertorbació i de comunitat. La hipòtesi de la pertorbació intermèdia suggereix que hi ha un punt òptim entre la intensitat de la pertorbació i la riquesa d’espècies.
La resiliència és la capacitat d’un ecosistema a recuperar la seva estructura i funció després d’una pertorbació o estrès. La pèrdua de resiliència en la proximitat al llindar al que el sistema es desplaça d’un estat estable d’equilibri a un estat diferent s’entén a partir dels camps d’estabilitat. El pendent de la gràfic indica com de ràpid torna el sistema al equilibri, per tant un sistema amb alta resiliència torna a l’estat inicial i difícilment es desplaça cap a un nou estat. Per passar a estats estables alternatius hi ha dues maneres. Si els sistema és a la branca superior, un petit canvi d’increment de les condicions pot portar-lo més enllà de la bifurcació i induir un desplaçament catastròfic cap a l’altre estat estable. E desplaçament de retorn només es possible si les condicions es reverteixen i potser que costi més energia tornar al estat inicial (histèresi). L’altra manera es que una pertorbació indueix un el desplaçament cap l’estat d’equilibri alternatiu. Les condicions afectes a resiliència, i si el sistema es troba en un punt proper a un canvi d’estat serà fàcil que qualsevol pertorbació el canviï.
Els ecosistemes poden seguir una seqüència predictible de patrons espacials d’autoorganització a mesura que s’aproxima a una transició crítica. Les senyals d’avís de canvi crític d’estat en una sèrie temporal condueix lentament a una bifurcació d’un canvi d’estat.
Tema 8: Successió ecològica Una successió ecològica és un conjunt de canvis en els ecosistemes al llarg del temps quan aquest transcorre en el seu ritme natural. Podem distingir diferents tipus de successió ecològica, per la seva escala, l’origen de la matèria orgànica i si l’espai és nou o un ambient que ja havia tingut organismes.
Successió primària Es la colonització d’un espai nou. Al llarg d0aquesta successió es donen modificacions importants en el sòl, fent-lo més profund i acidificant-lo, ja que la roca mare, és bàsica. A la vegada s’observa un augment de la biomassa morta al llarg de la successió. En funció de les característiques del sòl es donarà un o altre ecosistema.
En el cas d’una glacera retirada, primer és colonitzada per líquens i després plantes herbàcies. Al cap d’uns 30 anys apareixen els primers arbres de fulla caduca (Alnus sp.) i fins els 125 anys després no es troben els primers avets i en aquest cas fins els 200 anys després no es troben les Tsuga, l’arbre dominant del sistema.
Successió secundària Aquesta successió pot ser asimètrica en el temps, és a dir, que la regresió sigui de molt poc temps i la successió sigui molt llarga. Un cas típic és el dels incendis, que depen de la intensitat d’aquests. Aquesta successió, però no assegura una restitució de les espècies que hi havia abans de la pertobació. Les pinedes mixtes de pinassa i pi blanc desprès d’un incendi estival només donaran lloc a pinedes de pi blanc ja que les seves llavors s’obren amb l’escalfor i poden sobreviure al foc. A la vegada, els roures i les alzines trigen més a crèixer que els pins, però poc a poc poden anar conquerint espai, ja que fan més ombra i impedeixen la germiació de les l lavors del pi. Els que tenen més probabilitats de sobreviure són els bons germinadors i rebrotadors.
Mecanismes de la successió Quan s’inicia una successió hi ha diversos punts a tenir en compte, per tal d’estudiar-les cal pensar que una successió primària serà diferent que una secundària. L’arribada d’espècies és un punt clau, les al·lòctones són importants en les succeccions primàries, i les autòctones en les secundàries.
A la vegada cal tenir en compte la interacció entre espècies. El model de facilitació diu que les espècies pioneres fan possible l’assentament de les espècies posteriors, ja que permeten el seu establiment, tot i que provoca l’extinció de les primeres colonitzadores. El model d’inhibició defensa la idea contrària, que les espècies pioneres impedeixen l’establiment d’espècies posteriors. El model de tolerància indica que no hi ha una jerarquia, que qualsevol espècie pot generar la successió. Finalment el model de l’atzar defensa que les espècies no segueixen un patró direccional.
S’ha vist que hi ha fases on guanya importancia l’atzar i d’altres on no hi té tanta importància, però que cada succecció presenta peculiaritats diferents i per tant cada succecció és irrepetible exactament. Per tant els patrons no són exactes pero si que són mé s o menys regualrs. De tal manera que es pot afirmar que les primeres espècies són de cicle de vida curt, amb una taxa de creixement rapida, biomassa petita, autotròfica i producció elevada, tot el contrari que les finals.
Estratègia de la R i de la K.
Els estadis inicials tenen una diversitat i una complexitat baixa, i en el cas d’una successió primària, l’heterogeneïtat de l’habitat serà mot més baixa i a mesura que es va colonitzant augmenta la complexitat. Com a resum, veure la taula de sota.
S’ha vist que les pertobacions retornen la successió a estadis més immadurs, i en alguns casos els sistemes s’han adaptat i mai arriben a la màxima diversitat de les zones estables com serien els boscos de zones temperades. Cal tenir en compte que la successió es dóna en el marc de l’evolució i es tendeix a una radiació adaptativa, fins que s’arriben a ocupar tots els nínxols del nou sistema i s’arriba a un període d’estabilitat (periode d’estasi).
Tema 9: Canvi global dels fluxos dels cicles biogeoquímics i humans Efecte dels humans La població humana ha crescut de manera exponencial durant els darrers 100 anys hi ha provocat augment de moltes substàncies com gasos d’efecte hivernacle, fertilitzants, temperatura, sobre explotació de recursos naturals, etc...
Aquest augment de població es degut a una disminució de la mortalitat, especialment de la infantil i un augment de la esperança de vida. Aquest gran crei xement ha provocat un augment de la població urbana, cosa que provoca una necessitat d’energia i producció més gran. Tot i una sèrie de revolucions a la producció ha augmentat el rendiment, la despesa energètica humana creix més que el rendiment, de tal manera que es necessita més energia cada cop.
La revolució verda va permetre un augment de 10 vegades en la producció agrícola, provocant que el terreny pel cultiu agrícola sigui el 25% de la superfície terrestre. Una de les polèmiques d’avui dia sobre els residus agrícoles és l’ús de biocombustibles, ja que si bé no contaminen tant, no són tant eficients i també tenen impacte ambiental.
La petjada ecològica s’entén per l’impacte de l’activitat humana el medi mitjançant un valor de superfície, expressant les hectàrees de terreny que es necessari per obtenir l’energia per fer un procés. S’ha vist que hi ha una relació entre l’índex de desenvolupament humà i el consum d’energia primària.
L’activitat humana està basada en l’energia exosomàtica, sobretot extreta de la combustió de combustibles fòssils. A Aquesta producció d’energia hi va associat un canvi en l ’ús de la terra per la construcció d’infraestructures. Si explotem els dos grans reservoris de CO2, el mar i els boscos, disminuïm la seva capacitat d’absorció.
Cicles de matèria global Els cicles de matèria són fluxos de matèria entre diferents compartiments biogeoquímics. Per poder caracteritzar un cicle cal tenir clars els compartiments o reservoris, la seva grandària, els processos implicats en l’intercanvi de matèria entre compartiments i els fluxos d’intercanvi. Alguns descriptors bàsics són el temps mig de residència i la taxa de renovació.
Cicle global del carboni En cicle del carboni inclou un cicle curt i un cicle llarg que s’interrelacionen, però degut a que aquest cicle llarg triga milions d’anys en completar-se no té sentit ecològic analitzar-lo, ja que el seu impacte és molt petit en comparació al cicle curt. Des de fa uns 50 anys que la sèrie de Keeling constata l’augment de la concertació de CO2 atmosfèric. El problema en si, no és la concentració de CO2 actual, sinó amb la velocitat que aquesta augmenta, ja que no es dóna temps als ésser vius a adaptar-s’hi. A més, les oscil·lacions constants de la sèrie de Keeling, demostren que els nivells de CO2 varien de forma constant al llarg del any i de manera contínua. Es creu que són degudes a la fotosíntesi i la respiració de les grans masses forestals, ja que no es compensa la massa forestal del hemisferi sud amb la del hemisferi nord, que arriba a ser igual de productiva que l’amazònica durant una època del any.
El gran compartiment del CO2 son els oceans ja que solubilitzen el CO2 en forma de carbonats.
S’observa que ens latituds altes es dona una dissolució de CO2 i enfonsament de les masses d’aigua profundes i en latitud baixes es dona un aflorament de les aigües profundes i una desgasificació. El que semblaria molt difícil es variar el pH del mar amb els tampons que té i la quantitat d’aigua que concentra, però sembla que els oceans estan captant molt CO2 i s’estan acidificant. Aquest fet afecta de manera perjudica als éssers vius, ja que molts tenen esquelets de carbonats, que són sensibles als pH àcids i els podria afectar.
A la vegada hem de tenir en compte que els éssers vius marins processant part d’aquest CO2 a carboni orgànic en el que es coneix com a bomba biològica. Cada cop s’està acotant més per trobar la gigatona perduda que no surt als fluxos del cicle del carboni. En l’actualitat s’està integrant als models globals del carboni, les aigües continentals ja que tenen un efecte més intens del que es creia ja que contribueixen en l’emissió de 3 gigatones de carboni ambiental, ja que gran part de la matèria orgànica produïda en el continent es transportada fins el s oceans pel riu i mentrestant és degradada.
...

Tags:
Comprar Previsualizar