T2. RESPOSTA ORGANISMES FACTORS AMBIENTALS (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 2º curso
Asignatura Ecologia
Año del apunte 2015
Páginas 11
Fecha de subida 07/04/2015
Descargas 6

Descripción

Resposta dels organismes als factors ambientals

Vista previa del texto

TEMA 2. RESPOSTA DELS ORGANISMES ALS FACTORS AMBIENTALS Conceptes: – Medi: concepte antic de l'ecologia, referent a l'estat de la matèria immediata i a les seves condicions generals.
– Ambient: conjunt de variables o factos (abiòtics i biòtics) que defineixen unes condicions concretes – Hàbitat: lloc físic que reuneix unes determinades condicions ambientals favorables per a una espècie.
– Àrea de distribució: àmbit geogràfic on es localitzen els hàbitats ocupats per una espècie.
Patrons en la distribució i abundància de les espècies: Inicialment, per descriure les distribucions de les espècies, s'utilitzaven mapes de prèsencia o absència. A una escala geogràfica més àmplia aquests mapes es representen amb zones ombrejades on es troba l'espècie. Aquest mapa de la image presenta estades de dos períodes i així pots comparar com ha canviat la distribució de les espècies. La idea és que els organismes al llarg de la seva àrea de distribució presenten patrons com el del següent mapa.
A mesura que ens allunyem de les condicions òptimes de l'abundància disminueix i les poblacions són mes rares. Avui s'utilitzen mètodes que són sistemes que permeten extreure informació de diferents variables i superposarles en un determinat territori.
Fitness vs condicions ambientals: Els llocs on les poblacions es troben en una densitat més gran és on els individus presenten una fitness més elevada. Això es pot observar en la següent gràfica.
Representació gràfica generalitzada del mode en que el rendiment d'una espècie està relacionat amb la intensitat d'una condició ambiental. L'estreta franja per sobre de la qual es pot produir la reproducció (R-R) sol determinar on és possible l'existència continuada de l'espècie, tot i que algunes plantes poden persistir, de manera aparentment indefinida, només amb creixement vegetatiu.
Variables que determinen la distribució d'una espècie: 1. Biòtiques: físiques (temperatura, humitat, radiació); químiques (pH, [CO2]); geològiques.
2. Abiòtiques: abundància o riquesa de depresadors, preses, mascles, femelles, etc.
3. Continues: defineixen rangs i límits de tolerància.
4. Discretes: sovint agreguen diverses varaibles (solell/obaga). Poden ser ordinals, com per exemple, una ordenació lògica (1=gran, 2=mitjà, 3=petit); o bé nominals, sense ordenació (1=solell, 2=obaga).
Per estudiar aquestes variables s'utilitzen estudis correlatius, on la freqüència o abundància d'un organisme (Y) es pot entendre com la resultant d'una sèrie de variables i factors (x1).
Aquests mètodes permeten establir les relacions amb cadascuna de les varaibles independents i expressar l'abundància de l'espècie en funció de les “X”. Aquest tipus d'expressió funciona a partir de tota l'obtenció de les dades i ens permet extrapolar el que es pot trobar a altres parts del territori, on no tenim mesura de tals variables.
L'ambient és el conjunt de variables o factors que defineixen unes condicions concretes. L'hàbitat és el lloc físic on trobem un ambient favorable.
Condicions i recursos: Factors biòtics o abiòtics que determinen o limiten la presència, abundància o funcionament dels organismes.
– Condicions: característiques físico-químiques del medi, no consumides pels organismes (encara que puguin ser modificades, a vegades de manera substancial). Ex: temperatura, pH o salinitat.
– Recursos: elements del medi, consumits pels organismes per tal que puguin dur a terme les activitats relacionades amb el creixement i la reproducció. Ex: radiació, aigua, [CO2], etc.
Els recursos poden ser limitats i haver competència per aconseguir-los Respostes dels organismes a condicions i recursos: • Morfològiques: Mida, forma i disposició de tot el cos i les seves parts. Ex: canvis esacionals en la coloració del plomatge de la perdiu blanca per reduir la predació. Aquesta perdiu presenta un aspecte diferent depenent de l'estació, així doncs, a l'hiver presenta una coloració blanca, ja que l'hàbitat on viu està completament nevat.
• Fisiològiques: Canvis en el metabolismes. Corbes de resposta-intensitat, respostes mesurades amb variables quantitatives (densitat, mida, taxa metabòlica, etc.) o qualitatives.
• Comportaments: migracions, ritmes d'activitat, selecció d'hàbitat.
Pel que fa a les respostes fisiològiques i de comportament: 1. Resposta de saturació: quantitas creixents d'un factor determinen un augment de la resposta fins arribar a una asímptota. Ex: ens interessa veure com es veu afectada la taxa fotosintètica en funció de la llum. A mesura que augmenta la intensitat del recurs, la resposta augmenta molt ràpidament, a partir d'un cert moment, encara que augmentem aquesta intensitat, l'activitat fotosintètica es manté constant.
2. Resposta òptima (unimodal): p e t i t s increments en un factor tenen un efecte positiu fins un punt d'inflexió, en el qual canvia cap a negatiu. La variable que mesurem (variable de comportament) presenta el màxim en un valor concret del recurs. Un exemple pot ser la velocitat de natació. Les respostes poden ser més complexes a causa del fenomen de l'aclimatació.
3. Resposta sigmoidea: la resposta no es dóna fins una certa quantitat del factor. Després s'intensifica progressivament fins arribar a una asímptota. Ex: número de siricidos en funció de la quantitat de preses. Fins que no s'assoleix una densitat mínima no hi ha resposta. En un rang tant baix de preses aquest insecte no presenta cap resposta.
Quan augmenta el nombre de preses aquest insecte s'alimenta de més preses fi n s q u e a r ri b a u n m o m e n t q u e s'estabilitza i per moltes més que hi hagi no menjarà més.
4. Resposta lineal: la resposta varia proporcionalment a la intensitat de la condició. Així per exemple, volem mesurar el metabolisme en funció de la temperatura. Com més fred fa, més augmenta el metabolisme basal per tal que els organismes puguin mantenir-se a una temperatura estable. Les respostes poden ser més complexes a causa del fenomen de l'aclimatació, com succeeix amb els ocells, els quals a l'hivern estan climatats i no necessiten arribar a la mateixa temperatura que tenen a l'estiu.
Factors ambientals i distribució. Canvis en l'espectre lumínic i adaptacions dels organismes: Gràcies a la radiació solar es poden dur a terme els processos fotosintètics. To i que arriba una gran radiació a la Terra de forma constant, la fotosíntesi com a tal és un fenomen molt poc eficient, ja que només 1% de la radiació que arriba es pot aprofitar per les plantes. Hi ha una pèrdua molt important d'aquesta radiació perquè és reflectida i absorbida per l'atmosfera (50%). A més, les plantes només poden utilitzar una longitud d'ona determinada dins del rang de la llum visible. Això genera una competència i escassetat de recursos anomenat atenuació de la irradiància. Si tenim un bosc dens i suposem que arriba un 100%, al terra del bosc només hi arriba un 2%. Si el bosc és meny dens com una pineda, la quantitat que arriba al sòl és més alta, un 30%. En els conreus més densos, a la zona de la terra passa el mateix que amb un bosc dens. En el mar, per sota dels 100m, ja no hi arriba llum. Les plantes tenen molta dificultat per fer la fotosíntesi. A les aigües tropicals, les quals tenen molts nutrients que estan flotant o en suspensió costa més que travessi la llum.
Podem valorar l'activitat fotosintètica, la fiaxció de CO2 en relació a la intensiat de la llum. Arriben a una estabilitat que no augmenta per molt que augmenti la intensitat. Es poden veure diferències segons les espècies depenent si estan acostumades a viure en llocs ombrívols o no. Així doncs, les que sí ho estan, es saturen molt ràpidament mentre que les que viuen a llocs assolejats, poden arribar a un rang superior abans de saturar-se. A les primeres, no els interessa mantenir un aparell metabòlicament costós per tal de poder rebre més llum perquè estan acostumades a no obtenir-ne gaire. Les plantes C4, tenen una gran eficiència a l'ús de l'aigua en el sistema fotosintètic.
En el medi aquàtic, es duu a terme la fotosíntesis gràcies a la clorofil·la a i b (rang blau i vermell).
Hi ha algues que tenen altres tipus de clorofil·les que els hi proporciona la capacitat de poder utilitzar la llum en uns rangs diferents a les plantes normals i que aquestes no poden captar, això afavoreix la distribució de les espècies.
Respostes a la temperatura: Intercanvi de calor d'un organisme amb el medi. Són de 5 tipus bàsics: radiació, convecció i conducció, calor latent i metabolsime. Cadascun d'aquests fluxes d'energia amb el medi es poden quantificar amb unes fòrmules.
– L a radiació és la calor que canvia l'organisme amb el medi per radiació solar directe, energia d'ona curta, (o bé reflectida per inflarrojos) així com intercanvi que fa amb el medi per diferències de temperatura. La diferència de temperatura del cos de l'organismes i de l'ambient determina si aquesta radiació s'emet o es rep. Així doncs, qualsevol cos que estigui per sobre del 0 absolut emet energia.
– La conducció és l'escalfament o refredament per contacte amb una superfície més calenta o més freda.
– La convecció és el moviment d'un fluid al voltant d'un individu en el que hi ha un moviment de fluid al voltant del individu i que té unes condicions diferents a aquest.
– El calor latent és la diferència de calor per l'evaporació de l'aigua (transpiració o suor).
– L'energia metabòlica és l'energia que produeix el propi organisme.
Si ajuntem totes aquestes respostes a temperatura s'obté una diferència de temperatura respecte la temperatura del medi. Si les variables són normals, obtindríem 0 (un organisme en equilibri amb el medi, guanys de calor = pèrdues de calor). Les unitats són els Watts (J/s). Tots els termes estan multiplicats per A, que és la superfície de l'organisme; en canvi, l'energia metabòlica depèn de la massa de l'organisme. Els fluxes de calor que faríen augmentar la temperatura de l'organisme porten un signe negatiu, per contra els que surten de l'organisme porten un signe positiu.
• Relació entre taxa metabòlica i massa corporal: L'energia metabòlica depèn d'una constant C, que seàr grans grups d'organismes, multiplicat per la massa elevada a 3/4, és l'anomenada llei de Kleiber o dels 3/4. Aquesta llei relaciona la taxa metabòlica amb la massa corporal. És una relació holomètrica ja que la variable depenent està elevada a un nombre ≠ 1. Si representem la massa en escala logarítmica i la taxa metabòlica s'observen relacions lineals amb pendent 3/4. Les rectes presenten diferents alçades segons el grup d'animals, depenent de la C. Així doncs, com més gran és un organisme, més producció metabòlica presenta. Si comparem organismes de la mateixa massa però un és endoterm i un poiquiloterm, produirà més energia l'endoterm.
• Regla de Bergmann: Existeix una tendència a què la mida corporal en les poblacions d'una espècie augmenti amb la latitud. Un augment de la mida significa una menor relació superfície/volum i una millor capacitat per regular la temperatura. Així doncs, si es viu en un clima més fred presenta una mida més grossa, en canvi, si es viu en un clima més temperat, la mida és més petita, ja que com més gran és un organisme, més petita és la relació superfície/volum.
• Regla d'Allen: La mida relativa de les porcions del cos que sobresurten és menor en un clima més fred degut a l'aparició d'alometries en gradients espacials (latitudinals, altitudinals) o temporals. D'aquesta forma es pot minimitzar la despesa de calor (radiació). A les zones fredes interessa tenir uns apèndix petits per minimitzar les pèrdues, en canvi en zones càlides interessa tenir els apèndix grans, per tal que siguin un mecanisme de refrigeració.
Dos grans síndromes adaptatius als canvis de temperatura: En funció de les estratègies adaptatives a la temperatura trobem: – Ectoterms o poiquiloterms: organismes amb una temperatura directament relacionada amb la de l'ambient immediat. Presenta una alta capacitat d'adaptació a ambients tèrmicament extrems, però a un cost elevat.
– Endoderms o homeoterms: organismes capaços de regular la seva temperatura mitjançant estructures (pèls, greix) o la producció de calor (metabolisme). Presenten una baixa adaptació a l'ambient, però a un baix cost.
Ambdues estratègies conviuen en la biosfera sense un guanyador clar. Les regles anteriors estan referides a organismes ectoterms.
Influència de temperatura: • Ectoterms: En funció de la temperatura ambient les exigències metabòliques poden ser diferents, ja que moltes reaccions químiques depenen de la temperatura i per tant, el metabolisme es veurà afectat. Així per exemple, el ritme de desenvolupament d'un insecte entre els 16 i 35ºC és més o menys lineal. Per contra, si superem aquest llindar (per sota o per sobre), el desenvolupament es veu alterat, on gràficament seria asimptòtic.
Per a que això passi, els individus han de conservar una quantitat mínima d'energia, molt relacionat amb els ºC/dia, el qual es defineix com la quantitat d'energia que acumula un individu en un dia quan la temperatura promig del dia supera en 1ºC el llindar mínim de desenvolupament. Aquest terme té moltes aplicacions en agricultura aplicada, podent predir en quin moment un organisme esdevindrà adult o canviarà de muda, etc. El canvi climàtic, en altituds septentrionals, ha fet variar aquestes emergències, ja que es tarda menys adquirir la temperatura.
Que depenguin de la temperatura externa, no implica que no tinguin mecanismes per regular la temperatura.
• Endoterms: Un esquirol generalment es troba en una temperatura de 40ºC, en un rang d'entre 3-40ºC. Això és degut a la producció metabòlica, a mesura que la temperatura baixa, la producció metabòlica puja per suplir aquesta pèrdua. Entre b i c, és la zona tèrmicament neutra, on la producció metabòlica és mínima per tal de mantenir la temperatura. A mesura que la temperatura disminueix, ha d'anar augmentant la producció fins arribar al punt a (3ºC), on la temperatura corporal disminueix, fins que podria arribar a la mort.
Superats els 36ºC aproximadament, la temperatura del cos augmentaria i la producció de calor disminuiria, fins al punt de la mort.
Temperatura i canvis en la distribució: En els climes temperats (excepte tropicals) hi ha un moment crític, l'hivern, sobretot en organismes ectoterms. Un dels mecanismes per evitar aquests problemes seria hivernar, diapausar (hivernar en el cas dels insectes) o migrar. Les condicions de la temperatura modifica de forma constant la distribució de les espècies. En els últims anys, a Catalunya s'ha vist que des de 2003 a 2011 una població d'aus que provenia de les parts altes del Sàhara ha augmentat, ja que la temperatura també ho ha fet i algunes s'han quedat, fent que la taxa de migració disminueixi.
Per intentar explicar la distribució de les espècies s'utilitzen mètodes correlatius com els nínxols climàtics, que a partir de dades empíriques extreuen les dades climàtiques de cada quadrat que s'ha mostrejat mitjançant programes informàtics. Així es pot explicar l'absència o presència d'espècies en zones concretes i predir on es podrà localitzar tal espècie passats uns anys.
Hi ha diversos experiments que determinen aquesta distribució d'espècies. Una de les maneres és a partir d'estudis experimentals, els transplantaments, on una espècie es porta a un altre lloc on les condicions són diferents a les seves i amb un estudi de seguiment es pot veure com es comporten, si sobreviuen, moren, quin és el límit en el qual poden sobreviure, etc. Pot ser perillós ecològicament parlant. Un exemple d'aquest problema, de forma accidental, fou la del múscle zebra. Les seves larves són pelàgiques. Els vaixells utilitzen aquestes aigües per equilibrar el seu pes, etc. En deixar anar l'aigua que els hi sobra el juny del 1988, ho van fer sobre les larves d'aquest muslce, cosa que va produir una invasió important.
Hi ha varis factors biòtics, un dels més importants és la interacció amb altres espècies, ja sigui per mecanismes de predació o de competència. Un exemple pot ser el de Wallabies i guineus, des de la meitat del segle XX, les poblacions del cangur han decaigut. Una de les possibles raons és degut a un depredador, la guineu, que es va introduir de forma accidental. Es van seleccionar 5 poblacions de Wallaby que estaven afectades amb guineus, i en dues d'elles es van eliminar les guineus. Es va fer un seguiment de les poblacions i es va veure que en pocs anys, les poblacions que van deixar de tenir guineus van augmentar considerablement. Lepidòpters monòfags (especialitzats en un sol recurs tròfic, una planta). Aquest tipus d'espècie està condicionada segons la localització de la planta. Si la relació fos exacte entre la quantitat de plantes i la quantitat de papallones, la relació seria 1:1. sempre, però tenen una distribució menor que la potencial (1:1). Una de les causes d'aquestes petites distribucions es deu a causes que desconeixem.
Raonament jeràrquic per entendre per què una espècie és absent en una localitat. Si una espècie no és trobada en un cert lloc, però fem un transplantament i en aquell loc pot viure perfectament, es dedueix que si no es localitzava era per un problema de dispersió, inaccesabilitat. Si és capaç de viure en aquest lloc però continua sense ser-hi, sabrem que no és un problema de dispersió sinó de comportament, de selecció d'hàbitat. Si hi ha l'hàbitat que ocupa l'espècie però continua sense ser present, el que pot passar és que hi hagi competències entre espècies. Finalment, podríem deduir mitjançant processos experimentals si l'absència és deguda a factors físics del medi com la llum, temperatura, etc.
Distribució dels organismes: Depenent de l'escala espacial (mundial, continental, etc.) podem trobar distribucions holàrtiques (zona temperada de l'emisferi Nord). Si ens fixem en la zona d'Amèrica del Nord, ens fixem que es troba en la zona est del continent. Si ens apropem més pdoem concretar que es localitza sobre els sistemes fluvials. A més, si ens adentrem, podem veure que segueix un determinat patró localitzat on hi ha pins. Per tant, amb això es dedueix, que depenent del que es vol estudiar, s'utilitza una escala o una altra, per tal de conèixer la distribució.
Evolució del concepte de nínxol ecològic: El conjunt de les condicions biòtiques i abiòtiques que requereix un individu per poder viure i reproduir-se és el que s'anomena nínxol ecològic. El 1933, Elton va parlar d'aquest terme i ho va equiparar amb els oficis, on va dir que és un mode de vida dels organismes, en el mateix sentit que utilitzem quan parlem de les professions de la comunitat humana. El 1957, Hutchinson, va definir el terme com les toleràncies i el requeriment d'un organisme, que interaccionen per a definir les condicions i recursos que determinen les seves possibilitats de supervivència, reprodució, etc. Així, doncs, si es representa el grau de tolerància d'aquest en un eix que faci de referència, per exemple, amb la temperatura i un altre a la presència de llum, i un altre a la presència de depredador, etc. Es crea un espai hiperdimensional que seria la representació abstracta del nínxol d'una espècie.
Aquesta idea de Hutchinson del nínxol com a espai multidimensional, es redueix de manera simplificada a l'estudi de les condicions o recursos més fàcils de mesurar.
– Nínxol fonamental: nínxol potencial resultant de la combinació dels diversos factors. No es té en compte els limitants que suposa la competència amb altres espècies.
– Nínxol real: nínxol que realment pot ocupar l'organisme a causa de les restriccions biòtiques (organismes que interactuen amb ell).
El terme nínxol és relacionat amb el terme competència. La teoria de la commpresabilitat del nínxol diu que quan un determinat ecosistema on hi conviuen moltes espècies, els nínxols de les espècies es veuen molt reduïts (sinó es redueixen, se solapen i tenen lloc fenòmens de competència i exclusió d'una espècie o una altra).
Si observem la gràfica, es veu que les espècies estan repartides i presenten un grau molt baix de competència. Si mesurem la diferència entre els dos nínxols, trobaríem un valor molt petit. En canvi, en la segona gràfica es veu que tenen un nínxol molt gran i el solapament també és molt gran, automàticament genera problemes de competència i les espècies han de reduir el seu nínxol real.
...

Tags: