Ecosistema
Comunidad de organismos vivos junto con los componentes no vivos de su entorno.

Izquierda: Los ecosistemas de arrecifes de coral son sistemas marinos altamente productivos . [1] Derecha: Bosque templado lluvioso , un ecosistema terrestre .
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Un ecosistema (o sistema ecológico ) es un sistema que los entornos y sus organismos forman a través de su interacción. [2] : 458  Los componentes bióticos y abióticos están vinculados entre sí a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía .

Los ecosistemas están controlados por factores externos e internos . Los factores externos, como el clima , el material parental que forma el suelo y la topografía , controlan la estructura general de un ecosistema, pero no están influenciados por el ecosistema. Los factores internos están controlados, por ejemplo, por la descomposición , la competencia de las raíces, el sombreado, las perturbaciones, la sucesión y los tipos de especies presentes. Si bien los insumos de recursos generalmente están controlados por procesos externos, la disponibilidad de estos recursos dentro del ecosistema está controlada por factores internos. Por lo tanto, los factores internos no solo controlan los procesos del ecosistema, sino que también están controlados por ellos.

Los ecosistemas son entidades dinámicas: están sujetos a perturbaciones periódicas y siempre están en proceso de recuperación de alguna perturbación pasada. La tendencia de un ecosistema a permanecer cerca de su estado de equilibrio, a pesar de esa perturbación, se denomina resistencia . La capacidad de un sistema para absorber perturbaciones y reorganizarse mientras experimenta cambios de modo de retener esencialmente la misma función, estructura, identidad y retroalimentaciones se denomina resiliencia ecológica . Los ecosistemas pueden estudiarse a través de una variedad de enfoques: estudios teóricos, estudios que monitorean ecosistemas específicos durante largos períodos de tiempo, aquellos que observan las diferencias entre ecosistemas para dilucidar cómo funcionan y experimentación manipulativa directa. Los biomas son clases o categorías generales de ecosistemas. Sin embargo, no existe una distinción clara entre biomas y ecosistemas. Las clasificaciones de ecosistemas son tipos específicos de clasificaciones ecológicas que consideran los cuatro elementos de la definición de ecosistemas : un componente biótico, un complejo abiótico , las interacciones entre y dentro de ellos, y el espacio físico que ocupan. Los factores bióticos del ecosistema son seres vivos; como las plantas, los animales y las bacterias, mientras que los abióticos son componentes no vivos; como el agua, el suelo y la atmósfera.

Las plantas permiten que la energía ingrese al sistema a través de la fotosíntesis , lo que permite la formación de tejido vegetal. Los animales desempeñan un papel importante en el movimiento de materia y energía a través del sistema, alimentándose de plantas y entre sí. También influyen en la cantidad de biomasa vegetal y microbiana presente. Al descomponer la materia orgánica muerta , los descomponedores liberan carbono a la atmósfera y facilitan el ciclo de nutrientes al convertir los nutrientes almacenados en la biomasa muerta en una forma que las plantas y los microbios puedan utilizar fácilmente.

Los ecosistemas proporcionan una variedad de bienes y servicios de los que las personas dependen y de los que pueden ser parte. Los bienes de los ecosistemas incluyen los "productos materiales tangibles" de los procesos ecosistémicos, como el agua, los alimentos, el combustible, el material de construcción y las plantas medicinales . Los servicios ecosistémicos , por otro lado, son generalmente "mejoras en la condición o ubicación de cosas de valor". Estos incluyen cosas como el mantenimiento de los ciclos hidrológicos , la limpieza del aire y el agua, el mantenimiento del oxígeno en la atmósfera, la polinización de los cultivos e incluso cosas como la belleza, la inspiración y las oportunidades para la investigación. Muchos ecosistemas se degradan a través de impactos humanos, como la pérdida de suelo , la contaminación del aire y el agua , la fragmentación del hábitat , la desviación del agua , la extinción de incendios y las especies introducidas y las especies invasoras . Estas amenazas pueden conducir a una transformación abrupta del ecosistema o a la interrupción gradual de los procesos bióticos y la degradación de las condiciones abióticas del ecosistema. Una vez que el ecosistema original ha perdido sus características definitorias, se considera "colapsado ". La restauración de los ecosistemas puede contribuir a lograr los Objetivos de Desarrollo Sostenible .

Definición

Un ecosistema (o sistema ecológico) está formado por todos los organismos y los reservorios abióticos (o entorno físico) con los que interactúan. [3] [4] : 5  [2] : 458  Los componentes bióticos y abióticos están vinculados entre sí a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía. [5]

Los "procesos ecosistémicos" son las transferencias de energía y materiales de un depósito a otro. [2] : 458  Se sabe que los procesos ecosistémicos "ocurren en una amplia gama de escalas". Por lo tanto, la escala correcta de estudio depende de la pregunta formulada. [4] : 5 

Origen y desarrollo del término

El término "ecosistema" fue utilizado por primera vez en 1935 en una publicación del ecólogo británico Arthur Tansley . El término fue acuñado por Arthur Roy Clapham , quien ideó la palabra a petición de Tansley. [6] Tansley ideó el concepto para llamar la atención sobre la importancia de las transferencias de materiales entre los organismos y su entorno. [4] : 9  Más tarde refinó el término, describiéndolo como "El sistema completo, ... incluyendo no solo el complejo de organismos, sino también todo el complejo de factores físicos que forman lo que llamamos el medio ambiente". [3] Tansley consideraba a los ecosistemas no simplemente como unidades naturales, sino como "aislamientos mentales". [3] Tansley más tarde definió la extensión espacial de los ecosistemas utilizando el término " ecotopo ". [7]

G. Evelyn Hutchinson , un limnólogo contemporáneo de Tansley, combinó las ideas de Charles Elton sobre ecología trófica con las del geoquímico ruso Vladimir Vernadsky . Como resultado, sugirió que la disponibilidad de nutrientes minerales en un lago limitaba la producción de algas . Esto, a su vez, limitaría la abundancia de animales que se alimentan de algas. Raymond Lindeman llevó estas ideas más allá para sugerir que el flujo de energía a través de un lago era el impulsor principal del ecosistema. Los estudiantes de Hutchinson, los hermanos Howard T. Odum y Eugene P. Odum , desarrollaron aún más un "enfoque de sistemas" para el estudio de los ecosistemas. Esto les permitió estudiar el flujo de energía y material a través de los sistemas ecológicos. [4] : 9 

Procesos

Los ecosistemas de selva tropical son ricos en biodiversidad . Este es el río Gambia en el Parque Nacional Niokolo-Koba de Senegal .
Flora del desierto de Baja California , región de Cataviña , México

Factores externos e internos

Los ecosistemas están controlados por factores tanto externos como internos. Los factores externos, también llamados factores de estado, controlan la estructura general de un ecosistema y la forma en que funcionan las cosas dentro de él, pero no están influenciados por el ecosistema. En escalas geográficas amplias, el clima es el factor que "determina con mayor fuerza los procesos y la estructura del ecosistema". [4] : 14  El clima determina el bioma en el que se encuentra inserto el ecosistema. Los patrones de lluvia y las temperaturas estacionales influyen en la fotosíntesis y, por lo tanto, determinan la cantidad de energía disponible para el ecosistema. [8] : 145 

El material parental determina la naturaleza del suelo en un ecosistema e influye en el suministro de nutrientes minerales. La topografía también controla los procesos del ecosistema al afectar aspectos como el microclima , el desarrollo del suelo y el movimiento del agua a través de un sistema. Por ejemplo, los ecosistemas pueden ser bastante diferentes si están situados en una pequeña depresión del paisaje que si están situados en una ladera empinada adyacente. [9] : 39  [10] : 66 

Otros factores externos que desempeñan un papel importante en el funcionamiento de los ecosistemas incluyen el tiempo y la biota potencial , los organismos que están presentes en una región y que podrían ocupar potencialmente un sitio en particular. Los ecosistemas en entornos similares que se encuentran en diferentes partes del mundo pueden terminar haciendo las cosas de manera muy diferente simplemente porque tienen diferentes grupos de especies presentes. [11] : 321  La introducción de especies no nativas puede causar cambios sustanciales en el funcionamiento de los ecosistemas. [12]

A diferencia de los factores externos, los factores internos en los ecosistemas no solo controlan los procesos del ecosistema, sino que también son controlados por ellos. [4] : 16  Mientras que los insumos de recursos generalmente están controlados por procesos externos como el clima y el material parental, la disponibilidad de estos recursos dentro del ecosistema está controlada por factores internos como la descomposición, la competencia de las raíces o el sombreado. [13] Otros factores como la perturbación, la sucesión o los tipos de especies presentes también son factores internos.

Producción primaria

Abundancia mundial de fotótrofos oceánicos y terrestres, de septiembre de 1997 a agosto de 2000. Como estimación de la biomasa autótrofa , es sólo un indicador aproximado del potencial de producción primaria y no una estimación real del mismo.

La producción primaria es la producción de materia orgánica a partir de fuentes de carbono inorgánico. Esto ocurre principalmente a través de la fotosíntesis . La energía incorporada a través de este proceso sustenta la vida en la Tierra, mientras que el carbono constituye gran parte de la materia orgánica en la biomasa viva y muerta, el carbono del suelo y los combustibles fósiles . También impulsa el ciclo del carbono , que influye en el clima global a través del efecto invernadero .

A través del proceso de fotosíntesis, las plantas capturan energía de la luz y la utilizan para combinar dióxido de carbono y agua para producir carbohidratos y oxígeno . La fotosíntesis realizada por todas las plantas en un ecosistema se llama producción primaria bruta (PBP). [8] : 124  Aproximadamente la mitad de la PBP bruta es respirada por las plantas para proporcionar la energía que sustenta su crecimiento y mantenimiento. [14] : 157  El resto, la porción de PBP que no se utiliza por la respiración, se conoce como producción primaria neta (PPN). [14] : 157  La fotosíntesis total está limitada por una variedad de factores ambientales. Estos incluyen la cantidad de luz disponible, la cantidad de área foliar que tiene una planta para capturar luz (el sombreado de otras plantas es una limitación importante de la fotosíntesis), la velocidad a la que se puede suministrar dióxido de carbono a los cloroplastos para sustentar la fotosíntesis, la disponibilidad de agua y la disponibilidad de temperaturas adecuadas para llevar a cabo la fotosíntesis. [8] : 155 

Flujo de energía

La energía y el carbono entran en los ecosistemas a través de la fotosíntesis, se incorporan a los tejidos vivos, se transfieren a otros organismos que se alimentan de la materia vegetal viva y muerta y, finalmente, se liberan a través de la respiración. [14] : 157  El carbono y la energía incorporados a los tejidos vegetales (producción primaria neta) son consumidos por los animales mientras la planta está viva, o permanecen sin comer cuando el tejido vegetal muere y se convierte en detritos . En los ecosistemas terrestres , la gran mayoría de la producción primaria neta termina siendo descompuesta por los descomponedores . El resto es consumido por los animales mientras aún están vivos y entra en el sistema trófico basado en plantas. Después de que las plantas y los animales mueren, la materia orgánica contenida en ellos entra en el sistema trófico basado en detritos. [15]

La respiración del ecosistema es la suma de la respiración de todos los organismos vivos (plantas, animales y descomponedores) en el ecosistema. [16] La producción neta del ecosistema es la diferencia entre la producción primaria bruta (PBP) y la respiración del ecosistema. [17] En ausencia de perturbaciones, la producción neta del ecosistema es equivalente a la acumulación neta de carbono en el ecosistema.

La energía también puede liberarse de un ecosistema a través de perturbaciones como los incendios forestales o transferirse a otros ecosistemas (por ejemplo, de un bosque a un arroyo o a un lago) mediante la erosión .

En los sistemas acuáticos , la proporción de biomasa vegetal que es consumida por los herbívoros es mucho mayor que en los sistemas terrestres. [15] En los sistemas tróficos, los organismos fotosintéticos son los productores primarios. Los organismos que consumen sus tejidos se denominan consumidores primarios o productores secundarios : herbívoros . Los organismos que se alimentan de microbios ( bacterias y hongos ) se denominan microbívoros . Los animales que se alimentan de consumidores primarios ( carnívoros ) son consumidores secundarios. Cada uno de ellos constituye un nivel trófico. [15]

La secuencia de consumo (de planta a herbívoro y luego a carnívoro) forma una cadena alimentaria . Los sistemas reales son mucho más complejos que esto: los organismos generalmente se alimentan de más de una forma de alimento y pueden alimentarse en más de un nivel trófico. Los carnívoros pueden capturar algunas presas que son parte de un sistema trófico basado en plantas y otras que son parte de un sistema trófico basado en detritos (un ave que se alimenta tanto de saltamontes herbívoros como de lombrices de tierra, que consumen detritos). Los sistemas reales, con todas estas complejidades, forman redes alimentarias en lugar de cadenas alimentarias que presentan una serie de propiedades comunes, no aleatorias, en la topología de su red. [18]

Descomposición

Secuencia de descomposición de un cadáver de cerdo a lo largo del tiempo

El carbono y los nutrientes de la materia orgánica muerta se descomponen mediante un grupo de procesos conocidos como descomposición. Esto libera nutrientes que luego pueden reutilizarse para la producción de plantas y microbios y devuelve el dióxido de carbono a la atmósfera (o al agua), donde puede usarse para la fotosíntesis. En ausencia de descomposición, la materia orgánica muerta se acumularía en un ecosistema y los nutrientes y el dióxido de carbono atmosférico se agotarían. [19] : 183 

Los procesos de descomposición se pueden separar en tres categorías: lixiviación , fragmentación y alteración química de material muerto. A medida que el agua se mueve a través de la materia orgánica muerta, se disuelve y lleva consigo los componentes solubles en agua. Estos luego son absorbidos por los organismos en el suelo, reaccionan con el suelo mineral o son transportados más allá de los confines del ecosistema (y se consideran perdidos para él). [20] : 271–280  Las hojas recién caídas y los animales recién muertos tienen altas concentraciones de componentes solubles en agua e incluyen azúcares , aminoácidos y nutrientes minerales. La lixiviación es más importante en ambientes húmedos y menos importante en los secos. [10] : 69–77 

Los procesos de fragmentación rompen el material orgánico en pedazos más pequeños, exponiendo nuevas superficies para la colonización por microbios. La hojarasca recién desprendida puede ser inaccesible debido a una capa externa de cutícula o corteza , y el contenido celular está protegido por una pared celular . Los animales recién muertos pueden estar cubiertos por un exoesqueleto . Los procesos de fragmentación, que rompen estas capas protectoras, aceleran la tasa de descomposición microbiana. [19] : 184  Los animales fragmentan el detritus mientras cazan alimento, al igual que el paso por el intestino. Los ciclos de congelación-descongelación y los ciclos de humectación y secado también fragmentan el material muerto. [19] : 186 

La alteración química de la materia orgánica muerta se logra principalmente a través de la acción de bacterias y hongos. Las hifas de los hongos producen enzimas que pueden romper las duras estructuras externas que rodean el material vegetal muerto. También producen enzimas que descomponen la lignina , lo que les permite acceder tanto al contenido celular como al nitrógeno de la lignina. Los hongos pueden transferir carbono y nitrógeno a través de sus redes de hifas y, por lo tanto, a diferencia de las bacterias, no dependen únicamente de los recursos disponibles localmente. [19] : 186 

Tasas de descomposición

Las tasas de descomposición varían entre los ecosistemas. [21] La tasa de descomposición está regida por tres conjuntos de factores: el entorno físico (temperatura, humedad y propiedades del suelo), la cantidad y calidad del material muerto disponible para los descomponedores y la naturaleza de la comunidad microbiana en sí. [19] : 194  La temperatura controla la tasa de respiración microbiana; cuanto más alta sea la temperatura, más rápido se produce la descomposición microbiana. La temperatura también afecta la humedad del suelo, que afecta a la descomposición. Los ciclos de congelación-descongelación también afectan la descomposición: las temperaturas de congelación matan a los microorganismos del suelo, lo que permite que la lixiviación desempeñe un papel más importante en el movimiento de nutrientes. Esto puede ser especialmente importante a medida que el suelo se descongela en la primavera, lo que crea un pulso de nutrientes que se vuelven disponibles. [20] : 280 

Las tasas de descomposición son bajas en condiciones muy húmedas o muy secas. Las tasas de descomposición son más altas en condiciones húmedas y húmedas con niveles adecuados de oxígeno. Los suelos húmedos tienden a volverse deficientes en oxígeno (esto es especialmente cierto en los humedales ), lo que ralentiza el crecimiento microbiano. En suelos secos, la descomposición también se ralentiza, pero las bacterias continúan creciendo (aunque a un ritmo más lento) incluso después de que los suelos se vuelven demasiado secos para soportar el crecimiento de las plantas. [19] : 200 

Dinámica y resiliencia

Los ecosistemas son entidades dinámicas. Están sujetos a perturbaciones periódicas y siempre están en proceso de recuperación de perturbaciones pasadas. [22] : 347  Cuando ocurre una perturbación , un ecosistema responde alejándose de su estado inicial. La tendencia de un ecosistema a permanecer cerca de su estado de equilibrio, a pesar de esa perturbación, se denomina resistencia . La capacidad de un sistema para absorber perturbaciones y reorganizarse mientras experimenta cambios de modo de retener esencialmente la misma función, estructura, identidad y retroalimentaciones se denomina resiliencia ecológica . [23] [24] El pensamiento de resiliencia también incluye a la humanidad como parte integral de la biosfera donde dependemos de los servicios ecosistémicos para nuestra supervivencia y debemos construir y mantener sus capacidades naturales para resistir choques y perturbaciones. [25] El tiempo juega un papel central en un amplio rango, por ejemplo, en el desarrollo lento del suelo a partir de la roca desnuda y la recuperación más rápida de una comunidad de una perturbación . [14] : 67 

Las perturbaciones también desempeñan un papel importante en los procesos ecológicos. F. Stuart Chapin y coautores definen las perturbaciones como "un acontecimiento relativamente discreto en el tiempo que elimina la biomasa vegetal". [22] : 346  Esto puede abarcar desde brotes de herbívoros , caídas de árboles, incendios, huracanes, inundaciones, avances glaciares hasta erupciones volcánicas . Estas perturbaciones pueden provocar grandes cambios en las poblaciones de plantas, animales y microbios, así como en el contenido de materia orgánica del suelo. Las perturbaciones van seguidas de sucesiones, un "cambio direccional en la estructura y el funcionamiento del ecosistema que resulta de cambios impulsados ​​bióticamente en el suministro de recursos". [2] : 470 

La frecuencia y la gravedad de las perturbaciones determinan la forma en que afectan al funcionamiento del ecosistema. Una perturbación importante, como una erupción volcánica o el avance y retroceso de los glaciares , deja atrás suelos que carecen de plantas, animales o materia orgánica. Los ecosistemas que experimentan tales perturbaciones experimentan una sucesión primaria . Una perturbación menos grave, como los incendios forestales, los huracanes o los cultivos, da como resultado una sucesión secundaria y una recuperación más rápida. [22] : 348  Las perturbaciones más graves y más frecuentes dan como resultado tiempos de recuperación más largos.

De un año a otro, los ecosistemas experimentan variaciones en sus ambientes bióticos y abióticos. Una sequía , un invierno más frío de lo habitual y un brote de plagas son todos variabilidad a corto plazo en las condiciones ambientales. Las poblaciones animales varían de un año a otro, acumulándose durante períodos ricos en recursos y colapsando cuando sobrepasan su suministro de alimentos. Los cambios a más largo plazo también dan forma a los procesos del ecosistema. Por ejemplo, los bosques del este de América del Norte aún muestran legados de cultivo que cesaron en 1850 cuando grandes áreas fueron revertidas a bosques. [22] : 340  Otro ejemplo es la producción de metano en los lagos del este de Siberia que está controlada por materia orgánica que se acumuló durante el Pleistoceno . [26]

Un lago de agua dulce en Gran Canaria , una isla de las Islas Canarias . Los límites claros hacen que los lagos sean fáciles de estudiar utilizando un enfoque ecosistémico .

Ciclo de nutrientes

Ciclo biológico del nitrógeno

Los ecosistemas intercambian continuamente energía y carbono con el medio ambiente en general . Los nutrientes minerales, por otro lado, se reciclan principalmente de ida y vuelta entre plantas, animales, microbios y el suelo. La mayor parte del nitrógeno entra en los ecosistemas a través de la fijación biológica del nitrógeno , se deposita a través de la precipitación, el polvo, los gases o se aplica como fertilizante . [20] : 266  La mayoría de los ecosistemas terrestres están limitados en nitrógeno a corto plazo, lo que hace que el ciclo del nitrógeno sea un control importante en la producción del ecosistema. [20] : 289  A largo plazo, la disponibilidad de fósforo también puede ser crítica. [27]

Los macronutrientes que todas las plantas necesitan en grandes cantidades incluyen los nutrientes primarios (que son los más limitantes, ya que se utilizan en mayores cantidades): nitrógeno, fósforo, potasio. [28] : 231  Los nutrientes secundarios principales (menos limitantes) incluyen: calcio, magnesio, azufre. Los micronutrientes que todas las plantas necesitan en pequeñas cantidades incluyen boro, cloruro, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y zinc. Finalmente, también hay nutrientes beneficiosos que pueden ser necesarios para ciertas plantas o para plantas en condiciones ambientales específicas: aluminio, cobalto, yodo, níquel, selenio, silicio, sodio, vanadio. [28] : 231 

Hasta los tiempos modernos, la fijación de nitrógeno era la principal fuente de nitrógeno para los ecosistemas. Las bacterias fijadoras de nitrógeno viven simbióticamente con las plantas o viven libremente en el suelo. El costo energético es alto para las plantas que sostienen simbiontes fijadores de nitrógeno: hasta un 25% de la producción primaria bruta cuando se mide en condiciones controladas. Muchos miembros de la familia de las plantas leguminosas sostienen simbiontes fijadores de nitrógeno. Algunas cianobacterias también son capaces de fijar nitrógeno. Estas son fotótrofas , que realizan la fotosíntesis. Al igual que otras bacterias fijadoras de nitrógeno, pueden ser de vida libre o tener relaciones simbióticas con las plantas. [22] : 360  Otras fuentes de nitrógeno incluyen la deposición ácida producida a través de la combustión de combustibles fósiles, el gas amoniaco que se evapora de los campos agrícolas a los que se les han aplicado fertilizantes y el polvo. [20] : 270  Los aportes de nitrógeno antropogénicos representan aproximadamente el 80% de todos los flujos de nitrógeno en los ecosistemas. [20] : 270 

Cuando los tejidos de las plantas se desprenden o se comen, el nitrógeno de esos tejidos queda disponible para los animales y los microbios. La descomposición microbiana libera compuestos nitrogenados de la materia orgánica muerta en el suelo, donde las plantas, los hongos y las bacterias compiten por él. Algunas bacterias del suelo utilizan compuestos orgánicos que contienen nitrógeno como fuente de carbono y liberan iones de amonio en el suelo. Este proceso se conoce como mineralización del nitrógeno . Otras convierten el amonio en iones de nitrito y nitrato , un proceso conocido como nitrificación . El óxido nítrico y el óxido nitroso también se producen durante la nitrificación. [20] : 277  En condiciones ricas en nitrógeno y pobres en oxígeno, los nitratos y nitritos se convierten en gas nitrógeno , un proceso conocido como desnitrificación . [20] : 281 

Los hongos micorrízicos, que son simbióticos con las raíces de las plantas, utilizan los carbohidratos que les suministran las plantas y, a cambio, transfieren compuestos de fósforo y nitrógeno a las raíces de las plantas. [29] [30] Esta es una vía importante de transferencia de nitrógeno orgánico desde la materia orgánica muerta a las plantas. Este mecanismo puede contribuir a más de 70 Tg de nitrógeno vegetal asimilado anualmente, por lo que desempeña un papel fundamental en el ciclo global de nutrientes y en el funcionamiento del ecosistema. [30]

El fósforo entra en los ecosistemas a través de la erosión . A medida que los ecosistemas envejecen, este suministro disminuye, lo que hace que la limitación de fósforo sea más común en paisajes más antiguos (especialmente en los trópicos). [20] : 287–290  El calcio y el azufre también se producen por erosión, pero la deposición ácida es una fuente importante de azufre en muchos ecosistemas. Aunque el magnesio y el manganeso se producen por erosión, los intercambios entre la materia orgánica del suelo y las células vivas representan una parte significativa de los flujos del ecosistema. El potasio se recicla principalmente entre las células vivas y la materia orgánica del suelo. [20] : 291 

Función y biodiversidad

El lago Lomond, en Escocia, forma un ecosistema relativamente aislado. La comunidad de peces de este lago se mantuvo estable durante un largo período hasta que una serie de introducciones en la década de 1970 reestructuraron su red alimentaria . [31]
Bosque espinoso en Ifaty, Madagascar , con varias especies de Adansonia (baobab), Alluaudia procera (ocotillo de Madagascar) y otra vegetación.

La biodiversidad desempeña un papel importante en el funcionamiento de los ecosistemas. [32] : 449–453  Los procesos ecosistémicos están impulsados ​​por las especies en un ecosistema, la naturaleza de las especies individuales y la abundancia relativa de organismos entre estas especies. Los procesos ecosistémicos son el efecto neto de las acciones de los organismos individuales a medida que interactúan con su entorno. La teoría ecológica sugiere que para coexistir, las especies deben tener algún nivel de similitud limitante : deben ser diferentes entre sí de alguna manera fundamental, de lo contrario, una especie excluiría competitivamente a la otra. [33] A pesar de esto, el efecto acumulativo de especies adicionales en un ecosistema no es lineal: las especies adicionales pueden mejorar la retención de nitrógeno, por ejemplo. Sin embargo, más allá de cierto nivel de riqueza de especies, [11] : 331  las especies adicionales pueden tener poco efecto aditivo a menos que difieran sustancialmente de las especies ya presentes. [11] : 324  Este es el caso, por ejemplo, de las especies exóticas . [11] : 321 

La adición (o pérdida) de especies que son ecológicamente similares a las que ya están presentes en un ecosistema tiende a tener solo un pequeño efecto en el funcionamiento del ecosistema. Las especies ecológicamente distintas, por otro lado, tienen un efecto mucho mayor. De manera similar, las especies dominantes tienen un gran efecto en el funcionamiento del ecosistema, mientras que las especies raras tienden a tener un efecto pequeño. Las especies clave tienden a tener un efecto en el funcionamiento del ecosistema que es desproporcionado a su abundancia en un ecosistema. [11] : 324 

Un ingeniero de ecosistemas es cualquier organismo que crea, modifica significativamente, mantiene o destruye un hábitat . [34]

Enfoques de estudio

Ecología de los ecosistemas

Un respiradero hidrotermal es un ecosistema en el fondo del océano. (La barra de escala mide 1 m).

La ecología de los ecosistemas es el "estudio de las interacciones entre los organismos y su entorno como un sistema integrado". [2] : 458  El tamaño de los ecosistemas puede variar hasta diez órdenes de magnitud , desde las capas superficiales de las rocas hasta la superficie del planeta. [4] : 6 

El estudio del ecosistema de Hubbard Brook comenzó en 1963 para estudiar las Montañas Blancas en New Hampshire . Fue el primer intento exitoso de estudiar una cuenca hidrográfica completa como ecosistema. El estudio utilizó la química de los arroyos como un medio para monitorear las propiedades del ecosistema y desarrolló un modelo biogeoquímico detallado del ecosistema. [35] La investigación a largo plazo en el sitio condujo al descubrimiento de la lluvia ácida en América del Norte en 1972. Los investigadores documentaron el agotamiento de los cationes del suelo (especialmente el calcio) durante las siguientes décadas. [36]

Los ecosistemas pueden estudiarse a través de una variedad de enfoques: estudios teóricos, estudios que monitorean ecosistemas específicos durante largos períodos de tiempo, aquellos que observan las diferencias entre ecosistemas para dilucidar cómo funcionan y experimentación manipulativa directa. [37] Los estudios pueden llevarse a cabo en una variedad de escalas, que van desde estudios de ecosistemas completos hasta el estudio de microcosmos o mesocosmos (representaciones simplificadas de ecosistemas). [38] El ecologista estadounidense Stephen R. Carpenter ha argumentado que los experimentos de microcosmos pueden ser "irrelevantes y distractores" si no se llevan a cabo junto con estudios de campo realizados a escala de ecosistema. En tales casos, los experimentos de microcosmos pueden no predecir con precisión la dinámica a nivel de ecosistema. [39]

Clasificaciones

Los biomas son clases o categorías generales de ecosistemas. [4] : 14  Sin embargo, no existe una distinción clara entre biomas y ecosistemas. [40] Los biomas siempre se definen a un nivel muy general. Los ecosistemas pueden describirse a niveles que van desde muy generales (en cuyo caso los nombres a veces son los mismos que los de los biomas) hasta muy específicos, como "bosques costeros húmedos con hojas aciculares".

Los biomas varían debido a las variaciones globales del clima . Los biomas a menudo se definen por su estructura: a nivel general, por ejemplo, bosques tropicales , pastizales templados y tundra ártica . [4] : 14  Puede haber cualquier grado de subcategorías entre los tipos de ecosistemas que comprenden un bioma, por ejemplo, bosques boreales con hojas aciculares o bosques tropicales húmedos. Aunque los ecosistemas se categorizan más comúnmente por su estructura y geografía, también hay otras formas de categorizar y clasificar los ecosistemas, como por su nivel de impacto humano (ver bioma antropogénico ), o por su integración con procesos sociales o procesos tecnológicos o su novedad (por ejemplo, ecosistema novedoso ). Cada una de estas taxonomías de ecosistemas tiende a enfatizar diferentes propiedades estructurales o funcionales. [41] Ninguna de estas es la "mejor" clasificación.

Las clasificaciones de ecosistemas son tipos específicos de clasificaciones ecológicas que consideran los cuatro elementos de la definición de ecosistemas : un componente biótico, un complejo abiótico , las interacciones entre ellos y dentro de ellos, y el espacio físico que ocupan. [41] Se han desarrollado diferentes enfoques para las clasificaciones ecológicas en disciplinas terrestres, de agua dulce y marinas, y se ha propuesto una tipología basada en funciones para aprovechar las fortalezas de estos diferentes enfoques en un sistema unificado. [42]

Interacciones humanas con los ecosistemas

Las actividades humanas son importantes en casi todos los ecosistemas. Aunque los seres humanos existen y operan dentro de los ecosistemas, sus efectos acumulativos son lo suficientemente grandes como para influir en factores externos como el clima. [4] : 14 

Bienes y servicios ecosistémicos

El área silvestre High Peaks en el Parque Adirondack de 6.000.000 acres (2.400.000 ha) es un ejemplo de un ecosistema diverso.

Los ecosistemas proporcionan una variedad de bienes y servicios de los que dependen las personas. [43] Los bienes ecosistémicos incluyen los "productos materiales tangibles" de los procesos ecosistémicos, como el agua, los alimentos, el combustible, el material de construcción y las plantas medicinales . [44] [45] También incluyen elementos menos tangibles como el turismo y la recreación, y los genes de plantas y animales silvestres que pueden utilizarse para mejorar las especies domésticas. [43]

Los servicios ecosistémicos , por otra parte, son generalmente "mejoras en la condición o ubicación de cosas de valor". [45] Estos incluyen cosas como el mantenimiento de los ciclos hidrológicos, la limpieza del aire y el agua, el mantenimiento del oxígeno en la atmósfera, la polinización de los cultivos e incluso cosas como la belleza, la inspiración y las oportunidades para la investigación. [43] Si bien el material del ecosistema había sido tradicionalmente reconocido como la base de las cosas de valor económico, los servicios ecosistémicos tienden a darse por sentados. [45]

La Evaluación de los Ecosistemas del Milenio es una síntesis internacional realizada por más de 1000 de los principales científicos biológicos del mundo que analiza el estado de los ecosistemas de la Tierra y proporciona resúmenes y directrices para los encargados de la toma de decisiones. El informe identificó cuatro categorías principales de servicios ecosistémicos: servicios de aprovisionamiento, de regulación, culturales y de apoyo. [46] Concluye que la actividad humana está teniendo un impacto significativo y creciente en la biodiversidad de los ecosistemas del mundo, reduciendo tanto su resiliencia como su biocapacidad . El informe se refiere a los sistemas naturales como el "sistema de soporte vital" de la humanidad, que proporciona servicios ecosistémicos esenciales. La evaluación mide 24 servicios ecosistémicos y concluye que solo cuatro han mostrado una mejora en los últimos 50 años, 15 están en grave declive y cinco se encuentran en una condición precaria. [46] : 6–19 

La Plataforma Intergubernamental Científico-Normativa sobre Diversidad Biológica y Servicios de los Ecosistemas (IPBES) es una organización intergubernamental creada para mejorar la interfaz entre la ciencia y la política en cuestiones de biodiversidad y servicios de los ecosistemas. [47] [48] Su objetivo es cumplir una función similar a la del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático . [49]

Los servicios ecosistémicos son limitados y también están amenazados por las actividades humanas. [50] Para ayudar a informar a los tomadores de decisiones, a muchos servicios ecosistémicos se les están asignando valores económicos, a menudo basados ​​en el costo de reemplazo con alternativas antropogénicas. El desafío constante de prescribir un valor económico a la naturaleza, por ejemplo a través de los bancos de biodiversidad , está impulsando cambios transdisciplinarios en cómo reconocemos y gestionamos el medio ambiente, la responsabilidad social , las oportunidades comerciales y nuestro futuro como especie. [50]

Degradación y decadencia

A medida que la población humana y el consumo per cápita crecen, también lo hacen las demandas de recursos impuestas a los ecosistemas y los efectos de la huella ecológica humana . Los recursos naturales son vulnerables y limitados. Los impactos ambientales de las acciones antropogénicas son cada vez más evidentes. Los problemas para todos los ecosistemas incluyen: contaminación ambiental , cambio climático y pérdida de biodiversidad . Para los ecosistemas terrestres, otras amenazas incluyen la contaminación del aire , la degradación del suelo y la deforestación . Para los ecosistemas acuáticos, las amenazas también incluyen la explotación insostenible de los recursos marinos (por ejemplo, la sobrepesca ), la contaminación marina , la contaminación por microplásticos , los efectos del cambio climático en los océanos (por ejemplo, el calentamiento y la acidificación ) y la construcción en áreas costeras. [51]

Muchos ecosistemas se degradan debido a los impactos humanos, como la pérdida de suelo , la contaminación del aire y del agua , la fragmentación del hábitat , la desviación del agua , la extinción de incendios y las especies introducidas y las especies invasoras . [52] : 437 

Estas amenazas pueden llevar a una transformación abrupta del ecosistema o a una interrupción gradual de los procesos bióticos y la degradación de las condiciones abióticas del ecosistema. Una vez que el ecosistema original ha perdido sus características definitorias, se considera colapsado (véase también la Lista Roja de Ecosistemas de la UICN ). [53] El colapso del ecosistema podría ser reversible y de esta manera difiere de la extinción de especies . [54] Las evaluaciones cuantitativas del riesgo de colapso se utilizan como medidas del estado de conservación y las tendencias.

Gestión

Cuando la gestión de los recursos naturales se aplica a ecosistemas completos, en lugar de a especies individuales, se denomina gestión de ecosistemas . [55] Aunque abundan las definiciones de gestión de ecosistemas, hay un conjunto común de principios que sustentan estas definiciones: Un principio fundamental es la sostenibilidad a largo plazo de la producción de bienes y servicios por parte del ecosistema; [52] "la sostenibilidad intergeneracional [es] una condición previa para la gestión, no una idea de último momento". [43] Si bien la gestión de ecosistemas se puede utilizar como parte de un plan para la conservación de la vida silvestre , también se puede utilizar en ecosistemas gestionados intensivamente [43] (véase, por ejemplo, agroecosistema y forestación cercana a la naturaleza ).

Restauración y desarrollo sostenible

Los proyectos integrados de conservación y desarrollo (PICD) tienen como objetivo abordar las cuestiones de conservación y medios de vida humanos ( desarrollo sostenible ) en los países en desarrollo en conjunto, en lugar de por separado, como se hacía a menudo en el pasado. [52] : 445 

Véase también

Tipos

Los siguientes artículos son tipos de ecosistemas para tipos particulares de regiones o zonas:

Ecosistemas agrupados por condición

Instancias

Instancias de ecosistemas en regiones específicas del mundo:

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  • Guía de viaje de Wikivoyage sobre biomas y ecosistemas
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