(Ciencias de Joseleg) (Biología) (Ecología) (El ecosistema) (Introducción) (Generalidades) (Factores
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(Referencias
bibliográficas)
Dado que el ecosistema se define como la suma de factores bióticos, abióticos más sus interacciones, es necesario introducir a los factores abióticos como tal, de forma aislada a los factores bióticos (comunidad ecológica) y a las interacciones. Los factores abióticos representan todos los factores que no están vivos en un ecosistema, estos pueden ser químicos, climáticos, geológicos, topográficos y geográficos.
Aquí es donde la frase “Todo es Química” cobra verdadera relevancia (Brown, LeMay, Bursten, Murphy, & Woodward, 2009), y es que hay una paradoja, no consideramos que las reacciones químicas individuales impliquen la vida, pero la vida es un conjunto de millones de reacciones químicas individuales (Machery, 2012; RicARdo & Szostak, 2009; Tsokolov, 2009). En ese sentido es coherente afirmar que las sustancias químicas son fundamentales para los seres vivos debido a que de eso están hechos, y de ellas obtienen su energía. Los factores químicos de un ecosistema pueden ser divididos en cuatro categorías, fuentes de energía, fuentes de materia prima, xenobióticos y el suelo.
Figura 6. Todo es químico. Sustancias como la
grasa y los azúcares son fuente de materia y energía simultáneamente.
Estas sustancias químicas proporcionan la energía para que
los seres vivos puedan realizar sus procesos químicos internos. En la
actualidad muchas de estas sustancias son producidas por otros seres vivos a
través de la fotosíntesis. Sin embargo, la energía también puede recolectarse
de electrones de alta energía que se encuentran incrustados en algunos tipos de
roca, sobre los cuales algunas bacterias son capaces de extraer y aprovechar de
forma activa.
Las fuentes de materia son aquellas sustancias que los seres
vivos necesitan para aumentar su biomasa, algunas veces se encuentran en otros
seres vivos, pero en otras se obtienen directamente de las formas no vivas. Por
ejemplo, en la fotosíntesis se requiere dióxido de carbono como fuente de
carbono y oxígeno para construir los azucares, las grasas y las proteínas, así
como agua de la cual se obtienen protones y electrones de baja energía. Estas
sustancias inorgánicas por si mismas son muy comunes en el universo, pero los
seres vivos las transforman en otras que componen sus propios cuerpos. Cabe
destacar que la materia en este caso no solo involucraría a los átomos como
tal, sino también a los electrones e inclusive a los fotones que se emplean
durante la fotosíntesis.
Los xenobióticos son sustancias que normalmente no deberían estar disponibles en el ser vivo, y su origen puede ser biológico, inorgánico o antropógeno. Los xenobióticos biológicos son las toxinas que los seres vivos emplean para defenderse o cazar y generalmente las denominamos como venenos orgánicos, aunque los narcóticos también entrarían en esa categoría. Los xenobióticos inorgánicos son sustancias que se desprenden de los minerales naturalmente, y que pueden ser toxicas para los seres vivos como el mercurio o el plomo, aunque normalmente estas se encuentran aisladas en la corteza terrestre donde no pueden afectar significativamente a los seres vivos.
Figura 7. Lo que no debería estar en
un ecosistema. Aunque generalmente se hace mucho escándalo por derrames de
petróleo, el problema real es que aun que se “limpie” de crudo, el ecosistema
retiene sustancias que vienen con él, como metales pesados que afectaran a los
organismos por décadas.
Los seres humanos sin embargo empleamos estos xenobióticos
como materias primas en nuestras industrias, y después las liberamos al
ambiente, ya sea en sus formas naturales como en el caso del mercurio o en
forma de moléculas químicas que no son producidas normalmente por los seres
vivos, estos venenos sintéticos se acumulan en los ecosistemas y afectan
principalmente a los depredadores de órdenes superiores, concepto que
estudiaremos con más énfasis en el capítulo sobre bioacumulación. Debido a que
muchos factores químicos en el ecosistema son producidos por los seres vivos,
la distinción entre factor biótico y factor abiótico se hace muy tenue.
El suelo es una mezcla de minerales, gases y líquidos, los cuales pueden ser modificados por los seres vivos para contener también materia orgánica en descomposición e innumerables microorganismos que permiten la supervivencia de la vida compleja. La transformación del suelo a su forma más fértil representa un ejemplo de la aplicación del tiempo irreversible a la idea del ecosistema. Los seres vivos colonizan el suelo poco a poco y mediante a sedimentación de sus restos, este va adquiriendo una capa fértil que permite la vida de otros seres vivos más complejos, que se suceden continuamente hasta que el ecosistema alcanza su madurez. El suelo posee funciones importantes para los seres vivos siendo un medio de soporte para el crecimiento de plantas y microorganismos, también es un medio de almacenamiento, dispensado y purificación de agua, además modifica la composición de la atmósfera, que a su vez también puede modificar al suelo. Esto implica que los factores abióticos pueden influirse mutuamente con la ayuda de los factores bióticos, lo cual introduce la existencia de relaciones complejas de más de un componente.
Figura 8. El suelo. Aunque los suelos varían en fertilidad, los seres vivos pueden adaptarse a suelos poco nutritivos, por ejemplo, una de las grandes paradojas de las selvas húmedas tropicales es que sus suelos son malos, la frondosidad que vemos se debe a que las plantas están adaptadas, por lo que quemar selva para sembrar otras cosas es inviable.
Figura 9. La luz. La luz y la temperatura
están relacionadas, pero no son lo mismo, puede haber mucha luz y bajas
temperaturas, pues se requiere de aire denso , y especialmente de vapor de agua
para que la luz genere sensación térmica.
La luz solar es la primera fuente de energía para la mayor
parte de los seres vivos del planeta, canalizada por las plantas verdes y las
cianobacterias. La luz es un factor indispensable para muchos seres vivos en
términos de su calidad, intensidad y periodo de duración. La calidad hace
referencia a las longitudes de onda que fácilmente se convierten en alimento,
generalmente el azul y el rojo. La intensidad hace referencia a la fuerza, y
esto varía dependiendo del hemisferio, el ecuador recibe una mejor intensidad
de luz que los hemisferios. El periodo de duración tiene que ver con la
longitud del día, en el ecuador es relativamente equitativo y constante, en los
hemisferios hay variaciones hasta llegar a extremos de 6 meses de luz y 6 meses
de oscuridad.
La temperatura es un factor termoquímico, generalmente la vida se desarrolla bajo la condición estándar 25°C o, un poco más, las células humanas operan cerca de 37°C. Alteraciones drásticas en la temperatura afectan a las proteínas y por ende a toda la función molecular de un ser vivo.
Figura 10. La densidad de la
atmósfera cambia. La atmósfera del planeta no es un recipiente homogéneo, los gases
y vapores tienden a “caer” por lo que a nivel del mar hay mayor densidad, y por
lo tanto mayor presión; mientras que a grandes alturas hay menos presión de
gases. Esto afecta la temperatura, una atmósfera más densa es más caliente.
De hecho, para compensar el incremento de temperatura, el
ser vivo empieza a evaporar agua corriendo el riesgo de deshidratación, y en su
inverso, este debe consumir más energía para calentarse, aunque se puede llegar
al límite y sus sistemas también son afectados al nivel molecular. Las fuentes
de calor externas a los seres vivos son principalmente el Sol, aunque los cráteres
volcánicos submarinos también proporcionan el calor necesario.
El peso relativo del aire y el agua si hablamos de presión
absoluta, por ejemplo, en los grandes abismos oceánicos, la presión es tan
fuerte que puede aplastar a la mayoría de los animales, excepto algunos tipos
de peces y otros seres vivos. La presión parcial de oxígeno afecta la
posibilidad de respirar para los animales, mientras que la presión parcial de
dióxido de carbono hace lo propio para las plantas. La presión total del aire
afecta a los seres vivos también, algunos animales pueden experimentar efectos
adversos en sus órganos de los sentidos a medida que avanzan a zonas con
presiones diferentes, en los humanos tal vez uno de los más sensibles es el
oído.
O presión parcial de vapor de agua, afecta la posibilidad de
sudar y la temperatura. Ambientes con baja humedad tienden a resecar las
pieles, y ambientes con mucha humedad poseen efecto de invernadero que
incrementa la temperatura e impide la posibilidad de sudar. En ese sentido un
ambiente con alta temperatura y humedad calienta el cuerpo y le impide
refrescarse por medio del sudor, lo cual provoca golpes de calor que puede
resultar mortales.
Todos los seres vivos necesitan agua para sustentarse. Sin
embargo, su disponibilidad depende del clima, por ejemplo, de las corrientes
del viento, la temperatura o la disposición del terreno. El agua sin embargo
también puede ser un factor destructivo en un ecosistema en forma de
inundaciones o sequias.
Afecta a la disponibilidad de agua, la temperatura, la
presión e incluso la disponibilidad de luz mediante el movimiento de las nubes.
De hecho, el viento es un factor más influyente en la temperatura interna de un
organismo que la misma temperatura externa, un humano podría sobrevivir unos
cuantos minutos sin abrigo en el ártico, siempre y cuando no esté expuesto al
viento, esto se debe a que la piel crea un colchón de aire aislante, sin
embargo, este colchón de aire es arrebatado por el viento y esto acelera la
hipotermia a unos segundos. Por otra parte, algunas aves son capaces de
aprovechar las corrientes del viento para viajar a grandes distancias sin
esfuerzo. El viento también puede ser un factor destructivo en forma de
huracanes o tornados.
Las corrientes oceánicas son el equivalente a las corrientes
de viento, su flujo en los océanos les permite a muchos seres vivos migratorios
desplazarse a gran velocidad con menor esfuerzo.
Figura 11. Corrientes oceánicas. Las corrientes actúan como cintas transportadoras que permiten las migraciones de muchos seres vivos, tanto en el océano como en el aire.
El fuego generalmente se lo caracteriza como un factor
destructivo al interior de un ecosistema, calcinando todo a su paso, sin
embargo, existen ecosistemas como el chaparral en el que los seres vivos se han
adaptado a él, en especial algunas especies de plantas cuyas semillas deben ser
consumidas externamente por las llamas para poder germinar. Este es un
excelente ejemplo de como un factor abiótico se convierte en una presión de
selección natural ante la cual los seres vivos presentan adaptaciones
sorprendentes. En muchas ocasiones el fuego está relacionado a otro factor
abiótico, la corriente eléctrica que se manifiesta en forma de rayos, los
cuales precisamente generan muchos incendios naturales.
Figura 12. La atmósfera es dinámica. La atmósfera no es
solo la suma de gases sobre la roca, sino también el modo en que estos se
organizan e interactúan con otros factores como la luz. Por ejemplo, a grandes
alturas el oxígeno se convierte en ozono y esta capa absorbe la luz
ultravioleta. Las corrientes de viento y por ende el clima está determinado por
la absorción del aire normal de la energía residual del Sol.
Cuando se toma como un todo a los gases que cubren el
planeta hablamos de la atmósfera, la cual tiene una importancia trascendental
en el equilibrio de todos los ecosistemas del planeta. Uno de ellos es la
protección contra la radiación ultravioleta realizada por el ozono, una forma
alotrópica del oxígeno que es capaz de absorber las radiaciones ultravioleta
más peligrosas para el ADN de los seres vivos. Su destrucción paulatina debido
a los xenobióticos producidos por la industria humana ha sido un problema de
salud pública por décadas. La atmósfera también regula equilibrios químicos
mayores, por ejemplo, la cantidad del gas dióxido de carbono en todo el planeta
afecta la acidez de los océanos, y a mayor dióxido de carbono en la atmosfera,
mayor acidez habrá en los océanos, lo cual no solo afecta la bioquímica del
agua de mar, sino también la dirección e intensidad de las corrientes
oceánicas, las cuales a su vez regulan la temperatura del océano y de la
atmósfera. Si uno cambia todos cambian, y esa es la base de lo que en la
actualidad conocemos como el Cambio Climático.
El fenómeno del niño y la niña son patrones atmosféricos
cíclicos que operan más allá del ciclo anual, estos afectan los patrones de
precipitación, el primero causando sequias intensas, y la segunda lluvias
torrenciales. Los efectos del niño y la niña afectan a otros factores abióticos
climáticos como la temperatura, la humedad, los incendios, y especialmente la
disponibilidad del agua.
Más allá del suelo encontramos otras sustancias químicas cristalizadas que denominamos roca además de otros tipos de líquidos o gases. La roca y el suelo almacenan a estos minerales líquidos y gaseosos entre los que podemos destacar al petróleo y el gas natural. El gas puede filtrarse por grietas de la roca ocasionando potenciales de incendio. Los seres humanos hemos alterado el equilibrio de estos factores abióticos por la extracción de petróleo y gas natural. Algunas consecuencias ha sido la formación de sumideros. Un sumidero es el colapso del suelo en el espacio vacío dejado por la extracción del petróleo.
Figura 13. Peligros del fracking. Los incendios por
fracturamiento hidráulico para la extracción de petróleo son solo el síntoma
más leve de que esta técnica tiene consecuencias secundarias que no pueden ser
controladas artificialmente.
El frakeo, o fracturado hidráulico que es una tecnología
para extraer gas natural y petróleo con mayor eficiencia, pero al mismo tiempo
induce a la formación de escapes de gas natural que pueden llegar a ser
peligrosos para las comunidades humanas (Cartwright, 2013;
Donaldson, n.d.; McFadyen, 2014). La roca misma puede contener xenobióticos o
minerales que pueden ser limitantes, así algunas rocas pueden ser venenosas,
mientras que otras pueden convertirse en un recurso vital para algunos seres
vivos. Finalmente, las rocas también son un material de soporte sobre el cual
los seres vivos sésiles como las plantas y algunos animales pueden anclarse.
El clima puede afectar la composición geológica de una zona,
por ejemplo, en la tundra euroasiática existen enormes reservas de metano que
son retenidas en el suelo y la roca por el permafrost, colchón de hielo
permanente sobre el suelo, que no es otra cosa que lodo congelado. Cuando la
temperatura aumenta por encima de cierto límite el permafrost permite la
liberación de metano al ambiente, lo cual favorece el efecto de invernadero.
Finalmente, los volcanes pueden afectar drásticamente la composición de los
gases atmosféricos de forma local o planetaria, siendo un modo de acceso
directo de los materiales del manto y la corteza a la biósfera.
El clima y otros factores abióticos como la disponibilidad de agua son afectados por el relieve. Las montañas reciben más lluvias que las zonas planas, debido a que cuando el aire asciende por la montaña este se enfría causando que el vapor se condense en cristales que llamamos nubes, y a mayor frio más grande el cristal hasta que este cae en forma de lluvia o nieve. Las zonas más allá de las montañas reciben solo el aire seco, lo que degenera en desiertos a menos que desde la montaña descienda agua condensada en forma de un rio, en cuyo caso hablaremos de un valle aluvial. Las zonas montañosas crean retos para el desplazamiento de los animales, pero algunos de ellos como las cabras de montaña pueden desplazarse con una increíble destreza. Los accidentes topográficos en zonas concretas otorgan refugio a las presas o escondites de emboscada a los depredadores. Las cuevas, agujeros, cascadas, gargantas de roca, valles, picos, todos ellos generan presiones evolutivas a tener en cuenta en la vida real.
Figura 14. Y sin cuerdas. Las cabras de montaña son mamíferos con cascos capaces de escalar
literalmente paredes de riscos son facilidad, esto evita que la mayoría de los
depredadores puedan tener acceso a ellas fácilmente.
Aunque es evidente que el océano afecta el clima, el punto aquí es la distancia como parámetro físico desde el océano a cualquier punto, y el tiempo de desplazamiento. Las áreas costeras son más frescas y húmedas que las islas, esto se debe a que las nubes se forman por el choque de aire caliente proveniente del continente choca con el aire frio del océano.
Figura 15. Pangea. Aunque la mayoría
de las ilustraciones de ecosistemas del pérmico nos muestran desiertos, debemos
tener en cuenta que existieron ecosistemas reducidos más húmedos cerca de las
costas, que al ser pocos han dejado menos huellas fósiles.
Relacionado con lo anterior, un continente sin cuerpos de
agua internos tendrá un clima extremadamente caliente y seco en su centro a
menos que existan otros factores que alteren eso, el caso típico en la
actualidad es Australia. En el pasado todos los continentes estuvieron unidos
en uno solo, también sin cuerpos de agua importantes, lo cual degeneró en la
formación del superdesierto más extenso de todos los tiempos, el desierto de
Pangea durante el periodo Pérmico. Nuevamente muchas formas de vida
sobrevivieron en las áreas costeras donde la disponibilidad de agua era amplia.
Las fuentes de agua y la disponibilidad de agua no son la
misma cosa, muchos seres vivos pueden obtener el agua que requieren de la
humedad del aire, eso es disponibilidad del agua. Una fuente de agua es algo
mucho más directo, y en ocasiones mucho más raro. La distribución geográfica de
las fuentes de agua es lo que define a muchos ecosistemas y ecotonos a lo largo
del planeta.
El coque o alejamiento de las placas tectónicas crea montañas y cordilleras, océanos y lagos, mares y depresiones, cada uno con condiciones climáticas independientes, lo cual es la base para la distribución espacial de los ecosistemas, a lo largo del tiempo geológico. Durante el periodo de vida humano este factor es irrelevante a menos que se manifieste en forma de terremotos, erupciones volcánicas y maremotos. Pero a largo plazo esculpe las formas de los continentes y en consecuencia, altera de forma irreversible la estructura de los ecosistemas en el planeta.
Figura 16. Los ríos son vida. Los ríos generan
valles aluviales en medio de los desiertos, pues no solo transportan la
preciosa agua, sino también minerales nutritivos como el fósforo desde las
montañas.
El coque o alejamiento de las placas tectónicas crea
montañas y cordilleras, océanos y lagos, mares y depresiones, cada uno con
condiciones climáticas independientes, lo cual es la base para la distribución
espacial de los ecosistemas, a lo largo del tiempo geológico. Durante el
periodo de vida humano este factor es irrelevante a menos que se manifieste en
forma de terremotos, erupciones volcánicas y maremotos. Pero a largo plazo
esculpe las formas de los continentes y en consecuencia, altera de forma
irreversible la estructura de los ecosistemas en el planeta.
Figura 17. Altitud. La geografía de las
plantas fue un concepto desarrollado en paralelo Alexander von Humboldt, y
Francisco José de Caldas, aunque este último terminó casi en el olvido por su
falta de conexiones académicas en Europa, esto está en relación con la Figura 10.
Pregunta de niño de 7 años, ¿porque si al estar más arriba
de la montaña estamos más cerca del Sol, la temperatura disminuye? ¿La energía
no debería ser mayor más arriba donde la luz no ha sido absorbida por la
atmósfera? La respuesta a esto sigue dos rutas. La primera es que la luz y el
calor son portadores de energía, pero no del mismo tipo. La luz como tal es
fría, almacena la energía en radiación, pero no calienta a menos que este
choque con materia. Cuando estamos a grandes altitudes el aire allí es más
disperso, hay menos materia y en consecuencia menos oportunidad de que la luz
se transforme en calor, que es la vibración de la materia. En otras palabras, a
gran altitud hay mucha energía disponible en
forma de luz, pero poca materia para vibrar, por lo que la
vibración total del sistema a la cual llamamos calor es baja. A bajas altitudes
donde el aire es más denso hay más materia para estimular, por lo que el
sistema como un todo vibrará más, y por lo tanto habrá más calor. Nuevamente
estas diferencias crean diferentes patrones de selección natural.
La distancia del Ecuador afecta el clima de una región. En los polos la energía que llega a la superficie pasa por una barrera atmosférica mucho más gruesa, lo cual afecta la calidad y la intensidad de la luz. Esto implica que el clima será más frio a medida que nos alejamos del ecuador. Francisco José de Caldas y Alexander von Humbolt (González‐Orozco et al., 2015) señalaron una similitud en el cambio de temperatura en cuanto a la distancia del ecuador y la distancia del nivel del mar, de forma tal que las plantas de alta montaña se asemejaban a las plantas de latitudes mayores y viceversa.
Figura 18. La Tierra gira como un
trompo. La precesión provoca que los días sean más largos en verano, y
cortos en invierno, incluso ciudades tan cerca del Ecuador como Bogotá,
Colombia pueden experimentar alargamientos del atardecer de 45 minutos en el
verano, el cual puede alargarse hasta seis meses en los polos.
El planeta gira como un trompo, no solo rota y traslada, sino que también hace un movimiento de pivote que provoca que el polo sur se aproxime hacia el sol en su respectivo verano y se aleje en su respectivo invierno. Este pivote está relacionado con la translación haciendo que el giro ocurra casi cada 6 meses.
Figura 19. La Tierra es como un imán. El núcleo de hierro
y níquel “el sólido o más interno, porque la parte líquida pierde su
magnetismo” del planeta crea un campo magnético que no solo hace que las
brújulas apunten al norte, también hace que
no muramos rostizados como en un horno de microondas, en este caso
generadas por el Sol.
Aunque sean rarezas, la caída de asteroides o cometas puede
destruir ecosistemas completos y alterar la vida en todo el planeta, esto se ha
corroborado con eventos relativamente localizados como en Tunguska, o con
eventos catastróficos de extinción en masa como el cometa que destruyó a los
dinosaurios no aviares.
Y no hablamos de la luz, sino de las tormentas solares, que
nos fritarían como papa en horno de microondas si no fuera por la existencia
del campo magnético. El manto liquido del planeta está hecho de níquel y hierro
que giran en una corriente alrededor del núcleo que es más fijo, esta rotación
funciona semejante a un dinamo o electroimán, mientras que el sistema gire se
provoca un campo magnético que sale desde los polos y se distribuye alrededor
del planeta como si fuera un enorme magneto. Si se preguntan dónde están los
efectos de ese enorme magneto por algo es que funcionan las brújulas. El punto
es que ese campo magnético desvía esta radiación hacia los polos y la
transforma en las auroras boreales.
Los seres humanos introducimos factores abióticos a los
ecosistemas, como el dióxido de carbono, xenobióticos en forma de sustancias
industriales sintéticas como el plástico. Estos factores afectan los
equilibrios ecológicos de forma negativa a muchos ecosistemas, degenerando en
extinciones masivas, además de la precarización del modo de vida de muchas
comunidades alrededor del mundo. El punto es que dañar la naturaleza no es meramente
una cuestión ética para no ganar dinero, sino una cuestión de salud pública,
aunque hablaremos con mayor profundidad de eso en capítulos posteriores.
El factor abiótico de mayor relevancia también es el más
difícil de definir, en física la energía no puede definirse fácilmente, por lo
que empleamos más bien sus formas de transporte. La energía se transfiere de un
lugar a otro por medio de la luz, el calor, el enlace químico, la reacción
química, el movimiento entre otros. En ese sentido la energía es aquello que
les permite a los seres vivos estar vivos, ya que su transferencia es lo que
les permite nacer, crecer, interactuar con su entorno y reproducirse. De hecho,
hay un capitulo exclusivo al estudio de los flujos de energía al interior de
cualquier libro de texto sobre el ecosistema, y esto se recopila bajo la idea
de la pirámide energética, pero como hemos dicho, eso será tema de capítulos
posteriores.
Las cabras de montaña no solo deben estar adaptadas a las condiciones
de temperatura, presión, viento y disponibilidad de agua, la estructura del
suelo a la cual sus cascos deben adaptarse y la forma en que está dispuesto el
suelo "riscos mortales y abismos profundos", eso sin contar con los
riesgos de tormentas de nieve y a los leopardos de montaña que merodean por su
hábitat. Todos estos componentes potencialmente mortales esculpen la biología
de los individuos a lo largo de múltiples generaciones, y es lo que como un
todo reconocemos como la Selección Natural.
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