Generalidades del ecosistema

 (Ciencias de Joseleg) (Biología) (Ecología) (El ecosistema) (Introducción) (Generalidades) (Factores abióticos) (Productividad) (Ciclos biogeoquímicos) (Ciclos biogeoquímicos alterados) (Ingeniero de ecosistemas) (Servicios de los ecosistemas) (Interacciones complejas) (Nicho) (Referencias bibliográficas)

Epistemología del estudio del ecosistema

El ecosistema es un concepto extremadamente complejo que no puede ser abarcado fácilmente por una lógica reduccionista de las ciencias de la naturaleza, por lo cual emplearemos el enfoque de Benfey (2007) sobre la estructura de las ciencias que intentar abarcar situaciones más complejas. Benfey menciona que toda teoría científica puede ser reducida a tres ejes, cada uno con dos componentes relacionados en parejas: Estructura interna y relaciones externas; tiempo reversible y tiempo irreversible; continuidad y cantidad de unidades. Las teorías simples solo abarcan la mitad de estos conceptos, por ejemplo, el paradigma de una teoría simple pero poderosa es la ley de los gases ideales que solo abarca el tiempo reversible, las relaciones externas y la cantidad de sus unidades. La ecología sin embargo debe superar estas limitaciones, los cambios ecológicos pueden ser reversibles o irreversibles, las propiedades del ecosistema solo emergen cuando analizamos las interacciones entre sus componentes, además que algunas variables importantes pueden ser continuas o discontinuas; todo esto se conjuga para hacer a un ecosistema, un sistema de análisis al cual no podemos enfrentarnos con modelos científicos reduccionistas u holistas por separado (Benfey, 2007).

Evidentemente a parte de las ideas de Benfey, el paradigma general de estudio de la ecología es el naturalismo metodológico, estudiar a los ecosistemas mediante explicaciones naturales sin tomar en cuenta otras explicaciones de tipo metafísico como los dioses (Blanco, 2012). Finalmente la aproximación fisicalista de las ciencias de la naturaleza instaurada por Boyle, Hooke y Newton también se hace presente, en el sentido de que las explicaciones naturales sean susceptibles de ser transformadas a relaciones matemáticas entre las variables (de Berg, 1992). Debido a la complejidad del ecosistema, las matemáticas se hacen un poco más complejas, pero aun así es realizable, y si lo que usted desea es ser ecólogo deberá prepararse para una alta dosis de matemáticas complejas. Sin embargo, a este nivel introductorio con saber leer gráficas nos basta y sobra para entender las tendencias generales que han encontrado los ecólogos del siglo XX sobre el comportamiento de los ecosistemas.

Tiempo reversible contra tiempo irreversible.

Los ecosistemas pueden entenderse en términos del tiempo reversible, es decir que el pasado, presente y futuro (Benfey, 2007) son más o menos iguales gracias a la capacidad de estos sistemas de responder a los estímulos de forma tal que se intenta conservar el equilibrio, lo cual se denomina bajo los conceptos de resiliencia y homeostasis (Holling, 1973). Sin embargo, esto solo funciona cuando el tiempo que aplicamos es el tiempo humano, de unos cuantos siglos o milenios, de hecho, es así como vienen plasmados los conceptos de los ecosistemas en los libros de texto, poniendo poco énfasis a su desarrollo histórico geológico. Los ecosistemas tal como los conocemos no aparecieron todos al mismo tiempo, sino que son el producto de una historia evolutiva y geológica (Tarbuck, Lutgents, & Tasa, 2014), y solo cuando introducimos el tiempo geológico podemos hablar de un tiempo irreversible, en el cual el pasado es diferente del presente y este lo será del futuro. Evidentemente no se trata de enseñar historia evolutiva, sino de ser consiente sobre que faceta de la teoría ecológica se plantea en el aula de clase.

Figura 1.  Tabla de eras geológicas. La geología nos ha mostrado que los ecosistemas actuales son diferentes de sus contrapartes en el pasado, en términos de flora y fauna.

Estructura interna vs relaciones externas

La estructura interna del ecosistema contiene como componentes físicos a los factores bióticos y abióticos. Los factores bióticos son la suma de todas las especies que viven dentro de las fronteras del ecosistema más sus interacciones ecológicas, las cuales representan mucho de lo que denominaríamos la selección natural darwiniana, pero no toda, ya que la selección natural también es representada por los factores abióticos. Los factores abióticos son todos los seres no vivos que se encuentran en un ecosistema, como la temperatura, la humedad, la disponibilidad de agua, la topografía, los ciclos estacionales, la distribución de las fuentes de agua entre otros, lo peor del asunto es que no solo se involucra a las entidades individuales, sino también sus relaciones entre sí, y sus relaciones con los factores bióticos. Estas relaciones provocan la aparición de dinámicas nuevas, y en consecuencia fenómenos matemáticos propios de la biología que no pueden ser reducidos a las leyes de la física y de la química.

Figura 2.  Los ecosistemas no están aislados. Los ecosistemas no son entidades aisladas, y las fronteras con otros ecosistemas poseen una biodiversidad especial debido a sus características graduales.

Adicional a la estructura interna, los ecosistemas son difíciles de definir en el espacio ya que son cualitativos, cuando un ecosistema cambia a otro lo hace de forma gradual, estas zonas de frontera gradual se denominan ecotonos, los cuales no solo definen el espacio y/o volumen del ecosistema, sino que también definen las interacciones que tienen con otros ecosistemas, lo cual da origen a nuevas relaciones y nuevos modelos bajo los cuales planteamos nuevas leyes biológicas no reducibles a la química o a la física de forma directa. Algunas de estas relaciones se denominan servicios de un ecosistema, y definen la utilidad económica de un ecosistema para los intereses humanos, sin embargo, la falta de atención a los efectos recíprocos de estos servicios tomados por el ser humano puede afectar de forma muy grave a los ecosistemas como tal, llevándolos a puntos donde estos no pueden responder para mantener su equilibrio.

Número de unidades vs la asociación de estas

 Las especies y los individuos son un aspecto claramente relacionado al número de unidades, se puede representar matemáticamente y hace referencia de forma concreta a los índices de biodiversidad de un ecosistema. Sin embargo, los índices de biodiversidad modernos no solo toman en cuenta la cantidad de unidades, sino su distribución espacial, si estos se asocian en manadas numerosas o son solitarios. La introducción de la asociación de las unidades tiene efectos en la complejidad de los instrumentos para determinar la biodiversidad de un ecosistema. Sin embargo, este aspecto se estudia con mayor énfasis en la comunidad.

El ecosistema como concepto escolar

El concepto de ecosistema es relativamente reciente, durante el siglo XIX este no existía como tal, lo que existía era la geografía botánica y zoológica recolectada por los exploradores naturalistas tales como Alexander von Humboldt y resumida en los informes de las expediciones botánicas de los diversos imperios coloniales, los cuales eran recolectados en físico para museos, zoológicos y jardines botánicos o en forma de textos bellamente ilustrados que serían enviados a los museos o a las universidades imperiales (Cañizares-Esguerra, 2006; Egerton, 2009; González‐Orozco, Ebach, & Varona, 2015; Goodland, 1975; Nicolson, 1996). En ese sentido se poseía conocimiento sobre las especies en las diferentes áreas de los imperios, pero las interacciones de estos no eran estudiadas.

No fue sino hasta 1935 que Arthur Tansley un ecólogo británico acuñó el término ecosistema, como un sistema interactivo establecido entre la biocoenosis y el biotopo. La propuesta radicaría en que la ecología como rama independiente de la biología debería estudiar a los ecosistemas (Stephen Bocking, 1994; Cooper, 1957; Egerton, 1983; Jax, 1998).

Figura 3.   Arthur George Tansley (1871-1955). Fue un botánico y pionero en la ciencia de la ecología.  Desde el principio, fue muy influenciado por el ecólogo danés Eugenio Warming.​ Impuso y defendió el término ecosistema en 1935, y ecotopo en 1939. Fue uno de los fundadores de la British Ecological Society, y editor del Journal of Ecology  por veinte años.

El concepto de biocoenosis es más antiguo y puede rastrearse a Alfred Russel Wallace (Egerton, 1993), contemporáneo, colega, co-proponente de la selección natural y defensor de las ideas de Charles Darwin (Wallace, 2007). La biocoenosis fue propuesta en aquel entonces como la relación entre la geografía y las especies animales, idea que también habían trabajado Alexander von Humboldt y Francisco José de Caldas pero con las plantas (Egerton, 2009; González‐Orozco et al., 2015; Nicolson, 1996), ya fuera en la latitud o en la altitud.

En este sentido se recoge la interacción entre los seres vivos y un factor abiótico que es la geografía, por lo que podríamos decir que la biocoenosis es lo que nosotros entenderíamos como biogeografía. Sin embargo, la biocoenosis era un concepto más general que también involucraba el modo en que las diferentes especies de plantas y animales se agrupaban en comunidades, por lo que la biocoenosis se puede describir como la relación general entre una comunidad ecológica y su biogeografía. Este concepto solo pudo emerger durante la edad de los imperios coloniales gracias a las expediciones botánicas y el deseo de los imperios por reconocer cuales plantas, animales y otros materiales que existían en sus colonias y pudieran ser empleados como recursos económicos o estratégicos.

Figura 4.   Eugene P. Odum (1913-2002). Fue uno de los más importantes promotores de la ecología contemporánea. Está referido como "el padre del ecosistema ecológico". Él y su hermano Howard T. Odum escribieron el popular libro de texto de ecología, Fundamentals of Ecology (1953). La Escuela de Ecología de Odum de la Universidad de Georgia fue nombrada así en su honor.

Figura 5.   Howard T. Odum (1924-2002). fue un científico estadounidense ecologista. Es conocido por su trabajo pionero en la ecología de los ecosistemas, y por sus provocadoras propuestas adicionales de las leyes de la termodinámica, derivadas de su trabajo en la teoría general de sistemas.

Por otra parte, biotopo se define como un área geografía de condiciones consistentes que permite la vida de una comunidad de seres vivos homogénea, y de hecho es la misma definición de hábitat. Aunque algunos autores disienten, en el presente texto asumiremos que hábitat y biotopo son sinónimos. Un hábitat por lo tanto acumula principalmente los factores abióticos, mientras que la biocoenosis agrupa a los factores bióticos, sus interacciones y la distribución geográfica. Cuando todos se colocaron juntos nació el concepto de ecosistema.

El concepto de ecosistema de Tansley fue rápidamente adoptado por el influyente educador en biología Eugene Odum. Eugene junto con su hermano Howard T. Odum escribieron en 1953 el primer libro de texto en biología en contener el concepto de ecosistema para la enseñanza reglamentaria de los biólogos ecólogos en formación, y a partir de ellos para los libros de texto de la enseñanza escolar más básica en Estados Unidos, estamos hablando de la primera edición de Fundalemtals of Ecology (Odum & Odum, 1953).

G Evelyn Hutchinson uno de los primeros limnólogos combinó las ideas de Tansley con las de Charles Elton sobre el estudio de las cadenas alimenticias con los aportes de Vladimir Vernadsky para sugerir que la disponibilidad de nutrientes minerales no orgánicos en un lago, limitaban la productividad de las algas, las cuales a su vez limitarían la productividad del lago como un todo. Raymond Lindeman tomó estas ideas más allá y sugirió que el flujo de energía en el lago era la fuerza primaria que conducía a todo el ecosistema. Los estudiantes de Hutchinson eran precisamente los hermanos Odum, quienes condensaron estas ideas en una aproximación de la ecología local de una región como si se tratara de un sistema, una entidad con propiedades superiores a las de sus componentes aislados (Billings, 2015; S Bocking, 2013; Camill, n.d.; Kingsland, 2004).