Ecología

Texto elaborado por el M. en C. Octavio Sergio Santamaría Gallegos

Diplomado “El Desarrollo Sustentable en los procesos de actualización curricular”, IPN. Junio-agosto 2012

Ecología

Importancia la ecología. La ecología como ciencia juega un papel estratégico en los proyecto de desarrollo por: i) su carácter sintético; ii) su carácter integrador de conocimientos sociales y naturales para el estudio de las relaciones de la sociedad con la naturaleza; y iii) por el poder explicativo de su marco conceptual para orientar las prácticas sociales e influir en la reconstrucción de los marcos conceptuales de las ciencias sociales.

De los conceptos de ecología, por ejemplo, el estudio de los “niveles de organización es de utilidad para comprender las interacciones de los biosistemas de diferentes niveles jerárquicos, comprender el concepto de “sistema” y de “ecosistema”, de sus componentes interactuantes e interdependientes y como “unidad funcional” con características particulares.

El concepto “propiedades emergentes” el cual presupone que cuando se aprovecha un recurso o una especie en un ecosistema natural se crean propiedades nuevas y que los mecanismos de control y de equilibrio cambian. Así, el estudio de las relaciones de las actividades humanas con el ecosistema permite desarrollar habilidades para la observación, detección y estudio de las nuevas propiedades que posibiliten la prevención de los posibles impactos ambientales de sus acciones.

El concepto de ecosistema, posibilita la elaboración de modelos que permiten comprender sus componentes y sus propiedades, el espacio considerado y el intervalo de tiempo para su estudio, así como los factores que lo condicionan. Los modelos permiten comprender las propiedades cibernéticas del ecosistema, las redes de información que incluyen flujos de comunicación física y química que conectan a todas las partes y cuya función es dirigir o regular el sistema como un todo. Saber que los ecosistemas dependen de la vía de retroalimentación, es decir, saber que ocurre cuando al llegar a un estadio parte del resultado o producto regresa al sistema como entrada de información. El análisis y simulación con modelos permite comprender los mecanismos homeostáticos del ecosistema presentes en la interacción de los ciclos de materiales y los flujos de la energía, así como en las relaciones simbióticas, por ejemplo, en las relaciones presa-depredador que controla las poblaciones.

La vida de los seres humanos y sus actividades económicas dependen no sólo de los alimentos producidos en los agroecosistemas, sino también de los bienes producidos en los ecosistemas modificados y los servicios que brinda para la reincorporación a los ciclos naturales de sus desechos, así como de los ecosistemas naturales que mantienen las condiciones para la vida como las conocemos ahora. Las ciudades consumen una proporción muy elevada de energía y en los agroecosistemas de alta tecnología se invierte más energía de la que se obtiene, la cual en su mayoría proviene de los ecosistemas naturales, por ello es necesario saber que es necesario mantener una proporción mayor de ecosistemas naturales entre otras razones porque no se puede crecer por encima de la energía disponible, es decir, no podemos extraer más producto (energía o biomasa) de la que es capaz de reponer el ecosistema.

El análisis del concepto de ecosistema como la unidad funcional básica, de sus componentes estructurales y funcionales así como sus propiedades cibernéticas y termodinámicas, permite la comprensión de las relaciones funcionales entre los organismos y el medio como causa y efecto del mantenimiento y sostén de la vida como se le conoce en la biosfera y que hacen posible la vida de la personas y el desarrollo de la sociedad.

En la actualidad la ecología se concibe como una disciplina integradora que relaciona procesos fisicoquímicos y biológicos y tiende un puente entre las ciencias naturales y sociales.

Si bien los saberes ecológicos han estado presentes desde el origen de la humanidad, la ecología como ciencia, tiene su origen como una subdivisión de la biología. Se debe a Ernst Haeckel, 1869, la palabra ecología, sin embargo no es reconocida como ciencia hasta el año de 1900, en sus inicios se dividió en ecología animal y ecología vegetal. El ecólogo español Margalef la definía como la biología de los ecosistemas. Las contribuciones teórico conceptuales han sido obra de diversos estudiosos, por ejemplo: el concepto biológico de la comunidad fue acuñado por F. E. Clements y .V.E. Shelford, los conceptos de cadena trófica y ciclos de los elementos por Raymond Linderman y G. E. Hutchinson y como toda construcción social aún sigue su construcción y reconfiguración.

La palabra ecología tiene su origen en los términos griegos oikos (casa), y logos (estudio), se refiere al estudio de la casa, la biosfera o si se quiere determinado ecosistema y que comprende a todos los organismos y los procesos funcionales que la hacen habitable. Es el estudio de la vida en la casa, en particular, es la totalidad de las relaciones entre los organismos y el ambiente.

Desde la perspectiva de la teoría de sistemas, cada nivel de organización y su interacción con el medio físico, se considera un sistema funcional en sí mismo. Es un sistema porque consta de componentes interactuartes, con una serie de relaciones mutuas que constituyen una entidad identificable, es decir, el sistema posee estructura. Los sistemas biológicos o biosistemas pueden ser concebidos y estudiado en cualquier nivel de organización según convenga a sus propósitos o fines, ya sea la célula o un organismo.

La ecología se ocupa de la población y la comunidad, el concepto de población denota grupos de individuos de cualquier especie; el concepto de comunidad comprende todas las poblaciones que ocupan una cierta área. Desde las primeras formas de vida hasta las comunidades interactúan con su ambiente abiótico. De ahí que las comunidades y su ambiente abiótico constituyen un sistema ecológico o ecosistema. Cuando se utiliza el térmico Bioma se refiere a un gran biosistema regional o subcontinental caracterizado por un tipo de vegetación o cualquier otro distintivo del paisaje, por ejemplo la selva alta perennifolia que va desde el sur de Tamaulipas México hasta Brasil en Sudamérica. La biosfera se considera un ecosistema y abarca todos los organismos vivos del planeta y sus interacciones con el medio físico global como un todo que mantiene el sistema estable intermedio en el flujo de energía entre la aportación del Sol y el sumidero térmico del espacio sideral. El estado estable se refiere a una condición balanceada y autorregulable que puede amortiguar las perturbaciones de pequeña escala.

En la evolución de la vida, la organización jerárquica tiene como consecuencia que al combinarse los componentes o subgrupos para constituir entidades funcionales de mayor complejidad y dimensión, emergen nuevas propiedades que no estaban presentes en el nivel inmediato inferior. No obstante no es posible predecir una propiedad emergente de un nivel o unidad ecológica con base en el estudio de sus componentes. Las propiedades del todo no son reducibles a la suma de las propiedades de las partes o principio no reducible. No obstante, existe una distinción a las propiedades emergentes, que se refieren al resultado de la suma del comportamiento de las partes o propiedades colectivas en estas, no obstante también referirse al todo, no son características nuevas o únicas que hayan resultado del funcionamiento de la unidad entera. Las propiedades emergentes, es un principio fundamental, porque cada nuevo nivel de organización es en sí mismo diferente, así como sus interacciones y por lo tanto el biosistema y el ecosistema es diferente. En muchos procesos de los biosistemas, las partes se han integrado para producir propiedades nuevas y especiales. Asimismo, se demostrado que las jerarquías integrativas evolucionan más rápido a partir de sus constituyentes que los sistemas no jerárquicos con el mismo número de elementos y son más elásticos a las perturbaciones.

Los mecanismos homeostáticos son controles y equilibradores del biosistema que actúan en todas partes y la amplitud de las oscilaciones tiende a disminuir cuando las unidades pequeñas funcionan dentro de las grandes. Estadísticamente, la varianza del todo es menor que la suma de las varianzas de las partes. En el estudio de la propiedades emergentes y del incremento de la homeostasis que ocurren en cada nivel, no todas las partes componentes deben conocerse entes de poder comprender el todo. El estudio puede comenzar en cualquier nivel de la organización siempre y cuando se consideren, además del nivel que se estudia los niveles adyacentes ya que algunos atributos pueden anticiparse por el estudio de las partes, aunque hay otros que no. Los estudios de los niveles de organización nos muestran que cada nivel de biosistema tiene propiedades emergentes y menor varianza. El bosque es algo más que un simple conjunto de árboles. Este, es uno de los principios del saber popular o tradicional y uno de los primeros principios de trabajo de la ecología.

Con relación a los métodos y enfoques, la ecología como ciencia, busca una síntesis que valora tanto los aportes de la ciencia reduccionista y como de la holísta ya que se reconoce que ambos se enriquecen en función de los fines y limitaciones de cada uno para responder a las grandes interrogantes de la humanidad. En este contexto, la ecología estudia los principios ecológicos al nivel del ecosistema, atendiendo a los organismos, las poblaciones y comunidades que lo componen, así como a la biosfera de la cual forman parte.

En una situación ecológica existen cuatro componentes como mínimo para tener un modelo funcional, a saber: 1) Una fuente de energía o cualquier otra función de forzamiento externo; 2) propiedades llamadas variables de estado; 3) vías de flujo en las que se muestran los flujos de energía o transferencias de materia y donde se establecen conexiones entre las propiedades y con las fuerzas; y 4) interacciones o funciones de interacción donde las fuerzas y propiedades interactúan para modificar, amplificar o controlar los flujos o crear nuevas propiedades emergentes.

El concepto de ecosistema, en el concepto de niveles de organización, los seres vivos y su medio abiótico están relacionados de manera indisoluble en una interacción mutua y continua. Cualquier biosistema como unidad que incluya todos los organismos que funcionan juntos (comunidad biótica) en un área determinada, interactuando con el medio físico de tal manera que un flujo de energía conduzca a la formación de estructuras bióticas claramente definidas y al ciclaje de materia entre las partes vivas y no vivas es un sistema ecológico o ecosistemas, se considera la unidad básica de estudio en ecología, porque incluye a los organismos y al medio abiótico, en que cada uno de ellos influye sobre las propiedades del otro y que, en conjunto, son necesarios para el mantenimiento de la vida como se le conoce de la Tierra. Los ecosistemas son sistemas abiertos, por lo que el estudio del ambiente de entrada y el ambiente de salida es una parte fundamental del concepto.

Fue el ecólogo ingles A. G. Tanslley quien propuso en 1935 el término ecosistema, no obstante el concepto ya se conocía. A finales del siglo XIX los enunciados formales aparecieron paralelamente en la literatura americana, europea y rusa términos como biocenosis, microcosmos. Desde principios del siglo pasado los biólogos tuvieron la ideas que la naturaleza funciona como un sistema, pero fue con la teoría de sistemas postulada por Bertalanffy entre 1950 y 1968 que empezaron a desarrollar el campo definido y cuantitativo de la ecología de sistemas, no obstante aún hay desacuerdos en el grado en que los ecosistemas operan en realidad como sistemas generales y al hecho de que sean o no capaces autoorganizarse como los organismos.

Los componentes y procesos que hacen funcional el ecosistema son tres: 1) la comunidad, 2) el flujo de energía, y 3) los ciclos de materiales. El flujo de la energía es unidireccional, una parte de la energía solar que entra se convierte en energía de mayor calidad, se transforma en materia orgánica, forma de energía más concentrada que la luz solar, dentro de la comunidad, no obstante la mayor parte de ella se degrada y pasa por el sistema para salir en forma de energía calorífica de baja calidad. La energía no se puede reutilizar. En contraste los materiales o nutrientes necesarios para la vida como el carbono, nitrógeno y fósforo entre otros, así como los y el agua pueden ser usados una y otra vez.

Todos los ecosistemas son sistemas abiertos, requieren la entrada y salida de la energía. Los ecosistemas por debajo del nivel de organización de la biosfera, también están abiertos, en grados variables, al flujo de materia y a la inmigración y emigración de organismos por lo cual el concepto de ecosistema reconoce que existen un ambiente de entrada y un ambiente de salida que están acoplados y son esenciales para que el ecosistema funcione y se autosostenga.

Estructura del ecosistema, La estructura trófica (nutritiva) posee dos estratos: 1) el estrato autótrofo, superior o faja verde de plantas que realizan fotosíntesis por medio de la cual fijan energía lumínica, usan sustancias inorgánicas simples y la síntesis de sustancias orgánicas complejas, y 2) el estrato heterótrofo, inferior, o faja café, que consta de suelos y sedimentos, materia en descomposición, etc.

Los componentes del ecosistema son: Sustancias inorgánicas: carbono C, Nitrógeno, bióxido de carbono, CO2, y agua H2O entre las más importantes. Componentes orgánicos: proteínas, carbohidratos, lípidos...Condiciones del ambiente físico: como el clima. Productores: organismos autótrofos fundamentalmente plantas verdes. Macroconsumidores o fagótrofos: organismos heterótrofos, animales que comen otros organismos o materia orgánica, micro consumidores o saprótrofos o descomponedores u osmótrofos, hongos, bacterias que obtienen su energía del consumo de tejidos muertos o por absorción de materia orgánica exudada por plantas u otros organismos. Las actividades desintegradoras de los saprótrofos liberan nutrientes orgánicos que pueden utilizar los productores, proporcionan alimentos a los macro consumidores y excretan sustancias que inhiben o estimulan a otros componentes bióticos del ecosistemas.

Una de las características universales de los ecosistemas es la interacción de los componentes autótrofos y heterótrofos. El mayor metabolismo autótrofo ocurre en el estrato superior o faja verde donde se dispone de luz. El metabolismo heterótrofo más intenso ocurre en el estrato inferior o faja café, donde se acumula materia orgánica en los suelos y sedimentos. Las funciones básicas están parcialmente separadas en el tiempo, ya que el consumo por los heterótrofos tiene un retraso considerable. El dosel (parte alta de un ecosistema de bosque) predomina la fotosíntesis, pero sólo una parte de lo sintetizado por las plantas, es usado inmediatamente por la planta, los herbívoros y parásitos. La mayor porción del material sintetizado, escapa del consumo inmediato y llega finalmente al humus y el suelo o sedimentos. Pueden transcurrir semanas meses, años o aun milenios, como en el caso de la materia orgánica que da origen a los combustibles fósiles, antes de utilizar la materia orgánica utilizada.

Los detritos orgánicos o productos de la desintegración, se refiere a toda la materia orgánica resultante de la descomposición de organismos muertos. Tiene un papel importante en la relación entre el mundo vivo e inorgánico. Como principio general, las partes vivas y no vivas están entrelazadas de modo tan estrecho en la naturaleza que es difícil separarlas.

La mayor parte de los elementos vitales se encuentran tanto en el interior como fuera de las células, además se encuentran en estado de flujo entre lo vivo y el medio. Algunas sustancias sólo se encuentran dentro del las células como el ATP, pero otras sólo se encuentran fuera como las sustancias húmicas. El ADN y la clorofila se encuentran tanto dentro como fuera de los organismos vivos, pero sólo son funcionales dentro de los organismos.

En todo estudio del ecosistema debe distinguirse el todo a partir del cual se puedan abstraer sus componentes, ya que las partes no pueden existir sin la identificación de un todo. El o los métodos a seguir dependen de las finalidades del estudio y del grado de detalle con la que se quieran explicar las relaciones o acoplamiento entre los componentes. Por ejemplo cuando se estudia un cambio en el ecosistema, sólo podrán conocerse las propiedades emergentes con el estudio del todo. Por ello para los estudios de impacto ambiental es conveniente el estudio del todo para determinar el grado de afectación de las perturbaciones.

Los organismos se adaptan al medio físico y su acción conjunta adaptan el medio geoquímico a sus necesidades de vida, las comunidades y sus ambientes de entrada y salida se desarrollan juntos como ecosistemas. El comportamiento cíclico y regulado de la física y química tanto de la atmósfera como de la superficie dadas sus condiciones, es único en el sistema solar, por lo que condujo al planteamiento de la hipótesis Gaia la cual sostiene que los organismos han evolucionado con el medio físico para lograr un complejo sistema de control que mantiene las condiciones de la Tierra favorables para la vida.

El medio abiótico controla las actividades de los organismos, pero no todos saben que los organismos ejercen influencia y control de diferentes maneras sobre el ambiente abiótico. Los materiales están en constante cambio gracias a organismos que devuelven al medio nuevos compuestos y fuentes de energía.

Las acciones de los organismos marinos determinan el contenido del mar y sus sedimentos. Las plantas que crecen sobre una duna de arena forman un suelo distinto del sustrato original. Los organismos modifican el  medio abiótico, gracias a la actividad de los animales marinos se llegan formar islas a partir de materia primas disueltas en el océano. Los organismos controlan la composición de la atmósfera. Por esto se dice que existe un control biológico en el nivel global de la biosfera, este es el fundamento de la hipótesis Gaia.

El estudio de los procesos ecológicos para los seres humanos es de gran valor para prevenir las modificaciones al ambiente provocadas por su acción para satisfacer sus necesidades. Los seres humanos en su acción sobre la los ecosistemas, han ignorado e incluso han ido perdiendo la visión de la realidad suponiendo que los alimentos y otros productos tienen su origen en la fábricas, están destruyendo los componentes bióticos necesarios para la existencia fisiológica y están perturbando los equilibrios globales. Los seres humanos como organismos heterótrofos y fagótrofos dependen del medio natural, aun con el uso de la tecnología.

Los aportes de la hipótesis Gaia sugiere la importancia de conocer para preservar los controles que permiten a la biosfera ajustarse a ciertas cantidades de contaminantes como la sobre generación de CO2, calor y otros subproductos no deseados de sus actividades. El ser humano debe preservar la integridad y la inmensa escala del sistema amortiguador de sostén de la vida.