7 de octubre de 2011

Los organismos y su ambiente

[Nota de la autora. Carmen Alcántara]


A partir de ahora intentaré publicar periódicamente los trabajos que voy realizando en el Módulo Superior de Química Ambiental en el que estoy matriculada este año. Espero sirva de ayuda para aquellos que lo necesiten al igual que yo me he servido de bibliografía y publicaciones en Internet durante el proceso de realización. 

La divulgación de la cultura, en todos sus ámbitos, debería ser gratuita y tener accesibilidad absoluta, con la humilde petición de que se haga una nota de referencia con respecto de la autoría y procedencia de la fuente.


Organización y Gestión de la Protección Ambiental | Los organismos y su ambiente

RESUMEN
Introducción

Los seres vivos están en constante interacción con su ambiente, como ejemplo, los vegetales absorben CO2 del aire, agua y nutrientes minerales y liberan agua y oxígeno a la atmósfera, a su vez, los animales consumen plantas y otros animales, digieren el alimento, absorben nutrientes orgánicos y liberan productos de desecho.


Decimos que un organismo está adaptado cuando puede sobrevivir, crecer y reproducirse en unas condiciones ambientales concretas. De no poder obtener recursos y condiciones esenciales el organismo perecería.

 
Si el ambiente terrestre fuera homogéneo y constante, un organismo o grupo de organismos ocuparían todo el planeta, pero el medio cambia y así las condiciones que el ser vivo necesita para sobrevivir, crecer y reproducirse.

Variación de las condiciones ambientales: Concepto espacio – tiempo


Los organismos viven en condiciones ambientales variables (temperatura, humedad, luz y nutrientes). La radiación solar, por tanto, define el ambiente físico en el que vive un organismo ya que influye directamente sobre la temperatura del aire, la humedad atmosférica y la luz.


Por condiciones ambientales se entiende los factores abióticos que varían en el espacio y el tiempo, y a los que los organismos responden de modos distintos.


Cuando la oscilación de la temperatura es extrema, los organismos deben adaptarse a esta condición para su supervivencia, aunque estas variaciones no definen por sí solas el entorno en que vive un ser vivo ya que, en igualdad de hábitat, podemos encontrar distintas especies dependiendo de los distintos microclimas determinados por la radiación solar que posea dicho lugar.


Ambiente interno constante


Los seres vivos deben mantener un ambiente interno constante dentro de unos límites ya que, normalmente, se encuentran en un ambiente físico cambiante. Esta estabilidad es requerida para el perfecto funcionamiento de sus células, órganos y sistemas enzimáticos, así como conservar niveles de hidratación acidez y salinidad entre otros factores. Este equilibrio solo se logra tras el intercambio continuo de energía y materia entre el ambiente y el propio organismo.


El término homeostasis hace referencia a la propiedad para mantener las condiciones internas dentro de un rango que el organismo tolere. El procedimiento por el que se mantiene el medio interno relativamente constante es el mecanismo llamado retroalimentación o feedback, así pues, una vez obtenida la información ambiental, el sistema responde a ella. (Fig. 1.1)



Fig. 1.1 Regulación de la temperatura corporal en los mamíferos.

Llamamos retroalimentación negativa al tipo de reacción que detiene, invierte o inhibe un proceso cuando el sistema se aleja de un umbral fijo.

La retroalimentación positiva, sin embargo, hace referencia al proceso que refuerza los cambios, llevando al sistema a valores cada vez más alejados del umbral.

Rango limitado de condiciones para la homeostasis


Para que la homeostasis funcione, las condiciones ambientales deben estar dentro de unos límites marcados que se pueden representar mediante una gráfica bidimensional (x/y). La abscisa 'x' representa alguna característica ambiental física (ej. la temperatura) mientras que en la ordenada 'y' representará la respuesta de un organismo (ej. supervivencia). El punto máximo sobre el eje x se denomina punto óptimo. Por tanto, la probabilidad de supervivencia será inferior tanto en cuanto las condiciones ambientales varíen alejándose de ese punto óptimo.


La tolerancia ambiental de un organismo estará limitada entre dos valores, mínimo y máximo, más allá de los cuales un organismo no sobrevivirá. Sin embargo, entre esos valores el organismo podría sobrevivir aunque no aseguraría ni su crecimiento, ni su capacidad de reproducirse. (Fig. 1.2)



Fig. 1.2 Curva de tolerancia para la población de una sola especie en un sólo gradiente ambiental.

Debido a que los organismos responden a una variedad de factores ambientales, cualquier factor puede, potencialmente, limitar su actividad. La ley del mínimo (Justus von Liebig, 1840) nos dice que la limitación mayor para la supervivencia, el crecimiento y la reproducción la marca el factor ambiental que se halla en valores más limitantes o menores. Así, los rangos de un organismo están entre el ‘demasiado’ y el ‘demasiado poco’, los cuales denominamos límites de tolerancia. El concepto de que las condiciones mínima y máxima limitan la presencia y el éxito del organismo se denomina ley de la tolerancia.


Capacidad funcional de un mismo organismo en condiciones ambientales distintas


Las mismas características intrínsecas que permiten a un organismo funcionar sin problemas en ciertas condiciones, limitan su actividad en otras distintas, así, las características propias de un organismo, también impone sus propias restricciones.


Un claro ejemplo es el que se muestra en la Fig 1.3, donde se compara la morfología del pico de las aves con el tipo de alimentación.



Fig. 1.3 Anatomía comparada

Distribución de los seres vivos según la variación ambiental


Entendemos por distribución la presencia o ausencia de una especie en un espacio determinado. Sin embargo, el termino abundancia hace referencia a la cantidad o al tamaño poblacional.


La distribución geográfica de un organismo se ve limitada a la región en que los factores físicos se sitúan dentro del rango de tolerancia de dicho organismo.

El nivel de tolerancia a temperaturas mínimas y máximas define, por tanto, los límites de distribución de una especie aunque con condiciones cercanas a los límites de tolerancia podrían ser suficientes para mantener la supervivencia, el crecimiento y la reproducción tal como señalábamos anteriormente, sin embargo, la abundancia de una especie aumentará a medida que nos desplacemos hacia unas condiciones ambientales óptimas para los miembros de dicha especie, por el contrario, encontraremos menos tamaño poblacional cuanto más se aleje del punto óptimo.


Los organismos y su hábitat


Los organismos reaccionan ante una variedad de factores ambientales y sólo pueden ocupar un cierto hábitat cuando los valores de esos factores están dentro del rango de tolerancia de la especie. El lugar real en que vive un organismo se denomina hábitat. Se puede definir a distintos niveles o escalas debido a que el hábitat describe una localización (ej. país, región, ciudad, casa) su actividad (ej. comer, dormir, ducharnos). Existe, además, una jerarquía de ambientes físicos adecuados que también limita el hábitat de las especies.

 
Definición de nicho

La palabra ‘nicho’ se refiere a un hueco o concavidad en una pared donde se coloca de forma ajustada algún objeto. Tras diferentes consideraciones descritas por diferentes autores se concluyó con el concepto de nicho como la función que un organismo desempeña dentro del lugar que habita y el modo de hacerlo, por tanto, está en relación directa con los factores bióticos y abióticos donde se incluyen las condiciones físicas, químicas y biológicas necesarias para que una especie pueda sobrevivir, crecer y reproducirse dentro de un ecosistema.


Por tanto, al contrario de la gráfica bidimensional que representa la curva de tolerancia, si quisiéramos plasmar gráficamente el concepto de nicho deberíamos hacerlo de una forma multidimensional conocida como un hipervolumen o nicho de Hutchinson. (Fig. 1.4)

 

Fig. 1.4 Nicho de Hutchinson

Los organismos con un rango amplio de tolerancias ocupan un nicho extenso. Tales organismos se llaman generalistas. Los organismos con un rango estrecho de tolerancias ocupan un nicho más reducido y se denominan especialistas.



ESQUEMA

Introducción
 
  • Interacción de los seres vivos con su ambiente.
  • Concepto de adaptación.
  • Condiciones ambientales óptimas para sobrevivir, crecer y reproducirse.
  • Necesidad de adaptación a las condiciones ambientales cambiantes.
Variación de las condiciones ambientales: Concepto espacio – tiempo 
  • Ambientes abióticos variables: Temperatura, humedad, luz y nutrientes.
  • Definición de espacio. Ubicación (latitud, región, localidad...).
  • Definición de tiempo. Periodo (anual, estacional, diariamente...).
  • Diferentes organismos adaptados en iguales condiciones ambientales, mismo espacio y tiempo. Rango de las diferencias microclimáticas.
Ambiente interno constante 
  • Concepto de Homeostasis.
  • Necesidad del organismo de intercambiar energía y materia con su ambiente físico.
  • Mecanismo de retroalimentación o feedback.
  • Diferencias entre retroalimentación positiva y negativa.
Rango limitado de condiciones para la homeostasis 
  • Respuesta de los organismos a un gradiente ambiental.
  • Valores mínimos y máximos: Concepto de tolerancia ambiental.
  • Rango de factores ambientales óptimos.
  • Tolerancia para cada tipo de organismo.
  • Ley del mínimo de Leibig: Supervivencia, crecimiento y reproducción.
  • Límites de tolerancia: Ley de tolerancia.
Capacidad funcional de un mismo organismo en condiciones ambientales distintas 
  • Limitación de la actividad del organismo.
  • Relación entre las características intrínsecas de un mismo organismo y sus restricciones. (Ejemplo: adaptación morfológica bucal respecto del tipo de alimentación).
Distribución de los seres vivos según la variación ambiental 
  • Concepto de distribución: Presencia – Ausencia.
  • Concepto de abundancia: Cantidad y tamaño.
  • Mayor grado de tolerancia = Mayor área de distribución de una especie.
  • Relación entre las condiciones ambientales óptimas y la abundancia en una especie.
Los organismos y su hábitat 
  • Descripción y definición de hábitat: Localización.
  • Distintos niveles de hábitat: Escalas.
Definición de nicho 
  • Relación entre hábitat y nicho.
  • Definición de hipervolumen. Concepto de diagrama tridimensional.
  • Factores ambientales bióticos y abióticos como parte del nicho.
  • Amplio rango de tolerancia = Mayor nicho.
  • Especies generalistas y especialistas.


    CUESTIONARIO

1. ¿Cómo influye la radiación solar sobre la variabilidad del ambiente físico de un organismo?

La radiación solar influye directamente sobre la temperatura del aire, la humedad atmosférica y la luz, por tanto, define el ambiente físico en el que vive un organismo y la necesidad de este para adaptarse a dichas variaciones, en algunos casos extremas, y alcanzar así el nivel óptimo de supervivencia.

2. ¿Por qué deben mantener los seres vivos un ambiente interno relativamente constante?


Los organismos pueden mantener casi constante y estable su ambiente interno a pesar de que cambien sus condiciones externas mediante un intercambio continuo de energía y materia debido a que para su supervivencia se ven obligados a mantenerse dentro unos límites requeridos por sus células y sistemas enzimáticos así como otros factores (por ejemplo, acidez, salinidad, niveles de agua...).

3. ¿Qué es la homeostasis? ¿Cómo se relaciona con la supervivencia en un ambiente variable?

 

Se considera a la homeostasis o estado estable a la condición de relativa estabilidad en que se conserva un organismo. Esto se debe a que sus sistemas están funcionando de manera coordinada para conservar dentro de ciertos rangos, considerados como óptimos, a todas y a cada una de sus constantes biológicas.

Cuando cualquiera de estas constantes se sale del límite permitido, se activan funciones que restituyen nuevamente las condiciones iniciales a la constante que ha sufrido el cambio, y el organismo recupera sus condiciones de estabilidad y por lo tanto de normalidad u homeostasis.

4. Compara la retroalimentación negativa con la positiva.


En un ambiente variable cada organismo utiliza unos mecanismos de autocontrol o autorregulación, basados en los sistemas de retroalimentación (feedback) negativos y positivos para acercarse o alejarse de un umbral fijo que lo perturba.

Llamamos feedback negativo a la reacción que detiene, invierte o inhibe el proceso que provoca la alteración acercándose de nuevo al umbral óptimo.

En el caso de feedback positivo, el proceso de retroalimentación refuerza la perturbación, llevando al sistema a valores cada vez más alejados el umbral de tolerancia, llegando incluso a dañar el sistema.
 

5. Describe la curva de tolerancia.

La respuesta de un organismo a un gradiente ambiental se sitúa dentro de unos límites de tolerancia. Los valores mínimos y máximos indican la tolerancia ambiental de dicho organismo y se representa por una curva en forma de campana que describe su rendimiento. Podemos decir que el máximo rendimiento de un organismo es el valor máximo sobre el eje x, el cual denominamos punto óptimo para su supervivencia, crecimiento y reproducción los cuales se verán directamente limitados cuanto más se alejen estos valores de dicho punto.

6. Los organismos pueden tener un rango de tolerancia amplio para su supervivencia y, sin embargo, mostrar una distribución muy restringida. ¿Por qué? Da algunos ejemplos.


Para explicar por qué un organismo, con un rango de tolerancia amplio, posee una distribución restringida debemos hacer referencia a la Ley del mínimo de Liebig donde se dice que la distribución de una especie estará controlada por el factor ambiental para el que el organismo tiene un rango de adaptabilidad o control más estrecho.

7. ¿Cómo se relaciona la distribución y abundancia de los organismos con el ambiente físico y las tolerancias de esos organismos?


La tolerancia de un organismo se limita, entre otros factores, con el ambiente físico donde se encuentra (temperatura, humedad, luz, nutrientes...). Además, entendemos la distribución como la presencia o ausencia del organismo en un espacio dependiendo de si el hábitat proporciona el rango de tolerancia ambiental para que la especie sobreviva. Por otro lado, el concepto de abundancia hace referencia a la cantidad o al tamaño poblacional. Los límites de tolerancia, y por tanto su grado óptimo, están íntimamente ligados con estos conceptos. Podemos decir por tanto que cuando las condiciones ambientales se aproximan a las tolerancias mínima y máxima de un organismo, menor será el número de individuos y a medida que nos desplacemos hacia las condiciones óptimas el número de especies aumentará

8. Explica las diferencias entre el hábitat de un organismo y su nicho ecológico.


Aunque son dos conceptos en estrecha relación, hablamos de hábitat cuando nos referimos al lugar físico del ecosistema donde se dan las condiciones ambientales óptimas para la perfecta adaptación que requiere una especie.

Sin embargo, hablamos de nicho ecológico no como el área sino como la función que un organismo desempeña dentro del lugar que habita y el modo de hacerlo, por tanto, está en relación directa con los factores bióticos y abióticos donde se incluyen las condiciones físicas, químicas y biológicas necesarias para que una especie pueda sobrevivir, crecer y reproducirse dentro de un ecosistema. El nicho de una especie queda determinado por los factores físicos y químicos tales como la temperatura, la humedad y la luz dentro del ese ecosistema. Entre factores biológicos distinguimos tanto el tipo de alimentación como los depredadores o competidores que rivalizan por el mismo hábitat.



BIBLIOGRAFÍA

-
Ciencias ambientales: ecología y desarrollo (Pearson Educación) | Bernard J. Nebel / Richard T. Wright
- Introducción a la Química Ambiental. Stanley E. Manahan, ed. Reverté Unam
- Relación de fuentes en Internet: