Ecologia: Conceptes Clau, Ecosistemes i Impacte Climàtic

Què és l'Ecologia?

L'ecologia és l'estudi de la llar, una branca de la biologia que estudia les interrelacions dels organismes i el seu voltant, en un ambient biofísic. Té components biòtics (altres organismes) i abiòtics.

• Ciència pura: Entendre els processos responsables de l'estructura i composició d'una comunitat de plantes.
• Ciència aplicada: Predir què passarà a una població d'organismes en unes circumstàncies per intentar controlar-la o explotar-la.

Escales d'Estudi en Ecologia

Escala Biològica

El món dels éssers vius es pot estudiar segons una jerarquia biològica:

1. Partícules subcel·lulars
2. Cèl·lules
3. Teixits
4. Òrgans

A nivell ecològic, es divideix en:

• Ecologia de l'ecosistema: Estudia els fluxos d'energia i matèria entre elements vius i no vius, formant una comunitat.
• Ecologia de comunitat: Analitza la composició o estructura de les comunitats, incloent les interaccions interespecífiques i intraespecífiques.
• Ecologia de població: Examina la presència/absència de determinades espècies, la seva abundància o raresa, i les seves tendències o fluctuacions.
• Ecologia de l'organisme: Investiga com els organismes són afectats pel medi abiòtic i com l'afecten.

Escala Espacial

L'estudi ecològic pot ser a gran escala (per exemple, relacions entre corrents oceànics i pesca) o a petita escala (per exemple, l'estudi a nivell d'una cèl·lula individual on dues poblacions de patògens competeixen pels recursos d'aquesta).

Escala Temporal

La relació amb les altres escales és dinàmica; les poblacions es mouen al mateix temps que se n'extingeixen d'altres. Es pot estudiar a temps curt (setmanes/mesos) o a temps llarg (des de l'última glaciació).

L'Ecologia com a Ciència Interdisciplinària

Les interaccions dels organismes amb el medi impliquen respostes fisiològiques, de comportament i físiques. Per això, l'ecologia requereix coneixements de:

• Fisiologia
• Bioquímica
• Genètica
• Geologia
• Hidrologia
• Meteorologia

A partir de les dades, els ecòlegs desenvolupen models amb abstraccions i simplificacions de fenòmens naturals per formular hipòtesis i predir esdeveniments (per exemple,"Què passarà si...").

Conceptes Clau de l'Ecosistema

Un ecosistema és un sistema viu (biòtic) i físic (abiòtic). El terme eco fa referència a l'ambient, i sistema a les parts involucrades que actuen formant una unitat. És el conjunt que formen els organismes que viuen en una àrea i el seu ambient físic.

Biòtop

Territori amb unes condicions ambientals estables.

Biocenosi

Conjunt de flora i fauna i les seves interaccions.

Hàbitat

Lloc específic que engloba un conjunt de condicions que afavoreixen i condicionen la permanència d'una determinada espècie.

Ecotop

Ecosistema d'abast local, que té determinades característiques homogènies quant a flora, fisonomia i formes de vida en general.

Ecotó

Zona de transició entre dues o més comunitats ecològiques.

Processos Fonamentals als Ecosistemes

1. Cicle de l'aigua: Evaporació → transport → precipitació → absorció.
2. Cicle de nutrients: Per exemple, el carboni passa de l'atmosfera als éssers vius i viceversa.
3. Flux d'energia: De plantes a herbívors, carnívors i descomponedors (cadena tròfica). Cada nivell és un nivell tròfic.
4. Dinàmica de la comunitat: Canvis en el temps (successió ecològica).

Disciplines de l'Ecologia

Autoecologia

Estudia les relacions entre un organisme i el seu medi, considerant factors abiòtics i biòtics.

Sinecologia

Estudia les comunitats i les relacions interespecífiques.

Ecologia de la conservació

Analitza l'impacte de l'ús del sòl en ecosistemes naturals.

Ecologia de la restauració

S'enfoca en la recuperació de terres degradades.

Ecologia fisiològica

Estudia la resposta dels organismes a factors ambientals com la temperatura, la humitat i la llum.

Ecologia vs. Ecologisme

Ecologia

Ciència que intenta comprendre el funcionament dels ecosistemes i estudiar les espècies i les seves relacions amb el medi.

Ecologisme

Ideologia amb fonaments ètics i orientació política que busca protegir el medi natural a partir de fer canvis en aquelles activitats humanes que el perjudiquen.

Preguntes Freqüents en Ecologia

• Selecciona l'ordre correcte de l’escala biològica: Organismes – Poblacions – Comunitats – Ecosistema.
• Per a què diries que són importants les simplificacions i abstraccions que desenvolupen els ecòlegs a partir de la formulació d’una hipòtesi? Per entendre quin és el funcionament dels processos naturals.
• Tria les correctes: La cadena tròfica està relacionada directament amb: el flux d'energia entre organismes, ja que això condiciona la presència i densitat d'aquests, i la presència de representants de tots els nivells tròfics, ja que això condiciona el flux d'energia.
• A l'estudiar la interacció entre un ramat d'elefants amb un ramat de gaseles, estem estudiant l'ecologia de: una població.
• Quina relació creus que hi ha entre els diferents tipus d’escala? En el cas de l'espacial pot ser aplicada a petita o gran escala. Pel que fa a la temporal, es produeix quan hi ha una contínua colonització d’una zona per part de certes poblacions d’espècies i succeeix alhora que se n’extingeixen d’altres. En la biològica, que s’inicia amb les partícules subcel·lulars, segueix amb les cèl·lules, els teixits i els òrgans, i es compon per tres nivells.
• Quina de les quatre definicions d'ecologia és la correcta? És la branca de la biologia que estudia les interrelacions entre organismes i les seves relacions amb el seu voltant, incloent el flux de matèria orgànica i energia i la seva transformació pels organismes vius.
• Quina de les següents afirmacions és falsa? L’ecologisme és una disciplina científica que busca protegir el medi natural a partir de fer canvis en aquelles activitats humanes que el malmeten o perjudiquen.
• Un biòtop és: Un territori amb unes condicions ambientals determinades que permeten l’existència d’un conjunt de flora i fauna.
• Quina diferència hi ha entre ecotop i ecotó? Un ecotop és un territori amb unes determinades condicions ambientals, mentre que l'ecotó fa referència a la zona de transició entre dues o més comunitats ecològiques.
• Anomenem hàbitat a: Un lloc específic que engloba un conjunt de condicions que afavoreixen i condicionen la permanència d’una determinada espècie.
• Què estudia la sinecologia? Estudia com funcionen, com s’organitzen i com es relacionen diferents comunitats entre si.
• L’ecologia, a escala biològica, s’encarrega d’estudiar: Els quatre nivells en els quals es divideix l’entorn: organisme, població, comunitat i ecosistema.
• Quina és l'afirmació correcta respecte a la definició d'ecologia i ecologisme? L’ecologia és una ciència, els ecologistes promouen ideologies.

Terminologia Ecològica Clau

Epífites

Plantes que creixen sobre altres plantes, sovint exposades a la radiació solar.

Poiquilohídriques

Organismes que no regulen el seu contingut d'aigua i són tolerants a la dessecació.

Bioremediadores

Organismes que ajuden a eliminar contaminants, com metalls pesants.

Esciòfiles

Espècies que prefereixen o toleren l'ombra.

Freatòfites

Plantes adaptades a la sequera, amb arrels profundes que arriben a l'aigua subterrània.

Termòfiles

Organismes que prosperen a altes temperatures.

Halòfites

Plantes que toleren alts nivells de salinitat.

Xeròfites

Plantes adaptades a ambients secs o amb sequera.

Gipsòfiles

Espècies que creixen en sòls rics en guix.

Alòctones

Espècies que no són natives d'una regió.

Cosmopolites

Espècies que es troben en una gran varietat de regions del món.

Biodiversitat

Varietat d'éssers vius en un ecosistema.

Autòctones

Espècies pròpies del lloc.

Eurioiques

Espècies amb gran tolerància a diferents condicions ambientals.

Endèmiques

Espècies que només es troben en una àrea geogràfica concreta.

Factors Ambientals: Condicions i Recursos

Definicions

• Condicions: Factors ambientals que varien en espai i temps, però no són consumits pels organismes. Ex: temperatura.
• Recursos: Factors ambientals que són consumits i poden esgotar-se. Ex: aigua, llum solar, nutrients, CO₂.
• Distribució dels organismes: Depèn de les condicions del medi i de la disponibilitat de recursos.

Resposta dels Organismes a Condicions i Recursos

• Corba a: Les condicions extremes són letals, però dins d'un rang favorable els organismes sobreviuen, creixen i es reprodueixen.
• Corba b: Letalitat només a altes intensitats (ex: compostos tòxics).
• Corba c: Necessitat d’un recurs en baixes concentracions, però toxicitat en excés (ex: minerals com el coure).

Condicions del Medi

• Temperatura: Afecta la distribució d'espècies. Els microclimes creen variabilitat dins d'una mateixa regió.
• Humitat relativa: Influeix en la distribució d'espècies adaptades a climes àrids o humits.
• pH: Rang de vida en plantes entre pH 3-9. Algunes espècies estan especialitzades en sòls àcids o calcaris.
• Salinitat: Diferents espècies toleren diversos nivells de sals, fet que determina la seva ubicació en estuaris i ecosistemes aquàtics.
• Contaminació ambiental: Algunes espècies toleren sòls contaminats amb metalls pesants, mentre que altres no.

Recursos del Medi

• Radiació solar: Diferent absorció segons la vegetació. En boscos, només el 2-5% de la llum arriba al sòl.
• CO₂: Necessari per a la fotosíntesi, però la seva disponibilitat varia.
• Aigua: Factor limitant en plantes. Les estratègies d'adaptació inclouen cutícules gruixudes i estomes enfonsats.
• Nutrients minerals: Macronutrients essencials (N, P, K) i micronutrients (Fe, Zn, Cu).
• Oxigen: Factor limitant en medis aquàtics o sòls inundats.
• Organismes com a recurs: Relació entre depredadors, paràsits i preses. Generalistes vs. especialistes.
• Espai com a recurs: Pot ser limitant si hi ha competència (ex: caus, territoris).

El Nínxol Ecològic

• Diferència entre hàbitat i nínxol: Hàbitat és el lloc on viu un organisme. Nínxol és el conjunt de condicions i recursos que permeten la seva existència.
• Concepte de nínxol d'Elton (1933): Analogia amb els oficis humans (manera de guanyar-se la vida).
• Concepte de Hutchinson (1957): Defineix el nínxol com un hipervolum de múltiples dimensions on una espècie pot mantenir una població viable. Les dimensions inclouen temperatura, humitat, pH, flux d’aigua, recursos alimentaris, etc.

Nutrients Essencials per a les Plantes

Els nutrients de les plantes es classifiquen en quatre tipus:

• Essencials: Necessaris per completar el cicle biològic.
• Beneficiosos: Milloren el creixement, però no són imprescindibles.
• Inútils o accessoris: No afecten el creixement.
• Tòxics: Perjudicials per a la planta i poden ser letals, ja sigui per la seva naturalesa (As, Cd, Pb, Hg, etc.) o per una concentració excessiva.

Nutrients Essencials (17 en total)

• Orgànics (3): C, H i O. Representen el 90-95% de la matèria seca (MS).
• Inorgànics (14): Representen el 5-10% de la matèria seca.
  • Macronutrients (6) (>0,1% MS): N, K, Ca, P, S, Mg.
  • Micronutrients (8) (<0,01% MS): Fe, B, Mn, Zn, Cu, Cl, Mo, Ni.

Criteris d'Essencialitat

• Sense ells, la planta no pot completar el seu cicle.
• No poden ser substituïts per altres elements.
• Tenen funcions específiques en la nutrició vegetal.

Patrons Espacials i Temporals en Ecologia

Patrons Espacials a Gran i Petita Escala

• La radiació solar, els corrents oceànics i l’orografia generen un mosaic de zones climàtiques (húmides, seques, fredes i càlides).
• En cada zona, els organismes evolucionen adaptant-se a les condicions ambientals, donant lloc a biomes amb espècies diferents però estructures similars.
• Els biomes agrupen ecosistemes amb vegetació i fauna semblants, influenciats pel clima.
• Dins d’un bioma, la topografia i els sòls generen variacions locals que afecten la distribució d’espècies (exemple: les variacions d’altitud a les muntanyes repliquen els canvis latitudinals).

Patrons Temporals: La Successió Ecològica

• Les comunitats canvien no només en l'espai, sinó també en el temps.
• Factors com la disponibilitat de recursos i les condicions ambientals influeixen en aquests canvis, que poden ser ràpids (hores/dies) o molt lents (segles/mil·lennis).
• Aquest procés de canvi en la composició d’espècies d’un ecosistema es coneix com a successió ecològica.

Biomes del Món

Biomes Terrestres

Es classifiquen segons la seva vegetació dominant, determinada per la temperatura i les precipitacions anuals:

Selva tropical

Alta biodiversitat, precipitacions freqüents, sense estacions marcades, vegetació frondosa.

Sabana

Praderies amb arbres dispersos, estacionalitat en pluges, el foc i els herbívors determinen la vegetació.

Estepa

Pluviositat escassa, predomini de gramínies, temperatures extremes, sòls rics en minerals però pobres en matèria orgànica.

Desert

Clima àrid (<125 mm/pluja anual), amplitud tèrmica extrema, vegetació xeròfila adaptada a la sequera.

Boscos caducifolis

Arbres de fulla caduca, sòls rics en matèria orgànica, fauna diversa amb adaptacions a les estacions fredes.

Taigà (bosc boreal)

Coníferes perennes, hiverns llargs i freds, menor biodiversitat però amb grans herbívors.

Boscos mediterranis

Pluges irregulars, estius secs, vegetació adaptada a la sequera (alzines, pins, matollars densos).

Tundra

Clima fred amb permafrost, vegetació baixa (líquens, molses), fauna amb cicles d’expansió/col·lapse.

Biomes Aquàtics

• Aigües continentals (rius i llacs): Sistemes d’aigua dolça amb ecosistemes dependents de la disponibilitat d’oxigen, nutrients i corrents.
• Mars i oceans: Ecosistemes amb zones diferenciades per profunditat, on la disponibilitat de llum i temperatura afecten la biodiversitat.

El Canvi Climàtic

El Canvi Climàtic és una alteració climàtica a llarg termini, diferent de la variabilitat climàtica natural.

Causes

• Naturals: Radiació solar, vulcanisme.
• Humanes: Gasos d’efecte hivernacle (CO₂, N₂O, metà).

Impactes Globals

• Augment de la temperatura global (+1.5-2°C al segle XXI).
• Més contrastos en les precipitacions.
• Persistència del canvi climàtic fins i tot si cessen les emissions.

Impacte a Espanya

• Augment de la temperatura (+1-8°C segons el període).
• Disminució de les precipitacions, amb un impacte menor que l’augment de temperatura.

Impacte en l'Agricultura

• Menor rendiment en zones càlides (-25% a l’Àfrica, Àsia, Mèxic, sud dels EUA).
• Benefici a Canadà, Rússia, Escandinàvia.
• Expansió de plagues i males herbes cap als pols.

Impacte a Europa

• Sud: Disminució de la producció, terres abandonades (-80% valor terres el 2100).
• Nord: Millors condicions agrícoles.
• Impacte en els preus dels aliments.

Conclusió: El canvi climàtic és un fenomen irreversible amb greus impactes en el clima, l’agricultura i l’economia global.