Un ecosistema (o sistema ecológico ) es un sistema que los ambientes y sus organismos forman a través de su interacción. [2] : 458 Los componentes bióticos y abióticos están vinculados entre sí a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía .
Los ecosistemas están controlados por factores externos e internos . Los factores externos, como el clima , el material parental que forma el suelo y la topografía , controlan la estructura general de un ecosistema, pero en sí mismos no están influenciados por el ecosistema. Los factores internos están controlados, por ejemplo, por la descomposición , la competencia de las raíces, la sombra, la perturbación, la sucesión y los tipos de especies presentes. Si bien los aportes de recursos generalmente están controlados por procesos externos, la disponibilidad de estos recursos dentro del ecosistema está controlada por factores internos. Por lo tanto, los factores internos no sólo controlan los procesos del ecosistema sino que también son controlados por ellos.
Los ecosistemas son entidades dinámicas: están sujetos a perturbaciones periódicas y siempre están en proceso de recuperación de alguna perturbación pasada. La tendencia de un ecosistema a permanecer cerca de su estado de equilibrio, a pesar de esa perturbación, se denomina resistencia . La capacidad de un sistema para absorber perturbaciones y reorganizarse mientras sufre cambios para conservar esencialmente la misma función, estructura, identidad y retroalimentación se denomina resiliencia ecológica . Los ecosistemas se pueden estudiar a través de una variedad de enfoques: estudios teóricos, estudios que monitorean ecosistemas específicos durante largos períodos de tiempo, aquellos que analizan las diferencias entre ecosistemas para dilucidar cómo funcionan y experimentación de manipulación directa. Los biomas son clases o categorías generales de ecosistemas. Sin embargo, no existe una distinción clara entre biomas y ecosistemas. Las clasificaciones de ecosistemas son tipos específicos de clasificaciones ecológicas que consideran los cuatro elementos de la definición de ecosistemas : un componente biótico, un complejo abiótico , las interacciones entre ellos y dentro de ellos, y el espacio físico que ocupan. Los factores bióticos del ecosistema son seres vivos; como plantas, animales y bacterias, mientras que los abióticos son componentes no vivos; como el agua, el suelo y la atmósfera.
Las plantas permiten que la energía ingrese al sistema a través de la fotosíntesis , formando tejido vegetal. Los animales desempeñan un papel importante en el movimiento de materia y energía a través del sistema, alimentándose de plantas y unos de otros. También influyen en la cantidad de biomasa vegetal y microbiana presente. Al descomponer la materia orgánica muerta , los descomponedores liberan carbono a la atmósfera y facilitan el ciclo de los nutrientes al convertir los nutrientes almacenados en la biomasa muerta a una forma que las plantas y los microbios puedan utilizar fácilmente.
Los ecosistemas proporcionan una variedad de bienes y servicios de los que dependen las personas y de los que pueden formar parte. Los bienes de los ecosistemas incluyen los "productos materiales tangibles" de los procesos de los ecosistemas, como el agua, los alimentos, el combustible, el material de construcción y las plantas medicinales . Los servicios ecosistémicos , por otra parte, son generalmente "mejoras en la condición o ubicación de cosas de valor". Estos incluyen cosas como el mantenimiento de los ciclos hidrológicos , la limpieza del aire y el agua, el mantenimiento del oxígeno en la atmósfera, la polinización de cultivos e incluso cosas como la belleza, la inspiración y las oportunidades de investigación. Muchos ecosistemas se degradan debido a los impactos humanos, como la pérdida de suelo , la contaminación del aire y del agua , la fragmentación del hábitat , la desviación de agua , la extinción de incendios y las especies introducidas y las especies invasoras . Estas amenazas pueden conducir a una transformación abrupta del ecosistema o a una alteración gradual de los procesos bióticos y la degradación de las condiciones abióticas del ecosistema. Una vez que el ecosistema original ha perdido sus características definitorias, se considera "colapsado ". La restauración de ecosistemas puede contribuir al logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible .
Un ecosistema (o sistema ecológico) está formado por todos los organismos y los estanques abióticos (o entorno físico) con los que interactúan. [3] [4] : 5 [2] : 458 Los componentes bióticos y abióticos están vinculados entre sí a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía. [5]
Los "procesos ecosistémicos" son las transferencias de energía y materiales de un grupo a otro. [2] : Se sabe que 458 procesos de los ecosistemas "tienen lugar en una amplia gama de escalas". Por tanto, la escala de estudio correcta depende de la pregunta formulada. [4] : 5
El término "ecosistema" se utilizó por primera vez en 1935 en una publicación del ecologista británico Arthur Tansley . El término fue acuñado por Arthur Roy Clapham , a quien se le ocurrió la palabra a petición de Tansley. [6] Tansley ideó el concepto para llamar la atención sobre la importancia de las transferencias de materiales entre los organismos y su entorno. [4] : 9 Más tarde refinó el término, describiéndolo como "El sistema completo... incluyendo no sólo el complejo de organismos, sino también todo el complejo de factores físicos que forman lo que llamamos el medio ambiente". [3] Tansley consideraba los ecosistemas no simplemente como unidades naturales, sino como "aislamientos mentales". [3] Tansley definió más tarde la extensión espacial de los ecosistemas utilizando el término " ecotopo ". [7]
G. Evelyn Hutchinson , una limnóloga contemporánea de Tansley, combinó las ideas de Charles Elton sobre la ecología trófica con las del geoquímico ruso Vladimir Vernadsky . Como resultado, sugirió que la disponibilidad de nutrientes minerales en un lago limitaba la producción de algas . Esto, a su vez, limitaría la abundancia de animales que se alimentan de algas. Raymond Lindeman llevó estas ideas más allá al sugerir que el flujo de energía a través de un lago era el principal impulsor del ecosistema. Los estudiantes de Hutchinson, los hermanos Howard T. Odum y Eugene P. Odum , desarrollaron aún más un "enfoque de sistemas" para el estudio de los ecosistemas. Esto les permitió estudiar el flujo de energía y material a través de sistemas ecológicos. [4] : 9
Los ecosistemas están controlados por factores tanto externos como internos. Los factores externos, también llamados factores de estado, controlan la estructura general de un ecosistema y la forma en que funcionan las cosas dentro de él, pero en sí mismos no están influenciados por el ecosistema. En amplias escalas geográficas, el clima es el factor que "determina con mayor fuerza los procesos y la estructura de los ecosistemas". [4] : 14 El clima determina el bioma en el que está incrustado el ecosistema. Los patrones de lluvia y las temperaturas estacionales influyen en la fotosíntesis y, por lo tanto, determinan la cantidad de energía disponible para el ecosistema. [8] : 145
El material parental determina la naturaleza del suelo en un ecosistema e influye en el suministro de nutrientes minerales. La topografía también controla los procesos de los ecosistemas al afectar cosas como el microclima , el desarrollo del suelo y el movimiento del agua a través de un sistema. Por ejemplo, los ecosistemas pueden ser bastante diferentes si están situados en una pequeña depresión del paisaje, frente a uno presente en una ladera empinada adyacente. [9] : 39 [10] : 66
Otros factores externos que desempeñan un papel importante en el funcionamiento de los ecosistemas incluyen el tiempo y la biota potencial , los organismos que están presentes en una región y que potencialmente podrían ocupar un sitio en particular. Los ecosistemas en ambientes similares que están ubicados en diferentes partes del mundo pueden terminar haciendo las cosas de manera muy diferente simplemente porque tienen diferentes grupos de especies presentes. [11] : 321 La introducción de especies no nativas puede causar cambios sustanciales en la función del ecosistema. [12]
A diferencia de los factores externos, los factores internos de los ecosistemas no sólo controlan los procesos de los ecosistemas sino que también son controlados por ellos. [4] : 16 Si bien los aportes de recursos generalmente están controlados por procesos externos como el clima y el material parental, la disponibilidad de estos recursos dentro del ecosistema está controlada por factores internos como la descomposición, la competencia de las raíces o la sombra. [13] Otros factores como la perturbación, la sucesión o los tipos de especies presentes también son factores internos.
La producción primaria es la producción de materia orgánica a partir de fuentes de carbono inorgánico. Esto ocurre principalmente a través de la fotosíntesis . La energía incorporada a través de este proceso sustenta la vida en la Tierra, mientras que el carbono constituye gran parte de la materia orgánica en la biomasa viva y muerta, el carbono del suelo y los combustibles fósiles . También impulsa el ciclo del carbono , que influye en el clima global a través del efecto invernadero .
Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas capturan energía de la luz y la utilizan para combinar dióxido de carbono y agua para producir carbohidratos y oxígeno . La fotosíntesis que llevan a cabo todas las plantas de un ecosistema se denomina producción primaria bruta (PPB). [8] : 124 Aproximadamente la mitad del PIB bruto es respirado por las plantas para proporcionar la energía que sustenta su crecimiento y mantenimiento. [14] : 157 El resto, la porción del GPP que no se consume por la respiración, se conoce como producción primaria neta (PNP). [14] : 157 La fotosíntesis total está limitada por una variedad de factores ambientales. Estos incluyen la cantidad de luz disponible, la cantidad de área foliar que una planta tiene para capturar la luz (la sombra de otras plantas es una limitación importante de la fotosíntesis), la velocidad a la que se puede suministrar dióxido de carbono a los cloroplastos para apoyar la fotosíntesis, la disponibilidad de agua, y la disponibilidad de temperaturas adecuadas para realizar la fotosíntesis. [8] : 155
La energía y el carbono ingresan a los ecosistemas a través de la fotosíntesis, se incorporan a los tejidos vivos, se transfieren a otros organismos que se alimentan de materia vegetal viva y muerta y, finalmente, se liberan a través de la respiración. [14] : 157 El carbono y la energía incorporados a los tejidos vegetales (producción primaria neta) son consumidos por los animales mientras la planta está viva o permanecen sin consumirse cuando el tejido vegetal muere y se convierte en detritos . En los ecosistemas terrestres , la gran mayoría de la producción primaria neta acaba siendo descompuesta por los descomponedores . El resto es consumido por los animales en vida y entra en el sistema trófico vegetal. Después de que las plantas y los animales mueren, la materia orgánica que contienen ingresa al sistema trófico basado en detritos. [15]
La respiración del ecosistema es la suma de la respiración de todos los organismos vivos (plantas, animales y descomponedores) del ecosistema. [16] La producción neta del ecosistema es la diferencia entre la producción primaria bruta (GPP) y la respiración del ecosistema. [17] En ausencia de perturbaciones, la producción neta del ecosistema es equivalente a la acumulación neta de carbono en el ecosistema.
La energía también puede liberarse de un ecosistema a través de perturbaciones como incendios forestales o transferirse a otros ecosistemas (por ejemplo, de un bosque a un arroyo o a un lago) mediante la erosión .
En los sistemas acuáticos , la proporción de biomasa vegetal que consumen los herbívoros es mucho mayor que en los sistemas terrestres. [15] En los sistemas tróficos, los organismos fotosintéticos son los productores primarios. Los organismos que consumen sus tejidos se denominan consumidores primarios o productores secundarios : herbívoros . Los organismos que se alimentan de microbios ( bacterias y hongos ) se denominan microbívoros . Los animales que se alimentan de consumidores primarios ( carnívoros) son consumidores secundarios. Cada uno de estos constituye un nivel trófico. [15]
La secuencia de consumo (de planta a herbívoro y a carnívoro) forma una cadena alimentaria . Los sistemas reales son mucho más complejos que esto: los organismos generalmente se alimentan de más de una forma de alimento y pueden alimentarse en más de un nivel trófico. Los carnívoros pueden capturar algunas presas que forman parte de un sistema trófico basado en plantas y otras que forman parte de un sistema trófico basado en detritos (un ave que se alimenta tanto de saltamontes herbívoros como de lombrices de tierra, que consumen detritos). Los sistemas reales, con todas estas complejidades, forman redes alimentarias en lugar de cadenas alimentarias. [15]
El carbono y los nutrientes de la materia orgánica muerta se descomponen mediante un grupo de procesos conocidos como descomposición. Esto libera nutrientes que luego pueden reutilizarse para la producción vegetal y microbiana y devuelve dióxido de carbono a la atmósfera (o al agua), donde puede usarse para la fotosíntesis. En ausencia de descomposición, la materia orgánica muerta se acumularía en un ecosistema y se agotarían los nutrientes y el dióxido de carbono atmosférico. [18] : 183
Los procesos de descomposición se pueden separar en tres categorías: lixiviación , fragmentación y alteración química del material muerto. A medida que el agua se mueve a través de la materia orgánica muerta, se disuelve y arrastra consigo los componentes solubles en agua. Estos luego son absorbidos por los organismos del suelo, reaccionan con el suelo mineral o son transportados más allá de los límites del ecosistema (y se consideran perdidos en él). [19] : 271–280 Las hojas recién caídas y los animales recién muertos tienen altas concentraciones de componentes solubles en agua e incluyen azúcares , aminoácidos y nutrientes minerales. La lixiviación es más importante en ambientes húmedos y menos importante en ambientes secos. [10] : 69–77
Los procesos de fragmentación rompen el material orgánico en pedazos más pequeños, exponiendo nuevas superficies a la colonización de microbios. La hojarasca recién caída puede ser inaccesible debido a una capa exterior de cutícula o corteza , y el contenido celular está protegido por una pared celular . Los animales recién muertos pueden estar cubiertos por un exoesqueleto . Los procesos de fragmentación, que atraviesan estas capas protectoras, aceleran la velocidad de descomposición microbiana. [18] : 184 Los animales fragmentan los detritos mientras buscan alimento, al igual que el paso a través del intestino. Los ciclos de congelación-descongelación y los ciclos de humectación y secado también fragmentan el material muerto. [18] : 186
La alteración química de la materia orgánica muerta se logra principalmente mediante la acción bacteriana y fúngica. Las hifas de los hongos producen enzimas que pueden atravesar las duras estructuras externas que rodean el material vegetal muerto. También producen enzimas que descomponen la lignina , lo que les permite acceder tanto al contenido celular como al nitrógeno de la lignina. Los hongos pueden transferir carbono y nitrógeno a través de sus redes de hifas y, por lo tanto, a diferencia de las bacterias, no dependen únicamente de los recursos disponibles localmente. [18] : 186
Las tasas de descomposición varían entre los ecosistemas. [20] La velocidad de descomposición se rige por tres conjuntos de factores: el entorno físico (temperatura, humedad y propiedades del suelo), la cantidad y calidad del material muerto disponible para los descomponedores y la naturaleza de la comunidad microbiana misma. [18] : 194 La temperatura controla la tasa de respiración microbiana; cuanto mayor es la temperatura, más rápida se produce la descomposición microbiana. La temperatura también afecta la humedad del suelo, lo que afecta la descomposición. Los ciclos de congelación y descongelación también afectan la descomposición: las temperaturas bajo cero matan los microorganismos del suelo, lo que permite que la lixiviación desempeñe un papel más importante en el movimiento de nutrientes. Esto puede ser especialmente importante cuando el suelo se derrite en la primavera, creando un pulso de nutrientes que quedan disponibles. [19] : 280
Las tasas de descomposición son bajas en condiciones muy húmedas o muy secas. Las tasas de descomposición son más altas en condiciones húmedas y húmedas con niveles adecuados de oxígeno. Los suelos húmedos tienden a tener deficiencia de oxígeno (esto es especialmente cierto en los humedales ), lo que ralentiza el crecimiento microbiano. En suelos secos, la descomposición también se ralentiza, pero las bacterias continúan creciendo (aunque a un ritmo más lento) incluso después de que los suelos se vuelven demasiado secos para sustentar el crecimiento de las plantas. [18] : 200
Los ecosistemas son entidades dinámicas. Están sujetos a perturbaciones periódicas y siempre están en proceso de recuperarse de perturbaciones pasadas. [21] : 347 Cuando ocurre una perturbación , un ecosistema responde alejándose de su estado inicial. La tendencia de un ecosistema a permanecer cerca de su estado de equilibrio, a pesar de esa perturbación, se denomina resistencia . La capacidad de un sistema para absorber perturbaciones y reorganizarse mientras sufre cambios para conservar esencialmente la misma función, estructura, identidad y retroalimentación se denomina resiliencia ecológica . [22] [23] El pensamiento de resiliencia también incluye a la humanidad como parte integral de la biosfera donde dependemos de los servicios de los ecosistemas para nuestra supervivencia y debemos construir y mantener sus capacidades naturales para resistir crisis y perturbaciones. [24] El tiempo juega un papel central en un amplio rango, por ejemplo, en el lento desarrollo del suelo a partir de roca desnuda y la recuperación más rápida de una comunidad tras una perturbación . [14] : 67
Las perturbaciones también desempeñan un papel importante en los procesos ecológicos. F. Stuart Chapin y sus coautores definen la perturbación como "un evento relativamente discreto en el tiempo que elimina la biomasa vegetal". [21] : 346 Esto puede variar desde brotes de herbívoros , caída de árboles, incendios, huracanes, inundaciones, avances glaciares , hasta erupciones volcánicas . Estas perturbaciones pueden provocar grandes cambios en las poblaciones de plantas, animales y microbios, así como en el contenido de materia orgánica del suelo. A la perturbación le sigue la sucesión, un "cambio direccional en la estructura y funcionamiento del ecosistema resultante de cambios impulsados bióticamente en el suministro de recursos". [2] : 470
La frecuencia y gravedad de la perturbación determinan la forma en que afecta la función del ecosistema. Una perturbación importante como una erupción volcánica o el avance y retroceso de un glaciar deja tras de sí suelos que carecen de plantas, animales o materia orgánica. Los ecosistemas que experimentan tales perturbaciones sufren una sucesión primaria . Una perturbación menos grave, como incendios forestales, huracanes o cultivos, da como resultado una sucesión secundaria y una recuperación más rápida. [21] : 348 Las alteraciones más graves y frecuentes dan como resultado tiempos de recuperación más prolongados.
De un año a otro, los ecosistemas experimentan variaciones en sus ambientes bióticos y abióticos. Una sequía , un invierno más frío de lo habitual y un brote de plagas son variabilidad a corto plazo en las condiciones ambientales. Las poblaciones de animales varían de un año a otro, acumulándose durante los períodos ricos en recursos y colapsando cuando exceden su suministro de alimentos. Los cambios a más largo plazo también dan forma a los procesos de los ecosistemas. Por ejemplo, los bosques del este de América del Norte todavía muestran legados de cultivo que cesaron en 1850, cuando grandes áreas fueron revertidas a bosques. [21] : 340 Otro ejemplo es la producción de metano en los lagos del este de Siberia que está controlada por la materia orgánica que se acumuló durante el Pleistoceno . [25]
Los ecosistemas intercambian continuamente energía y carbono con el medio ambiente en general . Los nutrientes minerales, por otro lado, circulan principalmente entre plantas, animales, microbios y el suelo. La mayor parte del nitrógeno ingresa a los ecosistemas a través de la fijación biológica de nitrógeno , se deposita a través de precipitaciones, polvo, gases o se aplica como fertilizante . [19] : 266 La mayoría de los ecosistemas terrestres tienen limitaciones de nitrógeno a corto plazo, lo que hace que el ciclo del nitrógeno sea un control importante de la producción del ecosistema. [19] : 289 A largo plazo, la disponibilidad de fósforo también puede ser crítica. [26]
Los macronutrientes que todas las plantas necesitan en grandes cantidades incluyen los nutrientes primarios (que son los más limitantes ya que se utilizan en mayores cantidades): nitrógeno, fósforo y potasio. [27] : 231 Los principales nutrientes secundarios (con menos frecuencia limitantes) incluyen: calcio, magnesio y azufre. Los micronutrientes que todas las plantas necesitan en pequeñas cantidades incluyen boro, cloruro, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y zinc. Por último, también existen nutrientes beneficiosos que pueden ser necesarios para determinadas plantas o para las plantas en condiciones ambientales específicas: aluminio, cobalto, yodo, níquel, selenio, silicio, sodio, vanadio. [27] : 231
Hasta los tiempos modernos, la fijación de nitrógeno era la principal fuente de nitrógeno para los ecosistemas. Las bacterias fijadoras de nitrógeno viven simbióticamente con las plantas o viven libremente en el suelo. El costo energético es alto para las plantas que sustentan simbiontes fijadores de nitrógeno: hasta el 25% de la producción primaria bruta cuando se mide en condiciones controladas. Muchos miembros de la familia de las leguminosas albergan simbiontes fijadores de nitrógeno. Algunas cianobacterias también son capaces de fijar nitrógeno. Se trata de fotótrofos , que realizan la fotosíntesis. Al igual que otras bacterias fijadoras de nitrógeno, pueden vivir libremente o tener relaciones simbióticas con las plantas. [21] : 360 Otras fuentes de nitrógeno incluyen la deposición ácida producida mediante la combustión de combustibles fósiles, el gas amoniaco que se evapora de los campos agrícolas a los que se les han aplicado fertilizantes y el polvo. [19] : 270 Los aportes antropogénicos de nitrógeno representan aproximadamente el 80% de todos los flujos de nitrógeno en los ecosistemas. [19] : 270
Cuando los tejidos vegetales se desprenden o se comen, el nitrógeno de esos tejidos queda disponible para los animales y los microbios. La descomposición microbiana libera compuestos nitrogenados de la materia orgánica muerta del suelo, donde las plantas, los hongos y las bacterias compiten por ella. Algunas bacterias del suelo utilizan compuestos orgánicos que contienen nitrógeno como fuente de carbono y liberan iones de amonio en el suelo. Este proceso se conoce como mineralización del nitrógeno . Otros convierten el amonio en iones nitrito y nitrato , un proceso conocido como nitrificación . Durante la nitrificación también se producen óxido nítrico y óxido nitroso . [19] : 277 En condiciones ricas en nitrógeno y pobres en oxígeno, los nitratos y nitritos se convierten en gas nitrógeno , un proceso conocido como desnitrificación . [19] : 281
Los hongos micorrízicos, que son simbióticos con las raíces de las plantas, utilizan los carbohidratos suministrados por las plantas y, a cambio, transfieren compuestos de fósforo y nitrógeno a las raíces de las plantas. [28] [29] Esta es una vía importante de transferencia de nitrógeno orgánico desde la materia orgánica muerta a las plantas. Este mecanismo puede contribuir a más de 70 Tg de nitrógeno vegetal asimilado anualmente, desempeñando así un papel fundamental en el ciclo global de nutrientes y la función del ecosistema. [29]
El fósforo ingresa a los ecosistemas a través de la meteorización . A medida que los ecosistemas envejecen, este suministro disminuye, lo que hace que la limitación de fósforo sea más común en paisajes más antiguos (especialmente en los trópicos). [19] : 287–290 El calcio y el azufre también se producen por la meteorización, pero la deposición ácida es una fuente importante de azufre en muchos ecosistemas. Aunque el magnesio y el manganeso se producen por la meteorización, los intercambios entre la materia orgánica del suelo y las células vivas representan una parte importante de los flujos de los ecosistemas. El potasio circula principalmente entre las células vivas y la materia orgánica del suelo. [19] : 291
La biodiversidad juega un papel importante en el funcionamiento de los ecosistemas. [31] : 449–453 Los procesos ecosistémicos son impulsados por las especies en un ecosistema, la naturaleza de las especies individuales y la abundancia relativa de organismos entre estas especies. Los procesos ecosistémicos son el efecto neto de las acciones de los organismos individuales cuando interactúan con su entorno. La teoría ecológica sugiere que para coexistir, las especies deben tener algún nivel de similitud limitante : deben ser diferentes entre sí en algún aspecto fundamental; de lo contrario, una especie excluiría competitivamente a la otra. [32] A pesar de esto, el efecto acumulativo de especies adicionales en un ecosistema no es lineal: especies adicionales pueden mejorar la retención de nitrógeno, por ejemplo. Sin embargo, más allá de cierto nivel de riqueza de especies, [11] : 331 especies adicionales pueden tener poco efecto aditivo a menos que difieran sustancialmente de las especies ya presentes. [11] : 324 Este es el caso, por ejemplo, de las especies exóticas . [11] : 321
La adición (o pérdida) de especies que son ecológicamente similares a las que ya están presentes en un ecosistema tiende a tener sólo un pequeño efecto en la función del ecosistema. Las especies ecológicamente distintas, por otro lado, tienen un efecto mucho mayor. De manera similar, las especies dominantes tienen un gran efecto sobre la función del ecosistema, mientras que las especies raras tienden a tener un efecto pequeño. Las especies clave tienden a tener un efecto sobre la función del ecosistema que es desproporcionado con respecto a su abundancia en un ecosistema. [11] : 324
Un ingeniero de ecosistemas es cualquier organismo que crea, modifica significativamente, mantiene o destruye un hábitat . [33]
La ecología de ecosistemas es el "estudio de las interacciones entre los organismos y su entorno como un sistema integrado". [2] : 458 El tamaño de los ecosistemas puede variar hasta diez órdenes de magnitud , desde las capas superficiales de las rocas hasta la superficie del planeta. [4] : 6
El Estudio del Ecosistema Hubbard Brook comenzó en 1963 para estudiar las Montañas Blancas en New Hampshire . Fue el primer intento exitoso de estudiar una cuenca completa como ecosistema. El estudio utilizó la química de los arroyos como medio para monitorear las propiedades del ecosistema y desarrolló un modelo biogeoquímico detallado del ecosistema. [34] La investigación a largo plazo en el sitio condujo al descubrimiento de la lluvia ácida en América del Norte en 1972. Los investigadores documentaron el agotamiento de los cationes del suelo (especialmente calcio) durante las siguientes décadas. [35]
Los ecosistemas se pueden estudiar a través de una variedad de enfoques: estudios teóricos, estudios que monitorean ecosistemas específicos durante largos períodos de tiempo, aquellos que analizan las diferencias entre ecosistemas para dilucidar cómo funcionan y experimentación de manipulación directa. [36] Los estudios se pueden llevar a cabo en una variedad de escalas, que van desde estudios de ecosistemas completos hasta estudios de microcosmos o mesocosmos (representaciones simplificadas de ecosistemas). [37] El ecólogo estadounidense Stephen R. Carpenter ha argumentado que los experimentos con microcosmos pueden ser "irrelevantes y de diversión" si no se llevan a cabo junto con estudios de campo realizados a escala de ecosistema. En tales casos, los experimentos con microcosmos pueden no predecir con precisión la dinámica a nivel de ecosistema. [38]
Los biomas son clases o categorías generales de ecosistemas. [4] : 14 Sin embargo, no existe una distinción clara entre biomas y ecosistemas. [39] Los biomas siempre se definen a un nivel muy general. Los ecosistemas se pueden describir en niveles que van desde muy generales (en cuyo caso los nombres son a veces los mismos que los de los biomas) hasta muy específicos, como "bosques costeros húmedos de hojas aciculares".
Los biomas varían debido a las variaciones globales del clima . Los biomas suelen definirse por su estructura: a nivel general, por ejemplo, bosques tropicales , pastizales templados y tundra ártica . [4] : 14 Puede haber cualquier grado de subcategorías entre los tipos de ecosistemas que componen un bioma, por ejemplo, bosques boreales de hojas aciculares o bosques tropicales húmedos. Aunque los ecosistemas se categorizan más comúnmente por su estructura y geografía, también existen otras formas de categorizar y clasificar los ecosistemas, como por su nivel de impacto humano (ver bioma antropogénico ), o por su integración con procesos sociales o procesos tecnológicos o su novedad ( por ejemplo, ecosistema novedoso ). Cada una de estas taxonomías de ecosistemas tiende a enfatizar diferentes propiedades estructurales o funcionales. [40] Ninguna de ellas es la "mejor" clasificación.
Las clasificaciones de ecosistemas son tipos específicos de clasificaciones ecológicas que consideran los cuatro elementos de la definición de ecosistemas : un componente biótico, un complejo abiótico , las interacciones entre ellos y dentro de ellos, y el espacio físico que ocupan. [40] Se han desarrollado diferentes enfoques para las clasificaciones ecológicas en disciplinas terrestres, de agua dulce y marinas, y se ha propuesto una tipología basada en funciones para aprovechar las fortalezas de estos diferentes enfoques en un sistema unificado. [41]
Las actividades humanas son importantes en casi todos los ecosistemas. Aunque los humanos existen y operan dentro de los ecosistemas, sus efectos acumulativos son lo suficientemente grandes como para influir en factores externos como el clima. [4] : 14
Los ecosistemas proporcionan una variedad de bienes y servicios de los que dependen las personas. [42] Los bienes de los ecosistemas incluyen los "productos materiales tangibles" de los procesos de los ecosistemas, como el agua, los alimentos, el combustible, el material de construcción y las plantas medicinales . [43] [44] También incluyen elementos menos tangibles como el turismo y la recreación, y genes de plantas y animales silvestres que pueden usarse para mejorar las especies domésticas. [42]
Los servicios ecosistémicos , por otra parte, son generalmente "mejoras en la condición o ubicación de cosas de valor". [44] Estos incluyen cosas como el mantenimiento de los ciclos hidrológicos, la limpieza del aire y el agua, el mantenimiento del oxígeno en la atmósfera, la polinización de cultivos e incluso cosas como la belleza, la inspiración y las oportunidades de investigación. [42] Si bien tradicionalmente se había reconocido que el material del ecosistema era la base de cosas de valor económico, los servicios de los ecosistemas tienden a darse por sentados. [44]
La Evaluación de los Ecosistemas del Milenio es una síntesis internacional realizada por más de 1.000 de los principales científicos biológicos del mundo que analiza el estado de los ecosistemas de la Tierra y proporciona resúmenes y directrices para los responsables de la toma de decisiones. El informe identificó cuatro categorías principales de servicios ecosistémicos: servicios de aprovisionamiento, regulación, culturales y de apoyo. [45] Concluye que la actividad humana está teniendo un impacto significativo y creciente en la biodiversidad de los ecosistemas mundiales, reduciendo tanto su resiliencia como su biocapacidad . El informe se refiere a los sistemas naturales como el "sistema de soporte vital" de la humanidad, que proporciona servicios ecosistémicos esenciales. La evaluación mide 24 servicios ecosistémicos y concluye que sólo cuatro han mostrado mejoras en los últimos 50 años, 15 están en grave deterioro y cinco se encuentran en una condición precaria. [45] : 6-19
La Plataforma Intergubernamental Científico-Normativa sobre Diversidad Biológica y Servicios de los Ecosistemas (IPBES) es una organización intergubernamental creada para mejorar la interfaz entre la ciencia y las políticas en cuestiones de biodiversidad y servicios de los ecosistemas. [46] Su objetivo es desempeñar un papel similar al del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático . [47] El marco conceptual de la IPBES incluye seis elementos principales interrelacionados: naturaleza, beneficios de la naturaleza para las personas, activos antropogénicos, instituciones y sistemas de gobernanza y otros impulsores indirectos del cambio, impulsores directos del cambio y buena calidad de vida. [48]
Los servicios ecosistémicos son limitados y también amenazados por las actividades humanas. [49] Para ayudar a informar a los tomadores de decisiones, a muchos servicios ecosistémicos se les están asignando valores económicos, a menudo basados en el costo de reemplazo con alternativas antropogénicas. El desafío actual de prescribir valor económico a la naturaleza, por ejemplo a través de bancos de biodiversidad , está provocando cambios transdisciplinarios en la forma en que reconocemos y gestionamos el medio ambiente, la responsabilidad social , las oportunidades comerciales y nuestro futuro como especie. [49]
A medida que crecen la población humana y el consumo per cápita, también aumentan las demandas de recursos impuestas a los ecosistemas y los efectos de la huella ecológica humana . Los recursos naturales son vulnerables y limitados. Los impactos ambientales de las acciones antropogénicas son cada vez más evidentes. Los problemas para todos los ecosistemas incluyen: contaminación ambiental , cambio climático y pérdida de biodiversidad . Para los ecosistemas terrestres, otras amenazas incluyen la contaminación del aire , la degradación del suelo y la deforestación . Para los ecosistemas acuáticos, las amenazas también incluyen la explotación insostenible de los recursos marinos (por ejemplo, la sobrepesca ), la contaminación marina , la contaminación por microplásticos , la galamsey (minería artesanal ilegal a pequeña escala), los efectos del cambio climático en los océanos (por ejemplo, calentamiento y acidificación ) y la construcción de zonas costeras. áreas. [50]
Muchos ecosistemas se degradan debido a los impactos humanos, como la pérdida de suelo , la contaminación del aire y del agua , la fragmentación del hábitat , la desviación de agua , la extinción de incendios y las especies introducidas y las especies invasoras . [51] : 437
Estas amenazas pueden conducir a una transformación abrupta del ecosistema o a una alteración gradual de los procesos bióticos y la degradación de las condiciones abióticas del ecosistema. Una vez que el ecosistema original ha perdido sus características definitorias, se considera colapsado (ver también Lista Roja de Ecosistemas de la UICN ). [52] El colapso del ecosistema podría ser reversible y de esta manera difiere de la extinción de especies . [53] Las evaluaciones cuantitativas del riesgo de colapso se utilizan como medidas del estado y las tendencias de conservación.
Cuando la gestión de los recursos naturales se aplica a ecosistemas completos, en lugar de especies individuales, se denomina gestión de ecosistemas . [54] Aunque abundan las definiciones de gestión de ecosistemas, existe un conjunto común de principios que subyacen a estas definiciones: un principio fundamental es la sostenibilidad a largo plazo de la producción de bienes y servicios por parte del ecosistema; [51] "La sostenibilidad intergeneracional [es] una condición previa para la gestión, no una ocurrencia tardía". [42] Si bien la gestión de ecosistemas se puede utilizar como parte de un plan para la conservación de la vida silvestre , también se puede utilizar en ecosistemas gestionados intensivamente [42] (ver, por ejemplo, agroecosistema y silvicultura cercana a la naturaleza ).
Los proyectos integrados de conservación y desarrollo (ICDP, por sus siglas en inglés) tienen como objetivo abordar las preocupaciones sobre la conservación y los medios de vida humanos ( desarrollo sostenible ) en los países en desarrollo en conjunto, en lugar de hacerlo por separado, como se hacía a menudo en el pasado. [51] : 445
Los siguientes artículos son tipos de ecosistemas para tipos particulares de regiones o zonas:
Instancias de ecosistemas en regiones específicas del mundo:
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Medios relacionados con ecosistemas en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de ecosistema en Wikcionario
Guía de viaje de biomas y ecosistemas de Wikivoyage
