La ecología ecológica o científica es una ciencia que estudia las interacciones de los organismos vivos entre sí y con su entorno . Todos los seres vivos, su entorno de vida y las relaciones que mantienen forman un ecosistema . La ecología es una parte integral de la disciplina más amplia de la ciencia ambiental (o ciencia ambiental).
El término ecología se basa en el griego οἶκος / oîkos ("casa, hábitat") y λόγος / lógos ("habla"): es la ciencia del hábitat. Fue inventado en 1866 por Ernst Haeckel , un biólogo darwinista alemán . En su obra Morfología general de los organismos , designa con este término "la ciencia de las relaciones de los organismos con el mundo circundante, es decir, en un sentido amplio, la ciencia de las condiciones de existencia" .
Una definición generalmente aceptada, particularmente utilizada en la ecología humana , admite la ecología como "la relación triangular entre los individuos de una especie , la actividad organizada de esta especie y el entorno de esta actividad" ; el medio ambiente es “tanto el producto como la condición de esta actividad y, por tanto, de la supervivencia de la especie” .
El término ecologista puede designar a un científico especializado en el estudio de la ecología , un seguidor del ecologismo o un partidario de la ecología política . El término ecólogo designa más específicamente a un especialista en ecología, ya sea un investigador , biólogo o ingeniero , y se inventó en la década de 1980 para distinguir a los científicos de los activistas.
En el campo científico, el término "ecología" designa la ciencia que tiene por objeto las relaciones de los seres vivos (animales, plantas, microorganismos, etc.) entre sí, así como con su hábitat o el medio ambiente en su conjunto. Estas interacciones determinan la distribución y abundancia de organismos vivos en la Tierra. Así, en la ciencia, la ecología se clasifica a menudo dentro del campo de la biología . Estudia dos grandes grupos: el de los seres vivos ( biocenosis ) y el medio físico ( biotopo ), todos los cuales forman el ecosistema .
Este término ecosistema, una contracción de la expresión "sistema ecológico", se refiere a la teoría de sistemas y permite situar la ecología en un contexto más general. Entonces puede definirse como la ciencia de los ecosistemas, siendo el ecosistema una unidad de aprehensión de la naturaleza. Los ecosistemas se estudian utilizando un " macroscopio ", para utilizar la expresión pictórica de Howard T. Odum .
Una visión más estrecha define la ecología como el estudio de los flujos de energía y materiales ( redes alimentarias ) en un ecosistema.
El concepto de ecología aparece en 1859 en el preámbulo de El origen de las especies de Charles Darwin , bajo el nombre de "economía de la naturaleza". Describe la relación entre los prados de tréboles, polinizados por abejorros , y los gatos que comen ratones de campo, que a su vez desalojan a los abejorros de sus madrigueras. El término "ecología", como tal, aparece por primera vez bajo la pluma de Ernst Haeckel , se construye a partir del griego antiguo οἶκος oikos (casa, hábitat) y λόγοó lógos (habla). En su obra Morfología general de los organismos , Haeckel la designó en estos términos: "la ciencia de las relaciones de los organismos con el mundo circundante, es decir, en un sentido amplio, la ciencia de las condiciones de existencia " . Esta ciencia fue posteriormente introducida en Francia por los geógrafos de la escuela Annales de géographie , en particular Paul Vidal de La Blache . Esta revisión fue el sitio de una colaboración entre geógrafos y botánicos como Gaston Bonnier , en particular para la flora alpina . Más específicamente, el término "ecología" parece haber sido utilizado por primera vez en francés alrededor de 1874 .
Como ciencia biológica, la ecología está fuertemente ligada a otras ramas de la biología , principalmente genética de poblaciones , fisiología , etología y ciencias evolutivas . Pero también está vinculado a la geología , para el estudio del medio abiótico , en particular la pedología (el estudio de los suelos) y la climatología , así como la geografía humana y física .
Hay varios niveles de organización en biología : biología molecular y celular , organismos (a nivel individual y de organismo), poblaciones , comunidades, ecosistemas y la biosfera. La ecología es una ciencia holística , estudia no solo cada elemento en sus relaciones con los otros elementos, sino también la evolución de estas relaciones de acuerdo a las modificaciones sufridas por el medio ambiente , las poblaciones animales y vegetales. Cada nivel de organización trae propiedades emergentes, vinculadas a las interacciones entre estos componentes.
Los niveles de organización y subdisciplinas relacionadas son:
Organismo (un buitre ) - autecología .
Población (una manada de caribúes) - ecología de la población .
Ecosistema ( ecosistema de arrecifes de coral) - sinecología .
Se detallan a continuación, desde la escala más precisa hasta la más grande.
Los organismos están sometidos a presiones constantes que son todos factores que limitan su crecimiento y reproducción. Estos factores se clasifican en dos categorías según su origen.
Factores abióticosEn el enfoque clásico, el entorno físico-químico, que forma el biotopo , ejerce presión sobre las especies que forman la biocenosis ; esta influencia toma la forma de factores abióticos que son:
La biocenosis se caracteriza por factores ecológicos bióticos de dos tipos:
La tolerancia a estos factores permite definir el nicho ecológico de una especie, es decir, su lugar en el ecosistema caracterizado por su hábitat (o sus hábitats utilizados para diferentes fines: exhibición, cría de crías, invernada ...) y su lugar en las redes alimentarias. . Algunos investigadores Llaman a estas características rasgos del ciclo de vida . Según el principio de exclusión competitiva , dos especies no pueden compartir un nicho ecológico idéntico, debido a su competencia: la especie mejor adaptada acabará suplantando a la otra.
Son las relaciones intraespecíficas las que nos hacen pasar de un conjunto de individuos aislados a interesarnos por una población. En la mayoría de los casos, los individuos de una misma especie sienten repulsión ante los congéneres, se distribuyen en territorios distintos. Sin embargo, para reproducirse, un individuo femenino y un individuo masculino deben encontrarse, en el caso de especies sexuales. En otros casos, los individuos viven juntos, si no existe un vínculo especial entre individuos que simplemente reaccionan a los mismos factores ambientales, es solo una multitud, la vida social comienza cuando hay interacciones particulares entre estos individuos. Ciertas especies de insectos se califican como eusociales cuando existen diferencias fisiológicas y morfológicas entre individuos de una misma sociedad; este es el caso de las hormigas, abejas o termitas. Como los individuos, una población nace, crece, responde a las condiciones ambientales y se adapta. Puede morir, si todos sus individuos mueren o si no tiene más individuos reproductivos.
La biología de poblaciones estudia la estructura y los cambios en las poblaciones. Se han desarrollado modelos matemáticos para describir estas variaciones a lo largo del tiempo, agrupadas bajo el nombre de dinámica de poblaciones .
La ecología comunitaria es el estudio de interacciones dentro de colecciones de especies presentes en la misma área geográfica. Varias especies diferentes pueden compartir rasgos funcionales comunes, y sus poblaciones dentro de un ecosistema forman una comunidad funcional.
El primer principio de la ecología es que cada ser vivo está en relación continua con todo lo que constituye su entorno. Hablamos de ecosistema para caracterizar una interacción duradera entre organismos y un medio ambiente.
El ecosistema se diferencia analíticamente en dos conjuntos que interactúan:
Dentro del ecosistema, las especies dependen unas de otras, incluida la alimentación. Intercambian energía y materia entre sí y con el entorno que modifican . La necromasa es uno de los elementos.
La noción de ecosistema es teórica: es multiescalar (multiescala), es decir, se puede aplicar a porciones de dimensiones variables de la biosfera, por ejemplo un estanque , una pradera o un árbol muerto. Una unidad más pequeña se llama microecosistema. Puede ser, por ejemplo, la especie que haya colonizado una piedra sumergida. Un mesoecosistema podría ser un bosque y un macroecosistema , una región y su cuenca .
Los ecosistemas a menudo se clasifican por referencia a los biotopos en cuestión. Hablaremos :
Se puede hacer otra clasificación haciendo referencia a la biocenosis (por ejemplo, hablamos de un ecosistema forestal, o de un ecosistema humano).
Relaciones entre los seres vivosLas relaciones de especies , es decir, aquellas entre diferentes especies, son numerosas y se describen según su beneficio, detrimento o neutral:
beneficioso | neutral | dañino | |
---|---|---|---|
beneficioso | Mutualismo o simbiosis | Comensalismo | Depredacion |
neutral | Comensalismo | Indiferencia | Amensalismo |
dañino | Parasitismo | Amensalismo | Competencia |
La relación que más se ha estudiado es la depredación (comer o ser devorado), que conduce al concepto esencial en la ecología de la cadena alimentaria ; por ejemplo, la hierba es consumida por el herbívoro, consumida por un carnívoro y consumida por un carnívoro más grande.
Relaciones tróficasEs posible clasificar esquemáticamente los organismos en tres niveles según su papel en la cadena alimentaria :
Estas relaciones forman secuencias, donde cada individuo se come al anterior y es devorado por el que le sigue. Hablamos de la cadena alimentaria o, más a menudo, de la red alimentaria debido a la gran cantidad de especies que generalmente participan en un ecosistema. En una red trófica, observamos que cuando pasamos de un nivel trófico (enlace en la red) a otro, el número de seres vivos disminuye, de ahí la imagen de la pirámide de uso frecuente.
Fincas ecologicasLa sucesión ecológica es el patrón de evolución de un ecosistema, en términos de composición específica, desde su aparición en un entorno de vida vacío, pasando por una etapa de instalación denominada "pionera", hasta la etapa de clímax donde los cambios cesan o varían de forma cíclica. y moda inmutable. Este clímax varía de un lugar a otro dependiendo de las condiciones ambientales, posiblemente con sucesiones estacionales.
Las sucesiones también son visibles en el espacio, particularmente en zonas de transición entre ecosistemas o ecotonos .
Después de una perturbación, que hace que el ecosistema retroceda a una etapa anterior, se establece una sucesión secundaria. Esto no conduce automáticamente al mismo resultado que el clímax que tuvo lugar antes de la perturbación.
La ecología del paisaje estudia el componente no humano del paisaje , su aspecto cultural y psicológico se deja a otras ciencias. Describe la forma en que los ecosistemas se ordenan entre sí, su distribución y su fragmentación (como una característica y no como un proceso de degradación ambiental ). Las especies se pueden intercambiar entre ecosistemas a través de fronteras porosas que son ecotonos, tanto zonas de transición como ecosistemas en sí mismos. Según Robert MacArthur y Edward O. Wilson , los fragmentos de ecosistemas atrapados en una matriz de otro ecosistema, funcionan como islas reales , en términos de colonización por nuevas especies. Durante la sucesión ecológica que experimentan los ecosistemas, los paisajes evolucionan, a veces también considerablemente.
La Tierra, desde un punto de vista ecológico, comprende varios sistemas: la hidrosfera (o esfera de agua), la litosfera (o esfera de suelo) y la atmósfera (o esfera de aire).
La biosfera encaja en estos sistemas terrestres. Es la parte viva del planeta, la parte biológica que alberga la vida que se desarrolla. Es una dimensión de superficie localizada, que desciende a una profundidad de 11.000 metros y se eleva hasta 15.000 metros sobre el nivel del mar, en la zona habitan la mayoría de las especies vivas, zona ubicada desde -100 metros hasta +100 metros de altitud.
La vida se desarrolló por primera vez en la hidrosfera, a poca profundidad, en la zona fótica . Entonces aparecieron seres multicelulares que también pudieron colonizar áreas bentónicas . La vida terrestre se desarrolló más tarde, tras la formación de la capa de ozono que protege a los seres vivos de los rayos ultravioleta . Las especies terrestres se diversificarán aún más a medida que los continentes se fragmenten o por el contrario se unan.
Ciclo biogeoquímico: influencia de la vidaLa biosfera contiene grandes cantidades de elementos como carbono , nitrógeno y oxígeno . Otros elementos, como el fósforo , calcio y potasio , también son esenciales para la vida . A nivel de ecosistemas y biosfera, existe un reciclaje permanente de todos estos elementos, que alternan el estado mineral y el estado orgánico según ciclos biogeoquímicos .
De hecho, el funcionamiento de los ecosistemas se basa fundamentalmente en la conversión de la energía solar en energía química por parte de organismos autótrofos , gracias a la fotosíntesis (también hay quimiosíntesis sin el uso de energía solar). Esto da como resultado la producción de azúcares y la liberación de oxígeno . Este oxígeno es utilizado por una gran cantidad de organismos, tanto autótrofos como heterótrofos , para descomponer los azúcares a través de la respiración celular , liberando así agua , dióxido de carbono y la energía necesaria para su funcionamiento. Así, la actividad de los seres vivos está en el origen de la composición específica de la atmósfera terrestre, estando asegurada la circulación de gases por grandes corrientes de aire .
Los seres vivos participan activamente en el ciclo del agua . De hecho, las plantas necesitan agua para el transporte de los nutrientes capturados por las raíces a las hojas, una vez que llega a las hojas, el agua se evapora. La vegetación facilita así el transporte de agua del suelo a la atmósfera, este es el proceso de transpiración de las plantas . En los continentes, la transpiración de las plantas es, con mucho, el factor que más contribuye a la evapotranspiración (80 a 90%). Los bosques y, en particular, los bosques tropicales desempeñan un papel importante en el ciclo del agua.
Además, la composición de los suelos es el resultado de la composición del lecho rocoso , la acción geológica y los efectos acumulativos de los seres vivos.
Las interacciones existentes entre los distintos seres vivos van acompañadas de una mezcla permanente de sustancias minerales y orgánicas, absorbidas por los seres vivos para su crecimiento, su mantenimiento y su reproducción, y desechadas como desperdicio. Este reciclaje permanente de elementos (en particular carbono , oxígeno , nitrógeno ) y agua ) se denominan ciclos biogeoquímicos . Le dan a la biosfera una estabilidad duradera, además de la intervención humana y los fenómenos geoclimáticos excepcionales.
Estudios planetarios globalesPara comprender mejor el funcionamiento de la biosfera, el balance energético y las disfunciones vinculadas a la actividad humana, primero fue necesario utilizar modelos reducidos de ecosistemas, mesocosmos . Los científicos estadounidenses han creado un modelo de todo el planeta, llamado Biosfera II .
Hoy en día, las observaciones a escala planetaria permiten crear modelos informáticos de la biosfera en su conjunto. Por tanto, es posible observar los efectos del calentamiento global en la distribución de ecosistemas en continentes enteros.
A través del mecanismo de la selección natural , las interacciones que los seres vivos mantienen con su entorno físico y los individuos de otras especies (su ecología, en definitiva) han moldeado la evolución de las especies. La ecología evolutiva considera la influencia de la historia evolutiva de las especies, además de los factores de los entornos actuales, para explicar las variaciones en el mundo viviente que se observan hoy.
Sujeto a las mismas fuerzas de selección, diferentes especies sufrirán una convergencia evolutiva . Es decir, tiene órganos que realizan la misma función pero que tienen un origen diferente. La estructura del órgano puede ser diferente o no. Ejemplos de convergencia incluyen la hidrodinámica de tiburones, delfines e ictiosaurios o la adaptación de la lengua de osos hormigueros, pangolines y pájaros carpinteros.
En biología, la coevolución describe las transformaciones que ocurren durante la evolución entre dos especies (coevolución de pares) o más de dos especies (coevolución difusa) como resultado de sus influencias recíprocas.
Este fenómeno de coevolución se observa en diferentes casos:
Los biomas son grupos biogeográficos de ecosistemas por regiones climáticas. El bioma constituye una formación biogeográfica homogénea en un área grande (por ejemplo, tundra o estepa ).
El conjunto de biomas, o conjunto de lugares donde la vida es posible (desde las montañas más altas hasta el abismo), constituye la biosfera .
Los ecosistemas no están aislados unos de otros, sino que son interdependientes. Por ejemplo, el agua circula de uno a otro a través del río o del río . El medio líquido en sí mismo define los ecosistemas. Algunas especies, como el salmón o las anguilas de agua dulce , cambian de un sistema marino a un sistema de agua dulce y viceversa. Estas relaciones entre ecosistemas llevaron a la noción de bioma .
Les biomes correspondent assez bien à des subdivisions réparties latitudinalement, de l'équateur vers les pôles, en fonction du milieu (aquatique, terrestre, montagnard) et du climat (la répartition est généralement fondue sur les adaptations des espèces au froid et/ou à la sequía). Por ejemplo, en el mar encontramos plantas acuáticas solo en la parte fótica (donde penetra la luz), mientras que encontramos principalmente coníferas en las montañas.
Estas divisiones son bastante esquemáticas pero, en general, la latitud y la altitud permiten una buena representación de la distribución de la biodiversidad dentro de la biosfera. De manera muy general, la riqueza de la biodiversidad, tanto animal como vegetal, está disminuyendo desde el ecuador (como en Brasil ) hacia los polos .
Otro modo de representación es la división en ecozonas , que hoy está muy bien definida y sigue esencialmente las fronteras continentales. Las ecozonas se dividen en ecorregiones , aunque la definición de sus contornos es más controvertida.
El enfoque funcional de la ecología rompe con la composición específica de los ecosistemas para centrarse en fenómenos físicos, químicos o biológicos observables. Al clasificar los organismos en grupos funcionales, es posible por un lado deshacerse de la identificación de especies, por otro lado comparar ecosistemas que pueden parecer muy diferentes (debido a su distancia geográfica, especies presentes y el entorno físico ). La ecología funcional estudia el flujo de materia y energía entre los diferentes compartimentos del ecosistema. Para hacer esto, utiliza un enfoque de la naturaleza a menudo calculador, cuantificando la producción primaria o la respiración.
Los estudios del funcionamiento de los ecosistemas se pueden realizar a escala de un ecosistema completo, o utilizando mesocosmos , experimentos a pequeña escala llevados a cabo en el laboratorio. En efecto, si parece sencillo medir la masa de material vegetal ( biomasa ) que se produce cada año en una pradera, cortándola y luego pesando la siega obtenida después de haberla secado, el mismo experimento es imposible de realizar en el bosque tropical.
Los grupos funcionales se pueden definir en diferentes niveles de organización. Podemos considerar tanto el grupo de productores primarios como el de plantas herbáceas cuyas raíces toman recursos a una profundidad de entre 5 y 20 cm en el suelo. Las especies, agrupadas según su papel en el ecosistema, forman comunidades . A veces es extremadamente difícil identificar las especies presentes en ciertos tipos de ecosistemas (suelo, bosque tropical, pastizales); este enfoque ofrece ventajas adicionales.
Los diferentes niveles de la pirámide alimenticia son ejemplos de grupos funcionales: productores primarios, consumidores primarios, luego consumidores secundarios. Una sola especie puede pertenecer a varias de estas categorías, por ejemplo, una ardilla es un consumidor primario cuando se alimenta de nueces y un consumidor secundario o incluso terciario cuando come un huevo o un pájaro joven.
Los grupos funcionales se pueden definir de acuerdo a las estrategias que traen las especies ante los factores ambientales. En botánica, las plantas pueden clasificarse así en función de si son resistentes a las perturbaciones (= accidentes), al estrés (a largo plazo) o, por el contrario, si son ruderales (= competitivas sin estrés ni perturbaciones). Otras clasificaciones se basan en la estrategia de dispersión de semillas, acceso a la luz en el bosque, etc.
Los grupos funcionales pueden subdividirse en subgrupos en un gran número de escalas, como los grupos filogenéticos ( phyllum - orden - familia - género - especie - subespecie - población…). Así, para los necrófagos (que incluyen aves, mamíferos, insectos, etc.), dentro del grupo de los renderers, el primer eslabón en descomposición, como los buitres , podemos distinguir rippers, engulgadores, raspadores / limpiadores de huesos y rompedores.
Desde una perspectiva bastante antropocéntrica, se ha propuesto la identificación de servicios ecosistémicos . Se trata de calcular qué aporta la naturaleza a las sociedades humanas. La ecología funcional tiene como objetivo definir y cuantificar estos servicios; los servicios culturales caen dentro del alcance de la sociología . Estos servicios incluyen, por ejemplo:
Estos conceptos también han dado lugar a los términos biomasa (masa total de materia viva en un lugar determinado), productividad primaria (aumento de la masa de plantas durante un tiempo determinado) y productividad secundaria (masa de materia viva producida por consumidores y descomponedores). en un tiempo determinado).
Estos dos últimos datos son fundamentales, ya que permiten evaluar el número de seres vivos que puede soportar un ecosistema determinado, lo que se denomina capacidad de carga . De hecho, la observación de una red alimentaria muestra que toda la energía contenida en el nivel de los productores no se transfiere totalmente al nivel de los consumidores.
La productividad de los ecosistemas a veces se estima comparando tres unidades terrestres y una unidad continental:
Las acciones humanas en los últimos siglos han llevado a una reducción significativa del área forestal ( deforestación ) y al aumento de los agroecosistemas (práctica de la agricultura ). Además, en las últimas décadas se ha observado un aumento de la superficie ocupada por ecosistemas extremos ( desertificación ) .
En términos generales, una crisis ecológica es lo que ocurre cuando el entorno biofísico de un individuo, una especie o una población de especies evoluciona de manera desfavorable para su supervivencia. Tres factores pueden conducir a tal crisis.
Puede ser un ambiente cuya calidad se deteriora en relación a las necesidades de la especie, como resultado de cambios en factores ecológicos abióticos (por ejemplo, durante un aumento de temperatura, menor precipitación. Importante).
También puede ser un entorno que se vuelva desfavorable para la supervivencia de la especie (o una población) tras una modificación del hábitat. Por ejemplo, durante la pesca industrial intensiva, las capturas de los depredadores y el aumento de la frecuencia de las perturbaciones ambientales modifican las condiciones del hábitat y provocan la desaparición de determinadas especies.
Finalmente, también puede ser una situación que se vuelva desfavorable para la calidad de vida de la especie (o de la población) tras un aumento excesivo del número de individuos ( superpoblación ).
La ecología abre muchos espacios de reflexión, que dan lugar a varias disciplinas:
Ecología de la Conservación - Ecología de Campo - Agroecología - Ingeniería Ecológica y Manejo Restaurativo supervisado por Ecología de Restauración a nivel teórico.
La investigación en ecología da lugar a la publicación de un gran número de artículos. El Directorio de revistas de acceso abierto enumera más de 300 revistas científicas que publican artículos, en acceso abierto , en el campo de la ecología.