Introducción general a la Biología/Los organismos en su ambiente

Teórico n.° 26
Valle del Lunarejo, Rivera. Ejemplo de coexistencia entre especies, alteración de condiciones microclimáticas del ambiente e incluso competencia interespecífica por recursos como la luz solar.
Facultad	Ciencias Formales y Naturales
Departamento	Departamento de Biología
Área	Ecología
Nivel	Universitario

La ecología es "el estudio científico de la distribución y abundancia de los organismos y las interacciones que determinan su distribución y abundancia" El término ökologie fue acuñado en 1869​ por el naturalista y filósofo alemán Ernst Haeckel a partir de las palabras griegas oikos (casa, vivienda, hogar) y logos (estudio o tratado); por ello ecología significa «el estudio del hogar».

Por otra parte, la ecología está fuertemente asociada a la evolución. Asimismo, la concepción del ambiente ha cambiado radicalmente con base los estudios evolutivos. En la era predarwiniana, en donde predominaba el creacionismo, los organismos estaban en armonía con el ambiente. Sin embargo, a partir de los aportes de Darwin a la biología, se ha podido percibir al ambiente como un factor que, en vez de mantener un rol pasivo y armónico, impone fuertes restricciones y presiones sobre la variabilidad de los organismos. Este cambio de perspectiva ha permitido asentar los principios de la perspectiva ecológica que se desarrollará a lo largo de este artículo.

Ecología y ecologismo

Ejemplo de manifestación ecologista.

Es importante distinguir entre la ecología y el ecologismo, y saber que nos son conceptos sinónimos. La ecología es la ciencia que estudia las interacciones entre los organismos y su entorno, explorando desde las relaciones entre especies hasta los ciclos biogeoquímicos. Por otro lado, el ecologismo es un movimiento social y político que utiliza los principios de la ecología para promover la conservación del medio ambiente, la sostenibilidad y la adopción de políticas públicas que minimicen los impactos ambientales. Mientras la ecología se centra en la investigación científica, el ecologismo busca aplicar esos conocimientos para impulsar cambios en la sociedad hacia un desarrollo más sostenible y consciente ambientalmente. De esta forma, un ecólogo no necesariamente tiene por qué ser ecologista, ni un ecologista tiene por qué ser un ecólogo.

Relaciones entre organismos y ambiente

Forestación afectando la infiltración lumínica del ambiente.

Condición ambiental

En primer lugar, es importante comenzar con el concepto de condición ambiental. Esta es todo aquel factor ambiental abiótico que varía en el tiempo y en el espacio y por lo tanto determina la distribución y comportamiento de los organismos. Ejemplos de estos son la temperatura, humedad, pH, salinidad, concentración de poluentes, etc. Asimismo, los organismos también pueden afectar significativamente al ambiente. Como ejemplo, las forestaciones afectan las condiciones de viento y temperatura a una distancia aproximadamente 10 veces su altura, así como también las condiciones del suelo, el régimen hídrico y la infiltración de la luz. Otro ejemplo son los castores, que alteran fuertemente los aspectos geomorfológicos de su ambiente con la creación de represas. Estas modifican la circulación del agua, la concentración de nutrientes y pueden incluso generar nuevos ecosistemas.

En el contexto de las playas, la distribución de los organismos se ve sensiblemente marcada por las condiciones ambientales. En la zona infralitoral, suelen ubicarse las macroalgas que no sobrevivirían a contextos de oleaje y que, a su vez, requieren constantemente de la humedad, es decir, estar sumergidas en el agua. Sin embargo, en una zona un poco menos profunda como la intermareal, se encuentran otros organismos que si bien no soportan directamente el oleaje, sí pueden soportar estar descubiertos de agua por algún tiempo, como es el caso de los balanos. De esta forma, la distribución de los organismos mencionados se ve afectada por factores ambientales como el oleaje y la humedad.

Ley de tolerancia de Shelford

Representación gráfica de la ley de tolerancia de Shelford, ilustrando cada zona con el ejemplo de la temperatura como condición ambiental.

La distribución de los organismos puede ser categorizada en zonas. Dependiendo cuál sea la condición ambiental, se podrá ver la representación gráfica correspondiente. En el caso de la temperatura, suele representarse en forma de campana, en donde la distribución de la especie va aumentando en cada extremo conforme se va aproximando al centro. Sin embargo, ante otras condiciones ambientales la representación gráfica del gradiente ambiental puede cambiar significativamente. En la concentración de ciertas toxinas o agentes poluentes, cuanto mayor sea la distribución disminuirá. Con la presencia de ciertos componentes, como el cloruro de sodio, es posible que la zona óptima de la especie esté inclinada hacia alguno del los extremos. La ley de la tolerancia (o ley de tolerancia de Shelford) define las siguientes zonas:

• Zona de intolerancia: Corresponde a aquellas en las que la especie está virtualmente ausente. Tomando como ejemplo la temperatura, estas se ubican en los extremos en los que los valores son muy bajos y muy altos para que la especie pueda vivir.
• Zona de estrés fisiológico: Se caracteriza por permitir la supervivencia de la especie (y en algunos casos el crecimiento) pero impide la realización de otras funciones vitales, especialmente la reproducción. Esto vuelve infrecuente la presencia de la especie, y en la representación gráfica de la temperatura se la puede encontrar próxima a los extremos, sin formar parte de la zona de intolerancia.
• Zona óptima: Permite variables ambientales óptimas para la especie, en donde no solo es posible su supervivencia sino también su abundancia y cumplimiento de demás funciones vitales como la reproducción. En la representación gráfica de la temperatura se encuentra en el centro, aunque puede corresponder a un extremo, dependiendo de la condición ambiental que se tome en consideración.

Recurso

Liebig usó la imagen de un barril, que ahora se llama el barril de Liebig para explicar su ley. Así como la capacidad de un barril con duelas (tablas) de distinta longitud está limitada por la más corta, el crecimiento de una planta se ve limitado por el nutriente más escaso.

Se lo considera como todo aquello que puede ser utilizado por un organismo para su consumo, en contraposición a la condición ambiental que no puede ser consumida. Ejemplos de estos pueden ser la luz, el agua, los nutrientes, los sitios de anidación, etc. Cabe destacar que algunas condiciones ambientales también pueden actuar como recursos en algunas especies. Por ejemplo, el agua puede actuar como recurso en organismos vegetales, al ser consumida, pero como recurso para peces, al ser un factor que determina su distribución.

Recurso limitante (ley de Liebig)

Dentro de la ecología, hay un concepto importante que es el de recurso limitante, postulado por Justus von Liebig y descrito en la ley del recurso limitante de Liebig. Esta define a uno de los recursos como el limitante, que corresponde al de menor disponibilidad relativa a la distribución de la especie. Este concepto se aplicó originalmente al crecimiento de plantas y cultivos, donde se encontró que el aumento en la cantidad del nutriente más abundante no hacía aumentar el crecimiento de las plantas. Solo mediante el aumento de la cantidad del nutriente limitante (el más escaso) se podía mejorar el crecimiento de una planta o cultivo.

El crecimiento de un organismo (una planta, por ejemplo) puede depender de una serie de factores diferentes: la luz del sol o nutrientes minerales (nitrato o fosfato). La disponibilidad de estos puede variar, de tal manera que en un momento dado unos son más limitantes que otros. La Ley de Liebig dice que el crecimiento sólo se produce en la tasa permitida por el factor más limitante.

Ley del mínimo de Liebig (es.wikipedia.org)

Concepto de nicho

Al considerar, por ejemplo, las variables temperatura y humedad, surge como producto de la zona óptima el nicho de la especie, representado en azul (nicho fundamental) y en naranja (nicho realizado). Estos últimos serán explicados próximamente.

Si consideramos tanto condiciones ambientales como recursos para observar la distribución de una especie, podremos adentrarnos al concepto de nicho. Este estará representado gráficamente por toda la zona óptima resultante de la la consideración de las condiciones y recursos que son tomados en cuenta. En el ejemplo de la imagen, se determina el nicho de una especie al contemplar la zona óptima de acuerdo a la temperatura y humedad como variables.

El concepto de nicho es clave en la ecología, y comenzó a aparecer en la década del 1930 a través de Elton, quien utilizó la siguiente analogía para describirlo: "un nicho es el modo de vida de una especie, como sería el trabajo o profesión en una comunidad humana".

El nicho de un animal significa su lugar en el ambiente biótico, su relación con el alimento y sus enemigos [...] Describe el estatus de un animal en su comunidad, para indicar lo que está haciendo y no sólo lo que parece.

Charles Elton (1927).

Sin embargo, unos 20 años después, Hutchinson acuñó lo que se conoce ahora como el concepto moderno de nicho. Este fue definido como la relación entre el organismo y las condiciones ambientales (su posición o la función en un ecosistema). En este sentido, el nicho es considerado como una propiedad de la especie, y que por lo tanto puede variar en tiempo y espacio.

El término nicho [...] se define como la suma de todos los factores ambientales que actúan sobre el organismo; El nicho así definido es una región de un hiperespacio n-dimensional.

George Evelyn Hutchinson (1944–58).

Así, un nicho es considerado como la suma de todas las variantes ambientales en donde, si fuera representado gráficamente, obtendríamos lo que se denomina un hiperespacio o hipervolumen (forma de espacio que tiene más de tres dimensiones) de una cantidad equis de dimensiones. De acá surge el concepto de hipervolumen de n-dimensiones.

Hábitat y nicho

Algo importante a destacar es que el concepto de hábitat y nicho, aunque coloquialmente similares, no son iguales. Mientras que un hábitat es un lugar físico, el nicho es una propiedad de la especie, la sumatoria de todas las tolerancias y requerimientos de un organismo, su papel funcional en el ecosistema. El concepto de nicho agrupa todas las necesidades de un organismo, todo el rango de condiciones y recursos que necesita una especie para poder crecer y reproducirse, y que está limitado por las interacciones con otros organismos.

Competencia

Ejemplos de interacciones biológicas que incluyen al parasitismo, depredación, amensalismo, competencia, neutralismo y comensalismo. Se representa con un signo de más cuando un organismo se ve beneficiado de la interacción, con uno de menos cuando se ve perjudicado y con un cero cuando no lo afecta significativamente.

La competencia corresponde a todas aquellas interacciones biológicas entre dos o más individuos o poblaciones que afectan adversamente su condición corporal, sobrevivencia, adecuación biológica o tamaño poblacional. Puede ser de carácter interespecífico (entre especies) o intraespecífico (dentro de una misma especie).

Coexistencia de especies

En una competencia interespecífica, la coexistencia de organismos en un mismo nicho dependerá directamente de la abundancia del recurso. Si este es abundante, no habrá una competencia significativa. Si es escaso o limitado, la superposición de nichos será alta y por tanto habrá competencia con el potencial de desplazar a una de las especies.

Repartición de recursos

Un fenómeno que ocurre como producto de la competencia es la repartición de recursos. Esta es el fenómeno por el que dos o más especies se reparten recursos como comida, espacio, lugares de descanso, etc. para coexistir. Por ejemplo, algunas especies de lagartijas parecen coexistir porque consumen insectos de distintos tamaños. Otra posibilidad es que las especies coexistan con los mismos recursos si cada una de ellas está limitada por recursos diferentes o tiene una capacidad diferente para capturarlos. Si la densidad de una especie disminuye, el alimento del que más depende será más abundante (ya que hay pocos individuos para consumirlo). Como resultado, los individuos restantes experimentarán una menor competencia por el alimento.

Aunque "recurso" suele referirse a la comida, las especies pueden repartirse otros objetos no consumibles, como partes del hábitat. Por ejemplo, se cree que las currucas coexisten porque anidan en distintas partes de los árboles. Las especies también pueden repartirse el hábitat de forma que tengan acceso a distintos tipos de recursos.

Historias de vida

Parte de lo que la ecología estudia es el comprender cómo los organismos asignan sus recursos a distintas funciones. Esto se engloba en el concepto de historia de vida, que consiste en el conjunto de reglas de decisión, dependientes del ambiente y de la condición, que gobiernan el programa de un organismo en la asignación de energía y materiales hacia crecimiento, diferenciación, sobrevivencia y reproducción.

Estas historias de vida pueden ser definidas en función de ciertas variables que son posibles medir en los organismos, denominados rasgos. Estos son características morfológicas, fisiológicas o fenológicas individuales que impactan el éxito biológico a través de sus relaciones con el crecimiento, reclutamiento y la mortalidad.

Algunos ejemplos de esto son:

• tamaño corporal
• patrón de crecimiento
• edad y tamaño a la madurez
• tamaño, número y relación de sexos de la progenie
• número de puestas y cuidado parental
• duración del ciclo vital

Compromisos entre rasgos

Muchas veces los rasgos de un organismo entran en conflicto entre sí, pudiendo así surgir un compromiso. El aumento de un rasgo puede estar asociado a un beneficio o a un detrimento de otro rasgo, el cual será comprometido. Se lo define como una relación entre dos características del ciclo vital, en la que el aumento en los beneficios de una está asociado a un descenso en los beneficios de la otra.

Un ejemplo es el compromiso de rasgos nicho/distribución, cuando un organismo se vuelve especialista en consumir algún tipo de alimento. Por ejemplo, un pájaro que desarrolla un pico específico para romper cocos, sacrifica su capacidad de distribución geográfica y solo se distribuye en las zonas donde se encuentran las plantas de cocos. En cambio la poblaciones de pájaros generalistas que tienen un margen de distribución geográfica más amplio y pueden consumir cualquier tipo de alimento, sacrifican la facilidad con la que consiguen el alimento, es decir un pájaro con un pico regular tarda más tiempo y gasta más energía en romper cocos.​ El mismo fenómeno se ha documentado para animales polinizadores que se dividen en generalistas y especialistas.​

Plasticidad fenotípica

Ejemplo práctico de plasticidad fenotípica observada del tiempo de floración de una planta, en la que se observa cómo diferentes poblaciones de una misma especie tienen marcadas variaciones entre las del Caribe y las del centro de Estados Unidos.

Es una propiedad de organismos con un mismo genotipo a producir diferentes, pero repetibles, fenotipos en respuesta a diferentes condiciones ambientales.

• Se expresa como cambios químicos, fisiológicos, del desarrollo, morfológicos, de conducta, etc. en respuesta a estas señales.

• El tipo y grado de plasticidad son específicos de las condiciones ambientales y de los rasgos individuales de los organismos; por ejemplo, un mismo rasgo puede ser plástico en respuesta a cambios en la temperatura, pero no al cambio de nutrientes, o un cierto rasgo puede ser plástico en respuesta a la temperatura mientras que otro rasgo no.​ La plasticidad es el resultado de numerosos mecanismos fisiológicos, incluyendo transcripción, traducción, regulación enzimática y hormonal, que producen respuestas locales o sistémicas.

En general, la plasticidad fenotípica es más importante para los organismos inmóviles (por ejemplo, las plantas) que para los móviles (por ejemplo, la mayoría de los animales), ya que los organismos móviles a menudo pueden alejarse de entornos desfavorables. No obstante, los organismos móviles también presentan cierto grado de plasticidad en al menos algunos aspectos del fenotipo.