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condiciona el tamaño de los organismos poiquilotermos (tabla 2. 7). El tamaño pequeño permite una mayor facilidad para esconderse durante el período desfavorable, es decir el invierno.
Tabla 2. 7. Actividad y tamaño en reptiles en relación a la temperatura.
Clima Clima templado Clima subtropical Clima tropical Actividad estacional Estival Casi todo el año Todo el año Periodicidad diaria Diurna Invierno, de día
Verano, de noche
Casi todo el día
Tamaño Pequeño Mediano a grande Grande
Tabla 2. 8. Ventajas y desventajas de los tamaños en aves e insectos.
tamaño Insecto Ave
pequeño - mayor movilidad,
- facilidad para refugiarse,
Favorable
- gran desgaste energético,
(necesita más alimentos)
- desfavorable balance térmico
(mayor superficie relativa). grande - movimientos torpes,
- gran desgaste energético para
desplazarse (mayor peso),
- dificultad para eliminar calor
(exoesqueleto).
- desgaste energético normal, - balance térmico favorable.
Favorable
Periodicidad anual de la temperatura con respecto a plantas
Las plantas pueden ser comparadas en cuanto a la situación de vida con animales poiquilotermos: la temperatura del organismo varía con la temperatura del medio. La periodicidad anual de la temperatura (estaciones) condiciona la periodicidad en el ciclo vital de los vegetales, tanto del clima templado como del clima subtropical, y en menor medida del clima tropical. La temperatura mínima crítica es más o menos 5ºC para las plantas tropicales; la máxima depende de la especie y del hábitat, y puede variar entre 40ºC y 90ºC, límite que pueden resistir bacterias de fuentes termales. Algunos como Pyrodictium occultum, una arqueobacteria hipertermófila de regiones con vulcanismo submarino deja de crecer recién a los 86ºC y vive aún a 105ºC (Stetter, 2006).
La germinación
Muchas semillas sólo germinan al comienzo de la época favorable del año, en el denominado período de vegetación. La germinación se encuentra inhibida mientras no haya sufrido determinada cantidad de frío durante un determinado tiempo. Es posible romper esta inhibición artificialmente por vernalización mediante la exposición de las semillas al frío, un proceso que romperá la barrera fisiológica que inhibe la germinación.
Protección contra el frío:
El congelamiento del contenido celular significa la muerte por desnaturalización del protoplasma. Las plantas contrarrestan esta posibilidad mediante dos maneras esenciales:
por protección osmótica: aumento invernal de la presión osmótica celular por mayor
contenido de azúcar, lo que significa reducción del punto de congelación;
por pérdida del follaje: en invierno muchas plantas pierden su hojas.
Protección contra al calor:
Refrigeración: menor temperatura que el medio. La temperatura interna es hasta 10 – 15
ºC inferior a la temperatura del medio (temperatura exterior). Esta diferencia se logra por transpiración elevada. C o p y r i g h t © 2 0 1 4 . E d i t o r i a l B r u j a s . A l l r i g h t s r e s e r v e d .
Intercambio de calor: temperatura más o menos igual a la del medio. Proceso semejante al
que desarrollan los radiadores de los automóviles. Por lo general estas plantas poseen ramas delgadas sin hojas. Tienen una transpiración reducida, pues necesitan hacer economía de agua, pero es lo suficiente como para que la temperatura interna no supere la externa.
Resistencia plasmática: mayor temperatura que la del medio. Aguantan temperaturas
internas superiores a las del medio en hasta 10 - 15ºC. En plantas de los oasis; no sufren mientras disponga de agua suficiente, aunque sus hojas pueden alcanzar temperaturas de hasta 40 ºC, y evita los daños mediante transpiración aumentada.
Agua
¿Cuál es la importancia del agua para los organismos?
Constituye en muchos casos más del 90% del peso cor poral.
Es esencial para los procesos bioquímicos ( fotosíntesis, transpiración).
Es responsable de la turgencia celular (mantiene la rigidez celular), por la presión
osmótica.
Es el solvente para muchas sustancias (sales minerales), lo que permite su absorción y
transporte.
Muchas plantas y animales dependen de ella para l a fecundación y para la dispersión. Es el medio de vida para muchos organismos acuáticos.
Gracias a la turgencia, las células tienen estructura y formas específicas. En plantas, las células tienen la mayor parte del lumen ocupado por una gran vacuola central llena de agua. Si ocurre deshidratación, por debajo de cierto nivel crítico, la planta puede morir. Para los animales, el problema del agua no es tan importante, pues pueden trasladarse para conseguirla; las plantas en cambio están condicionadas por el agua disponible en el medio donde viven.
El ingreso de agua
El agua llega al suelo a través de las precipitaciones en forma de lluvia, rocío, nieve o granizo. El rocío tiene sólo importancia cuando es muy abundante y por goteo forma parte de la humedad del suelo, un hecho común en la selva nubosa de la alta montaña tropical. En el desierto, insectos se exponen a la noche para que condense el agua en sus patas.
El agua que entra al suelo, puede ser almacenada: agua retenida por las partículas del suelo, contra la fuerza de gravedad, en los poros del suelo; puede drenar en profundidad: el agua excedente y que no puede ser retenida por los poros forma parte del agua freática (= endopercolación); o puede formar la napa freática: agua que no puede seguir percolando debido a la existencia de una capa impermeable (arcilla, roca).
Almacenaje en el suelo
Las partículas del suelo retienen el agua que forma una película en torno a las mismas. Entre las partículas se forman poros de distinto diámetro; los más pequeños y los medianos contienen agua, y los poros más grandes aire. La retención de agua por una partícula de suelo es mayor cuando la película formada es más delgada. El agua que está más allá de los 0,005 mm de la superficie de partículas grandes (arena) sigue la gravedad; la fuerza de retención será menor a 0,1 atm. Cuando la fuerza de atracción supera las 0,1 atm, el agua será retenida en la superficie de la partícula. Cuando se llega al máximo posible de retención, cada gota de agua que entra, sale y continúa endopercolando para formar parte del agua freática. En esa situación se llega a la capacidad de campo.
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Capacidad de campo = FK, FC, field capacity
Es la máxima cantidad de agua que puede retener el suelo contra la gravedad. Punto o coeficiente de marchitamiento = PW
Corresponde a un potencial hídrico de 15 atmósferas3 y se presenta cuando la fuerza de retención del agua por la partícula es superior a la fuerza de absorción de los pelos absorbentes. La diferencia entre capacidad de campo (FC) y el punto de marchitamiento (PW) representa la cantidad de agua disponible, es decir en condiciones de ser absorbida por l a planta.
FC – PW = agua disponible para plantas
Figura 2. 19. Movimientos del agua en el suelo.
Egreso del agua
El agua que ingresó a la planta egresa por:
Fotosíntesis. El agua acompaña a la fotosíntesis en la formación de hidratos de
carbono, que serán transportados a otros lugares de la planta (por ej. a semillas o a los frutos). Al desprenderse de la plantas, tanto en frutos como en semillas, egresa agua.
3 Potencial Hídrico: fuerzas que adhieren el agua a la superficie de la partícula.
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Respiración. Otra parte del agua egresa a través de la respiración como vapor de agua. Protección térmica (refrigeración por transpiración). El egreso por transpiración está
al servicio de la protección térmica de las hojas. Las plantas que viven en desiertos están sometidas a muy elevadas temperaturas que influyen en los tejidos vegetales, en especial sobre las partes verdes. Estas plantas regulan la temperatura por distintos métodos: por presencia de una cutícula gruesa; por una epidermis pluriestratificada; evaporando enormes cantidades de agua.
Resumiendo: evaporación = consumo de calor = reducción de la temperatura del tejido.
Gutación. Una parte del agua sale como transporte de sales y asimilados: gutación,
pequeñas gotas en los extremos de las hojas, conteniendo productos de secreción. Cuando la atmósfera está cargada de humedad y las plantas no pueden eliminar el exceso de agua evaporándola por los estomas, la expelen en forma de gotitas por orificios ubicados en el borde de las hojas, en las terminaciones de las nervaduras. Balance de agua
¿Cuáles son las relaciones entre entradas, almacenaje y salidas del agua de un ecosistema? Las entradas de agua al ecosistema son por precipitaciones (lluvia, nieve, rocío, granizo), por aflujo de la napa freática y por aflujo superficial.
El agua se almacena en el ecosistema el suelo, en las plantas (hojas, frutos, tallo) y en animales y en el humus y los epífitos. El volumen almacenado en los dos últimos es escaso en relación al volumen de agua almacenado en el suelo.
El agua sale del ecosistema por transpiración animal y vegetal, por endopercolación (drenaje hacia la napa freática), por escurrimiento superficial (escorrentía) y por interceptación (agua que queda retenida en el humus acumulado en troncos y horquetas) y e vaporación.
Elbalance del agua se puede expresar en una fórmula o ecuación, para la cual se necesitan los siguientes datos:
P: Precipitación, F: aflujo por napa freática, E: evaporación, A: almacenaje,
D: drenaje o escurrimiento superficial, C: consumo,
T: transpiración, I: interceptación (agua retenida por el follaje y troncos; se evapora directamente).
Deducción de la fórmula de balance: P = E + D E = P – D E = P – D – A + C Si E = T + I T + I = P – D – A + C T = P – D – A + C – I T = P – D – A + C – I + F En la práctica I y F no se toman en cuenta.
La evapotranspiración es el proceso combinado de evaporación del suelo y transpiración de las plantas. La evapotranspiración potencial: cantidad máxima de agua que evaporaría el suelo y transpirarían las plantas si el suelo tuviera un contenido máximo de humedad y la cobertura vegetal fuera completa.
Almacenaje y consumo se miden tomando muestras del suelo, dos veces en el mismo lugar y la misma profundidad. Las muestras se pesan húmedas y lueg o son secadas hasta peso constante (105C); por diferencia se obtiene el agua almacenada. El consumo se obtiene por diferencia
entre este dato y el dato obtenido en la segunda medición.
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Influencias del factor agua en los animales
Los vertebrados y los insectos hasta cierto punto, gracias a la capacidad de locomoción, tienen la posibilidad de alejarse temporariamente de las fuentes de agua. Existe un ritmo diario en los herbívoros terrestres y de sus depredadores: el desplazamiento hacia el bebedero, importante también para el ganado doméstico.
Algunos animales cubren su demanda de agua mediante el agua contenida en sus alimentos, como por ejemplo las liebres, conejos, roedores pequeños, insectos en parte, etc. , animales que hacen por lo tanto un máximo de economía de agua. Caracoles, arañas, insectos, reptiles, aves y mamíferos beben; pero animales de zonas áridas no están familiarizados con el agua líquida presente en charcos, lagunas, etc. Algunos animales, como las babosas, absorben el agua directamente a través del cuerpo (si se pulveriza agua sobre una babosa, ésta aumentará de peso); el mismo fenómeno se presenta en ranas, langostas, caracoles.
El contenido corporal de agua puede alcanzar hasta el 90 % del peso total. En algunos animales, según la etapa de desarrollo, puede variar a lo largo de la vida, como ocurre por ejemplo en insectos (mayor contenido de agua en la larva, menor contenido en la pupa y menor aún en el adulto). Si bien pueden existir variaciones en el contenido de agua debido a procesos de deshidratación, es necesario que la cantidad de agua se mantenga próxima a niveles normales, para que los procesos bioquímicos no se al teren.
Adaptaciones en animales
También los animales tienen adaptaciones. Los que viven en sitios muy húmedos no necesitan economizar agua; lombrices, caracoles, babosas, ranas, son de ambientes más bien húmedos y pueden perder un elevado porcentaje del peso en agua; por ejemplo una lombriz puede perder hasta 70% del peso de agua sin morir. El hombre puede perder hasta un 25% del agua de su cuerpo sin que peligre la vida, aunque con los conocidos problemas causados por la deshidratación. Para preservar el equilibrio hídrico, deben compensarse las pérdidas con las entradas de agua.
Estas son algunas adaptaciones de los animales a la vida con poca agua (de Margalef, 1980):
casi no beben: extraen agua de los alimentos; si beben pueden incluso beber agua
salada (otras especies no adaptadas se deshidratan si beben agua salada);
absorción de agua por la superficie del cuerpo como lo hacen babosas, ranas, huevos y
adultos de saltamontes, las garrapatas con la humedad del aire superior a 92%;
impermeabilización de la cutícula mediante la quitina (insectos) o revestimiento con
mucosa (caracoles y anfibios);
reducción extrema del agua contenida en excrementos realizada por roedores,
antílopes de lugares áridos, cabras;
metabolismo bajo en animales que viven en regiones áridas; descanso durante la estación seca;
actividad durante las horas más húmedas mientras permanece el rocío de la mañana,
durante las horas más frescas del atardecer, evitando la exposición al sol.
Intercambio gaseoso e intercambio mineral
Los intercambios mineral y gaseoso son parte de los procesos vitales de los organismos. Integran los denominados ciclos de los elementos (Cap. VI).
El intercambio de minerales
En Plantas: Absorción de sales disueltas en agua; la planta devuelve sólo CO2. Es realizado a
través de los pelos absorbentes de las raí ces.
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En animales: A partir de la ingestión de partes de plantas, y el pasaje posterior hacia otros animales en la red trófica (carnívoros y omnívoros).
Los minerales ingresan al sistema orgánico a partir de los vegetales. Las plantas los absorben través de los pelos obsorbentes de las raíces, y los incorporan a las estructuras orgánicas. Los herbívoros los adquieren desde estas plantas (o directamente del suelo, como por ejemplo lamiendo sales). Los carnívoros a su vez los incorporan consumiendo la materia orgánica animal (herbívoros u otros carnívoros). Todo organismo vivo, o sus partes, en algún momento mueren y llegan al suelo, donde otros seres vivos utilizan esta materia orgánica como alimento, liberando minerales que vuelven al suelo, y están disponibles para su nueva reabsorción.
El intercambio de gases
Con respecto a los gases, estos son tomados directamente desde la atmósfera o en el caso de organismos acuáticos, de los gases disueltos en el agua.
En plantas: respiración (absorción de oxígeno) y absorción de dióxido de carbono (CO2).
En animales: a diferencia de las plantas verdes, en animales ocurre absorción de oxígeno y exhalación de dióxido de carbono, en forma cons tante.
El intercambio gaseoso puede ocurrir directamente desde la atmósfera o dentro del agua. Todos los organismos, salvo los anaeróbicos, necesitan del oxígeno para vivir. Las plantas verdes respiran todo el tiempo: absorben oxígeno y eliminan dióxido de carbono. Pero como son organismos fotosintéticos, necesitan del dióxido de carbono para, mediante la fotosíntesis, formar sustancias orgánicas. Durante el día predomina cuantitativamente la absorción de CO2 y se elimina O2 y vapor de agua (fase lumínica); de noche se absorbe únicamente O2 y se elimina CO2 (fase oscura). Tanto en plantas como en animales, la respiración significa consumo de asimilados (necesidad de O2y eliminación de CO2).
Los procesos de intercambio
La figura 2. 20 ilustra y resume los procesos de intercambio. El esquema se realizó a partir de la idea original de Schlichting (1964). Para su mejor comprensión, a continuación se explican los procesos principales. En el intercambio mineral, hay sustancias que son excretadas por los organismos (hojarasca, materia fecal, frutos, corteza, pelechos, etc.) así como los organismos completos cuando ocurre la muerte (cadáveres, árboles enteros, etc.). Estos compuestos orgánicos llegan al suelo incorporando al mismo no sólo materia orgánica, sino sustancias minerales que se encuentra en ellos a los que llegaron mediante la transferencia de energía a lo largo de las redes alimentarias. Esta materia orgánica, por acción de los organismos del édafon (= comunidad de organismos vivos del suelo), se desintegra y transforma a través de:
Desintegración directa de sustancias fácilmente desintegrables, por acción de bacterias, como proteínas, hidratos de carbono (almidón, azúcares), grasas (desintegración más lenta). La oxidación (combustión) implica liberación de energía.
Humificación. Es una “oxidación cortada” , es decir frenada por las condiciones del suelo.
Sustancias difíciles a desintegrar; hecho por hongos: celulosa, lignina. Condiciones que frenan la oxidación: exceso de humedad, baja aireación y baja temperatura. Ocurre por lo tanto en el suelo una acumulación en forma de complejos húmico-arcillosos, importante para la estructura y el balance químico del suelo (depósito de nitratos, fosfatos, sales de potasio y de sodio).
Deshumificación. Es una oxidación. Por mejoría de las condiciones ambientales (más oxígeno, menos agua, buena estructura del suelo); actúan las bacterias. Las condicionesnecesarias para una mineralización rápida son una buena aireación, baja humedad y temperaturas elevadas.
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Nitrificación