1) Energía y ciclos biogeoquímicos 2) Dinámica de comunidades 3 ...

1) Energía y ciclos biogeoquímicos
2) Dinámica de comunidades
1) Productores primarios. Fitoplancton.
2) Microalgas asociadas a sustrato y macrófitas.
3) Bacterioplancton. Zooplancton. Preparación salida.
4) Necton
5) Zoobentos
3) Interacciones tróficas y procesos ecológicos
4) Ecosistemas
Carla Kruk, ckruk@yahoo.com
Aporte de los ecosistemas acuáticos a la producción
primaria de la tierra
Océano abierto
Plataforma continental
Estuarios
Algal beds and reefs
Zonas de resurgimiento
Extreme desert, rock, sand, ice
Desert and semidesert scrub
Tropical rain forest
Temperate evergreen forest
Humedales
Lagos y ríos
MARINO
Savanna
Cultivated land
Boreal forest (taiga)
Temperate grassland
Woodland and shrubland
TERRESTRE
Tundra
Tropical seasonal forest
Temperate deciduous forest
ACUATICOS CONTINENTALES
5.2
0.3
0.1
0.1
4.7
3.5
3.3
2.9
2.7
2.4
1.8
1.7
1.6
1.5
1.3
1.0
0.4
0.4
65.0
125
360
0 10 20 30 40 50 60 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 0 5 10 15 20 25
PORCENTAJE DE LA
SUPERFICIE TERRESTRE
3.0
90
140
500
900
600
800
600
700
250
1,500
1,200
1,300
1,600
2,500
2,200
2,000
PP NETA PROMEDIO
(g/m 2 /yr)
1.2
0.9
0.1
0.04
0.9
3.5
0.6
5.6
5.4
4.9
3.8
2.3
0.3
7.9
9.1
7.1
9.6
24.4
22
PORCENTAJE DE LA PP
NETA DE LA TIERRA
1

Hábitat determina la composición de los productores
primarios acuáticos
Algas (perifiton) y bacterias
asociadas a sustratos
Macroalgas y plantas asociadas a
sustrato o en suspensión
Microalgas y
bacterias en
suspensión
AUMENTA PROFUNDIDAD Y DISMINUYE LUZ
Hábitat determina:
morfología de los productores y factores condicionantes
Hábitat
1. Mezclado
2. Zona de
intercambio
delgada
3. Pocos
nutrientes
4. Luz variable
Organismo
Menor tamaño
y mayores tasas
FITOPLANCTON
Luz
Nutrientes
PERIFITON Y
MACRÓFITAS
Hábitat
1. Fijo
2. Gruesa zona
de intercambio
3. Mas
nutrientes
4. Luz poco
variable
Organismo
Mayor tamaño y
menores tasas
2

ALGAS
Organismos
sin embrión
Cianobacterias y microalgas asociadas a
sustratos
“Perifiton” o “Microfitobentos”
PLANTAS
Con embrión
Embriofita
Fotótrofos acuáticos: gran diversidad filogenética,
especialmente microalgas y fitoplancton
BACTERIAS Bacterias Procariotas
Cyanobacterias Procariotas
Chlorophyta Eucariotas
Rhodophyceae
Fucophyceae
Chrysophyceae
Dinophyceae
Bacillariophyceae
Cryptophyceae
Prymnesiophyceae
Briófitas Eucariotas
Pterófitas
Angiospermas
FITO MICRO MACRO
BENTOS -FITAS
3

Se les nombra según su forma de asociación y tipo de sustrato
Haptobentos
Adheridas a un
sustrato
Epipélicas
Epilíticas
Epifíticas
Epizoicas
Metafiton
Sobre el
sedimento sin
formas de
adherencia
Herpobentos
Se mueven a
través del
sustrato
4

Morfologías – nivel de organización – adaptación al medio
Por estar asociadas
tienen mayor
tamaño, polaridad,
nivel de organización
(filamentos
ramificados) que el
fitoplancton.
Con: mayor estabilidad, menor flujo
Steinman et al. (1996)
Asociado a: mayor importancia composición sustrato y menor del agua
Mayor diversidad
1. Adheridas a sustrato inerte
Raspadores
Baja estabilidad, alto flujo de agua, baja especificidad de sustrato
Baja diversidad
EPILITICAS: piedras
EPIPELICAS: arena (epipsamon),
limo, restos, carbonato de Ca,
etc. Principalmente diatomeas
5

2. Adheridas a sustrato
inerte o vivo
Colectores y
raspadores
Estabilidad y flujo de agua y especificidad de sustrato medios
Diversidad media
3. Principalmente adheridas a sustrato vivo
Estructura tridimensional:
polisacáridos y espacios
vacíos, SELVA
Fragmentadores,
colectores
Zonas más protegidas.
Material gelatinoso flexible.
Macro clorofitas enraizadas, y colonias,
no móviles.
.
Alta estabilidad, bajo flujo de agua, alta especificidad de sustrato
Alta diversidad
6

Adheridas sustrato vivo
Epifíticas
Epidermis de plantas,
importante interacción
con huésped.
Epizoicas
Sustrato: animales sedentarios con caparazones duros:
moluscos, tortugas, peces y zooplancton.
Herpobentos
Se mueven a través del
sustrato
Sobre o en sedimento:
migración vertical 0.2-0.4 cm
foto o geotaxis (diato, ciano,
cloro y eugleno).
Metafiton
Sobre el sedimento sin
formas de adherencia
Matas flotantes
7

Efectos de la morfometría: profundidad y corrientes
Importante proporción de la producción de los sistemas acuáticos
dependiendo de su morfometría
Flujo de agua
Cardinale 2011 (Nature)
1. Pérdidas por lavado
o enterramiento
2. Cambio en fuentes
de nutrientes
3. Cambio de
profundidad
(desecación)
8

Nutrientes
En general no limitado, algunos
casos por N
Dependiente del tipo de sustrato
Nutrientes
Epiliton (rocas): mayor limitación
Epifiton (plantas): toma de agua
(puede ser limitante) y de planta
(varía especie y ciclo de vida)
nutrientesperifiton y sedimento
Luz
• Luz se atenúa rápidamente (1% PAR):
perifiton 2-3, barro 0.2, arena 0.3 mm.
Matas de densas (Phormidium)
y laxas (Ulothrix), Dodds (2003
J. Phycol.)
Organismos adaptaciones a baja luz sin
inhibición
Ef. fotosintética: epifiticas > epipsamon
> epi sustrato orgánico
Migración vertical
Due et al. 2010 (Algae)
9

SUSTRATO AFECTA: nutrientes, luz, estabilidad…
Sustrato:
• tamaño de grano, forma tridimensional
• nutrientes y materia orgánica
Migración vertical
Due et al. 2010 (Algae)
Variación temporal: temperatura y luz
Desarrollo sucesional:
incremento de
reciclaje de nutrientes
(Wetzel, 1993)
Sistemas templados:
ciclos estacionales diato y
ciano epipélicas.
10

Variación estacional de epifiton
(sustrato plantas)
Macrófitas
Todas las formas macroscópicas
de vegetales asociadas al agua
11

BACTERIAS Bacterias Procariotas
ALGAS
Organismos
sin embrión
PLANTAS
Con embrión
Embriofita
1. Macroalgas
Fotótrofos acuáticos: gran diversidad filogenética,
especialmente microalgas y fitoplancton
Cyanobacterias Procariotas
Chlorophyta Eucariotas
Rhodophyceae
Fucophyceae
Chrysophyceae
Dinophyceae
Bacillariophyceae
Cryptophyceae
Prymnesiophyceae
Briófitas Eucariotas
Pterófitas
Angiospermas
2. Hidrófitas: Briófitas y plantas
vasculares (Pterófitas y Angiospermas)
asociadas fisiológicamente al agua
Zonas protegidas de lagos y ríos,
planicies de inundación, humedales y
litoral, zona eufótica, intermareal o
submareal
Angiospermas
FITO MICRO MACRO
BENTOS -FITAS
Macroalgas
Ricciocarpus (briófita) y
Azolla (pteridófita)
12

Macroalgas
• Algas marinas (seaweeds)
• Sin sistema vascular,
estructura de anclaje
• Zonas someras rocosas, sin
destrucción por ola.
• Diversidad: morfología y ciclos de vida
• Chlorophyceae (verdes, clorofila-b), Fucophyceae (pardas, fucoxantina) y
Rhodophyeae (rojas, ficoeritrina y ficocianina)
Ulva lactuca Fucus vesiculosus Corallina officinalis
Briófitas
• No tienen raíces ni xilema,
si células diferenciadas.
• No usan bicarbonato,
Hygrohypnum
en sistemas con mucho CO2 y pH ácido
• Flujo de agua fuerte y sustratos duros
• Se sabe poco de su ecología: alta luz, secuestran
iones y metales pesados, no palatables
Pteridófitas
• Plantas vasculares
(xilema y floema
primitivos) sin semillas y
con alternancia de
• Hojas grandes (megafilos
o frondes)
Ricciocarpus (briófita)
Salvinia (pteridófita)
Anabaena azollae
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1. Emergentes
Morfología ligada a hábitat y fisiología
HIDRÓFITAS: 4 formas de vida (Sculthorpe, 1967)
Zonación espacial
2. Flotantes enraizadas
4. Sumergidas
enraizadas
3. Flotantes libres
Cuenca humedal zona litoral zona pelágica
Principales factores
que condicionan su
distribución:
1- emergentes:
profundidad de la
columna de agua > 2
m
2- flotantes:
movimiento del agua
3- sumergidas: luz
Hidrófitas: origen en algas tierra vuelven al agua
2. Órganos flotantes y
emergentes: hojas y
tallos
Gases
Nutrientes
1. Órganos
sumergidos:
rizoma, hojas,
tallos y renuevos
Movimiento del agua y de
precipitación: rotura, hundimiento
Acceso a intercambio gaseoso
Dificulta intercambio gaseoso
1. baja difusión O 2 y de CO 2
2. alta respiración
Acceso a nutrientes
Evasión de herbívoros
Menor lignificación
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1. Adaptaciones morfológicas
1. Hojas
1. Anatomía celular: mesófilo
esponjoso, aumento S/V
2. Morfología: resistentes o flexibles
2. Rizoma
Gases
* emergentes (sujeción)
flotantes (estabilización
y nutrientes)
* Aerénquima y raíces
adventicias
3. Reproducción:
* aéreas y similares a
terrestres
* vegetativa
2. Adaptaciones fisiológicas
1. Baja difusión de O 2 en agua
* Transporte eficiente
* ATP por fermentación
* O 2 circula hacia la rizósfera
Nutrientes
Partes aéreas
CO 2
CH 4
raíces
2. Baja difusión de CO 2 en agua
* Menos requerimientos
* Desacoplamiento fotosíntesis
* Uso de HCO 3-
* Reciclado de CO 2 de la respiración
Adaptaciones de las hidrófitas al ambiente acuático
1. Adaptaciones morfólogicas y fisiológicas “de una planta
terrestre que va hacia el agua”
2. Función de forma de vida
Incremento de las adaptaciones:
celulares, morfológicas, fisiológicas
Emergentes Hojas
flotantes
enraizadas
Flotantes Sumergidas
O 2
15

Gases
Nutrientes
Sujeción
Hojas: circulares, margen
entero y doblado, repelente al
agua
Pecíolo: largo, protección
hundimiento y rotura
Adaptaciones morfológicas: Emergentes
Hojas: sin diferencias de terrestres, salvo renuevos, >
mesófilo esponjoso
Rizoma: gran desarrollo (sujeción) y
biomasa (hasta 80 % biomasa total),
aerénquima (transporte gaseoso), raíces
adventicias
Gases
Raíces: gran desarrollo,
rizomatóforas o estoloníferas
Typha sp.
Adaptaciones morfológicas: hojas flotantes enraizadas
Nutrientes
Sujeción
Victoria amazonica
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Gases
Nutrientes
estabilización
Lemnacea máxima
adaptación
Egeria densa
Gases
Nutrientes
Adaptaciones morfológicas: flotantes libres
Pistia stratiotes
Reproducción vegetativa
(estolones): pueden cubrir
el lago
Ruppia maritima
Salvinia (pteridófita)
Hojas y tallo: simplificación externa,
hojas circulares, superficie repelente al
agua pelos.
Raíces: gran
desarrollo,
asimilación de
nutrientes y
estabilidad, raíces
adventicias O 2.
Eichornia crassipes
Adaptaciones: sumergidas enraizadas
Hoja: finas y flexibles, cloroplastos en
epidermis, poca luz dif. intercambio
de gases, pocas diferencias tallo y
hoja Alta S/V, fenestradas o
enteras (protección movimiento de
agua)
Raíz: poco desarrollo asimilación
Nutrientes son tomados del sedimento (agua intersticial) si en la
columna de agua hay muchos tb toman de ella.
Hoja fenestrada
Ceratophyllum
Estructuras
reproductivas: sim.
terrestres
(polinización),
aéreas salvo
algunos géneros
sumergidas.
17

3. Productores primarios: macrófitas
AIRE
AGUA
Xilema
Floema
flotante
CO 2
Simplificación
de sistema
vascular y
menor
lignificación
sumergida
Adaptaciones anatómicas: hoja flotante y sumergida
Estomas
CO 2 y O 2
Mesófilo en
empalizada
Org.
dorsiventral
Mesófilo
esponjoso
Poco
espesor
Alta S/V
Mesófilo más homogéneo por variación en posición de la hoja
Nutrientes (C/N/P)
Sedimentos y zonas someras tienen más nutrientes que aguas
abiertas
C/N/P: agua dulce (ríos 281/22/1 y lagos 306/24/1): P limitante
Fitoplancton 106/16/1 (Redfield, 1934): mayores requerimiento P y N
Plantas acuáticas 550/30/1 (Atkinson & Smith, 1983): menores
C pocas veces limitante
* matas densas
* pH alto > 9: bicarbonato anhidrasa
Estrategias macrófitas:
• morfológicas: hojas, espacios
lacunares
• fisiológicas: agua intersticial,
combinación CAM/C4.
Tasa de F
CO 2
C3 (alta FotoR)
C4/CAM
(separación
de reacciones
evita FotoR)
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Kosten et al (2009 GCB)
Luz y macrófitas: uno de los factores más importantes
Atenuación de luz limitan distribución vertical, principalmente a
angiospermas (2% luz incidente).
Emergentes y flotantes: similares a terrestres
Sumergidas adaptadas a sombra y T variable, muchos pigmentos.
Organismo Ic (compensación, µEm -2 s -1 ) Ik (saturación, µEm -2 s -1 )
Planktothrix sp. 2 60
Myriophyllum (planta
sumergida enraizada)
42 – 45 250 - 300
Mayor Ic: necesitan más luz (angiospermas sumergidas: 10-20%) más
requerimientos energéticos (ej. reproducción)
Valores mínimos de requerimientos de luz por macrófitas son al
menos 10 veces mayores que para el fitoplancton
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Morfometría afecta gradientes verticales y horizontales
Profundidad: atenuación de
luz y presión hidrostática.
Área: zona litoral y
grado de exposición al viento
establecimiento de propágulos
Kruk et al. (2009, FWB)
Salinidad
Presión hidrostática: Lago
Titicaca profundo y transparente
Potamogeton: 11 m y
Hygrohypnum (musgo): 29 m
Hidrodinámica: velocidad de flujo
fundamental establecimiento
(

Morfología ligada a hábitat: sistemas salobres y marinos
Angiospermas: regiones protegidas con sedimento para desarrollo
de raíces, muy productivos, aporte de MO
MANGLARES
Arboles y arbustos con raíces en
aguas salinas en trópicos y
subtropicos. Rhizophora spp.
Ambientes costeros, depósito de
sedimentos, materia orgánica.
Protegen de inundaciones. Raíces.
Humedales salinos
Zonas lintorales:
Juncus, Spartina
Crecen debajo del agua,
morfología alargada
(pastos), zona fótica
protegida, estabilizan el
sistema
Pastos marinos
Aspectos que afectan interacción de macrófitas (hidrófitas) con
otros organismos y su función en los ecosistemas acuáticos
1. CICLO DE VIDA: cambios en
actividad, biomasa y liberación de
nutrientes (diferente a microalgas)
2. PROCESOS DE DESCOMPOSICION:
varia con tipo de planta, afecta
interacciones, liberación de nutrientes
y MO
EMERGENTES
Fibras (lignina )
Nitrógeno
Macrófita anual
Curva sigmoide simple
PP Neta
PP Bruta
Mayor velocidad descomposición (O 2 +, T+ y pH+)
Biomasa
Resp
Muerte
FLOTANTES
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Otras funciones de PP asociados a sustrato
• Modificación y estabilización de
sedimentos y flujo de agua
• Reciclaje de nutrientes de la
cuenca y sedimentos, y
mantenimiento de la calidad de
agua
• Refugio y hábitat para muchos
organismos (invertebrados,
peces, aves)
• Fuente de alimento y nutrientes
• Mantenimiento de la diversidad
Echinodorus horemanii
Comparación de las características de los grupos de
productores primarios: que tienen en común?
Fitoplancton Microfitobentos Macroalgas Hidrófitas
Origen evolutivo Diverso Único
Morfología, nivel de
organización y
tamaño
Tasas de crecimiento
y pérdida, ciclos de
vida
Unicelular
procariotas y
algas
Horas
Días
Plantas
superiores
Meses
Años
Reflejan las respuestas fisiológicas y ecológicas y las
estrategias de vida
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5. Combinación de factores
RECURSOS
FACTORES
ABIÓTICOS
FACTORES
INTRÍNSECOS
FACTORES
BIÓTICOS
HABITAT
Generalidades: factores condicionantes de contribución
5. Combinación de factores
Fitoplancton Perifiton Macrófitas
Luz menor Mayor
Nutrientes Mayor (P N Si) N C
Temperatura
Hidrodinámica
Zmix/Zeuf,
t de residencia
Flujo de agua, variación de
profundidad
Otros Si Sustrato Sustrato, sal
Origen y forma:
Estrategia
Variación tiempo Estacional Sustrato Ciclo de vida
Interacciones Herbivoría Alga-planta Fitoplancton
Sist. lénticos Profundos Zona litoral
Sistemas lóticos
Áreas tranquilas,
desembocadura
Tramos altos
y ligado a
sustrato
Comunidad Principales factores de control
FITOPLANCTON
PERIFITON
MACRÓFITAS E
HIDRÓFITAS
LÉNTICOS
Nutrientes (P, N y Si)
Luz y sedimentación (Zmix/zeuf)
Herbivoría
LÓTICOS
Tiempo de residencia
Luz
Luz
Velocidad de la corriente
Nutrientes (ppalmente N, menor medida que fitoplancton)
Herbivoría (menor medida que fitoplancton)
Interacciones planta-alga
Luz
Velocidad de la corriente, profundidad, tipo de sustrato
Estacionalidad en el crecimiento (en hidrófitas)
Forma de
vida, medio
bajo
23