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Factores Ambientales
Este elemento es una expansión del contenido de los cursos y guías de Lawi. Ofrece hechos, comentarios y análisis sobre este tema.
Factores Ambientales en el Ecosistema
El medioambiente es la suma de todos los factores externos, tanto bióticos (vivos) como abióticos (no vivos), a los que está expuesto un organismo. Todos los factores externos a los que está expuesto un organismo constituyen su entorno. El medio ambiente tiene una enorme influencia en la capacidad de un organismo para vivir. Los factores bióticos incluyen las influencias de los miembros de la misma y de otras especies en el desarrollo y la supervivencia del individuo. Los principales factores abióticos son la luz, la temperatura, el agua, los gases atmosféricos y la radiación ionizante, que influyen en la forma y la función del individuo.Entre las Líneas En general, para cada factor ambiental, un organismo tiene un rango de tolerancia en el que es capaz de sobrevivir. La intersección de estos rangos constituye el nicho ecológico del organismo. Diferentes individuos o especies tienen diferentes rangos de tolerancia para determinados factores ambientales; esta variación representa la adaptación del organismo a su entorno. La capacidad de un organismo para modificar su tolerancia a determinados factores ambientales en respuesta a un cambio en ellos representa la plasticidad de ese organismo. Las alteraciones de la tolerancia ambiental se denominan aclimatación. La exposición a condiciones ambientales en el límite del rango de tolerancia de un individuo representa el estrés ambiental.
Factores abióticos
Todos los factores físicos que afectan a un organismo constituyen el entorno abiótico.
Radiación luminosa
El espectro de la radiación electromagnética que llega a la superficie de la Tierra está determinado por las propiedades de absorción (véase su concepto jurídico) de la atmósfera. Desde el punto de vista biológico, el rango espectral más importante es el de 300-800 nanómetros (nm), que incorpora la radiación ultravioleta, visible e infrarroja. La luz visible proporciona la fuente de energía para la mayoría de las formas de vida. La luz absorbida por las moléculas pigmentarias (clorofilas, carotenoides y ficobilinas) se convierte en energía química mediante la fotosíntesis. La disponibilidad de luz es especialmente importante para determinar la distribución de las plantas. Las plantas que reciben muy poca luz (estrés lumínico bajo) pueden ser incapaces de mantener una tasa fotosintética media lo suficientemente alta como para soportar el crecimiento neto. El exceso de luz (estrés lumínico elevado) provoca daños en el tejido foliar, que pueden matar a la planta en casos extremos. Además, los organismos fotosintéticos pueden existir dentro de una amplia gama de intensidades de luz. Por ejemplo, la luz solar plena en los trópicos es de unos 2000 μmol fotones – m-2 – s-1; en cambio, los organismos fotosintéticos han sobrevivido en lugares donde la luz media es tan baja como el 0,005% de este valor. Véase también: Insolación; Luz; Fotosíntesis; Radiación solar
Nace el abogado defensor, orador, polemista y escritor estadounidense Clarence Darrow, entre cuyas destacadas comparecencias ante los tribunales figura el juicio Scopes, en el que defendió a un profesor de secundaria de Tennessee que había infringido una ley estatal al presentar la teoría darwiniana de la evolución.
Además de proporcionar energía, la luz es importante para que un organismo reciba información sobre su entorno. El ojo humano, por ejemplo, es capaz de responder a longitudes de onda de luz entre 400 y 700 nm, el rango visible. Dentro de este rango, la sensibilidad es mayor en la parte verde del espectro. Esta es la parte del espectro que menos absorben las plantas y, por tanto, es la principal parte del espectro que se refleja.
La variación temporal de la luz también es un estímulo importante, y las formas de vida suelen ser capaces de detectar y responder a las fluctuaciones diarias de la luz. Dicha respuesta puede estar directamente controlada por la presencia o ausencia de luz (ritmos diurnos) o puede persistir cuando se elimina la variación de la luz (ritmos circadianos).Entre las Líneas En este último caso, la regulación se realiza a través de un reloj molecular interno, que es capaz de predecir el ciclo diario. Estos relojes circadianos se reajustan normalmente con la luz cada día. Los procesos controlados por los relojes circadianos van desde los moleculares (expresión genética) hasta los conductuales (por ejemplo, los patrones de sueño en los animales o los movimientos de las hojas en las plantas). La capacidad de detectar cambios en la duración del día también es esencial para muchos procesos biológicos. Los cambios en la duración del día son utilizados por los organismos para predecir los cambios estacionales. Por ejemplo, el acortamiento de los días, que indica el comienzo del invierno, se utiliza como una señal para desencadenar la hibernación o la migración en los animales, y la floración, la puesta de semillas y la pérdida de hojas en las plantas. Véase también: Reloj biológico; Reloj circadiano (plantas); Hibernación y estivación; Fotoperiodismo
La radiación ultravioleta representa una forma de estrés. Tiene la capacidad de romper los enlaces químicos y puede provocar daños en las proteínas, los lípidos y los ácidos nucleicos. Los daños en el ácido desoxirribonucleico (ADN) pueden provocar mutaciones genéticas. Se cree que la cantidad de radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra está aumentando debido al agotamiento de la capa de ozono en la estratosfera. El ozono es responsable de absorber una gran proporción de la radiación ultravioleta que llega a la atmósfera exterior. A medida que el ozono se destruye por la acción de los contaminantes (por ejemplo, los clorofluorocarbonos), aumenta la proporción de radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra. Véase también: Mutación; Ozono estratosférico; Radiación ultravioleta; Radiación ultravioleta (biología)
Agua
El agua es omnipresente en los sistemas vivos y es el disolvente universal de la vida. Un suministro suficiente de agua es esencial para la actividad biológica. Muchos organismos han desarrollado la capacidad de sobrevivir durante periodos prolongados en ausencia total de agua, pero esto sólo se consigue mediante el mantenimiento de un estado inactivo. La disponibilidad de agua sigue siendo un factor ambiental primordial que limita la supervivencia en tierra. Los organismos terrestres primitivos tienen poca o ninguna capacidad de conservar el agua dentro de sus células y se denominan poiquilohídricos. Algunos ejemplos son los anfibios y las plantas primitivas, como la mayoría de los musgos y las hepáticas. Éstas están confinadas en lugares donde el agua es abundante (por ejemplo, cerca de estanques), o deben ser capaces de tolerar períodos de desecación. Los líquenes pueden sobrevivir a la pérdida total de agua y recuperar rápidamente la actividad al volver a mojarse. Estos organismos deben ser capaces de minimizar el daño causado a las estructuras celulares cuando se pierde el agua. La deshidratación provoca daños irreversibles en las membranas y las proteínas. Este daño puede evitarse mediante la acumulación de moléculas protectoras denominadas solutos compatibles. Véase también: Anfibios; Líquenes; Agua
Los organismos homeohídricos poseen una capa impermeable que restringe la pérdida de agua de las células. Dicha impermeabilidad nunca es absoluta, ya que todavía existe la necesidad de intercambiar moléculas de gas y de absorber nutrientes orgánicos o minerales a través de una fase acuosa.Entre las Líneas En general, sin embargo, la conservación del agua permite a los organismos vivir en entornos en los que el suministro de agua es extremadamente escaso.Entre las Líneas En entornos extremadamente áridos, las adaptaciones de comportamiento pueden permitir minimizar la pérdida de agua. Los animales pueden ser nocturnos y salir cuando las temperaturas son más bajas y, por tanto, la evaporación se reduce al mínimo. Los cactus poseen una forma de fotosíntesis [metabolismo ácido crasuláceo (CAM)] que les permite separar el intercambio de gases y la captación de luz. Véase también: Mecanismos de osmorregulación; Relaciones planta-agua
Temperatura
La temperatura es un factor determinante para la supervivencia de dos maneras: (1) a medida que la temperatura disminuye, el movimiento de las moléculas se ralentiza y la tasa de reacciones químicas disminuye; y (2) la temperatura determina el estado físico del agua. Véase también: Temperatura
La ralentización de la actividad metabólica a bajas temperaturas queda ilustrada en los reptiles. Estos animales poiquilotérmicos, incapaces de mantener su temperatura interna, suelen estar inactivos en el frío de la mañana. Se asolean para aumentar su temperatura corporal y volverse activos. Las altas temperaturas hacen que la estructura tridimensional de las proteínas se rompa, impidiendo el funcionamiento de los organismos. Los organismos adaptados a temperaturas extremadamente altas necesitan proteínas más rígidas que mantengan su estructura. La temperatura también afecta al comportamiento de las membranas celulares, formadas por lípidos y proteínas en estado cristalino líquido. A bajas temperaturas, la estructura de la membrana se vuelve rígida y susceptible de romperse. A altas temperaturas, se vuelve demasiado fluida y, de nuevo, susceptible de desintegrarse. Al adaptarse a las diferentes temperaturas, los organismos alteran la composición de los lípidos de sus membranas, cuya temperatura de fusión se modifica. Este resultado también se aplica a los lípidos de almacenamiento. Así, los peces de agua fría son una fuente útil de aceites, mientras que los mamíferos, con su temperatura corporal más elevada, contienen grasas. Se cree que el efecto de la temperatura sobre las membranas es un factor clave que determina el rango de temperatura al que puede sobrevivir un organismo. Véase también: Membrana celular; Lípido; Metabolismo; Proteína; Adaptación a la temperatura en los animales
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones y recomendaciones se expresarán a continuación:
El efecto de la temperatura sobre el estado físico del agua es esencial para determinar la disponibilidad de esa agua para los organismos. Los organismos poiquilotérmicos pueden encontrar que el agua de sus células comienza a congelarse a bajas temperaturas. Algunas especies pueden sobrevivir a la congelación total impidiendo la formación de cristales de hielo, que de otro modo dañarían las estructuras celulares. Para sobrevivir a las bajas temperaturas, las células deben ser capaces de sobrevivir a la desecación, por lo que la tolerancia a las bajas temperaturas implica la formación de solutos compatibles. Las altas temperaturas aumentan la tasa de evaporación del agua. Por lo tanto, en lugares donde el suministro de agua es limitado, la capacidad de un organismo para sobrevivir a las altas temperaturas se ve afectada.
Los mamíferos y las aves, es decir, los organismos homeotermos, son capaces de regular su temperatura interna, limitando los efectos de las variaciones de temperatura externas. Sin embargo, la temperatura sigue actuando como una limitación ambiental en estos organismos. El enfriamiento se consigue mediante la sudoración y, por tanto, la pérdida de agua. El calor se produce a través del metabolismo de los alimentos, y la supervivencia en climas fríos requiere una alta tasa metabólica. Véase también: Criptobiosis; Termorregulación
Gases atmosféricos
Se cree que la atmósfera de la Tierra está determinada en gran medida por la presencia de vida. Al mismo tiempo, los organismos han evolucionado para sobrevivir en la atmósfera tal y como es. Los componentes atmosféricos con mayor importancia biológica directa son el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2). El oxígeno constituye aproximadamente el 20% de la atmósfera y se debe a la ocurrencia de la fotosíntesis oxigénica. Este proceso implica la captación simultánea de CO2 para producir azúcares. La respiración aeróbica implica el proceso inverso, es decir, la liberación de CO2 y la captación de O2 para formar agua. Por lo tanto, la atmósfera actual representa el balance de la actividad biológica anterior. Para la mayoría de los organismos terrestres, ni el CO2 ni el O2 son limitantes en la atmósfera; sin embargo, la necesidad de hacer llegar uno o ambos gases a las células puede representar una limitación en el tamaño o en la capacidad de tolerar el estrés hídrico. La limitación de cualquiera de los dos gases puede ser importante en los medios acuáticos, donde la concentración de cada uno es significativamente menor. Véase también: Atmósfera; Dióxido de carbono; Oxígeno; Fotorespiración; Respiración
El nitrógeno también es necesario para todos los organismos, pero la mayoría no puede utilizarlo en forma gaseosa. La fijación del nitrógeno, la conversión del gas N2 en una forma biológicamente útil, se produce en algunas especies de bacterias y cianobacterias o puede ser causada por un rayo. Véase también: Nitrógeno; Fijación del nitrógeno
Los gases atmosféricos son importantes para determinar el clima y el ambiente luminoso. La absorción (véase su concepto jurídico) de la radiación electromagnética por parte de la atmósfera determina el espectro de luz que llega a la superficie de la Tierra. La absorción (véase su concepto jurídico) y la reflexión de la radiación infrarroja por parte de los gases de efecto invernadero, como el CO2 y el vapor de agua, regulan la temperatura. Véase también: Efecto invernadero
Radiación ionizante
La radiación ionizante que entra en la atmósfera en forma de rayos cósmicos o que se genera a través de la desintegración de material radiactivo puede tener un efecto significativo en la supervivencia de los organismos. La exposición a altos niveles de radiación puede dañar directamente los tejidos y, en última instancia, matar al individuo. Los niveles más bajos de radiación pueden causar daños en el ADN, lo que lleva a la acumulación de mutaciones genéticas. Estas mutaciones suelen ser deletéreas, pero también dan lugar a variaciones genéticas beneficiosas. Véase también: Radiación; Biología de la radiación
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Otros factores
Otros factores ambientales que determinan el alcance, la distribución y la forma de los organismos son los estímulos mecánicos, como el viento o el movimiento del agua, y la presencia de metales, nutrientes inorgánicos y toxinas en el aire, el suelo o los alimentos. Los factores ambientales especialmente relevantes en los entornos acuáticos son la presión del agua y la salinidad.
Factores bióticos
El entorno biótico de un individuo está formado por miembros de su misma especie o de otras. Las interacciones intraespecíficas implican la necesidad de reproducirse con otros individuos, de obtener protección al vivir en grupo y de competir por los recursos, incluidos el alimento, la luz, los nutrientes y el espacio. La densidad de población óptima depende de la disponibilidad de recursos y del comportamiento, el tamaño y la estructura del organismo. Las interacciones interespecíficas también pueden ser positivas o negativas. Por ejemplo, las relaciones simbióticas pueden implicar el beneficio mutuo de los individuos implicados, mientras que la competencia por los recursos es perjudicial para ambos. Otras relaciones simbióticas pueden ser positivas para una especie y negativas para la otra. Por ejemplo, un parásito se beneficia de su huésped, pero ejerce una influencia negativa sobre ese individuo. Estas relaciones no son sencillas. Aunque la depredación ejerce una influencia negativa sobre el conjunto de la población, el éxito de un individuo puede aumentar si un depredador elimina a uno de sus competidores coespecíficos. Véase también: Mutualismo; Interacciones depredador-presa; Simbiosis
El impacto de los seres humanos en los entornos naturales puede considerarse un caso especial entre los factores bióticos. Los seres humanos alteran su entorno de una manera que supera el impacto de todos los demás organismos. Por ejemplo, la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera contribuye a alterar el clima en todo el planeta. Esto, a su vez, tiene efectos en la distribución de todas las demás especies. La liberación de contaminantes en el medio ambiente pone a los organismos en contacto con tensiones a las que antes no estaban expuestos. Esto provoca la evolución de nuevas variedades, y eventualmente nuevas especies, adaptadas a los ambientes contaminados. Véase también: Contaminación del aire; Biosfera; Cambio climático global; Ecología humana; Contaminación del agua
Factores limitantes y estrés ambiental
Para cualquier organismo, a menudo es posible identificar un factor del entorno que limita la supervivencia y el crecimiento. El factor limitante puede cambiar con el tiempo. Ese cambio puede hacer que el organismo se encuentre en el límite o fuera de su rango de tolerancia para ese u otro factor ambiental.Entre las Líneas En estos casos, se dice que el organismo sufre estrés. Si el estrés al que se expone un individuo es extremo, puede provocar daños irreversibles y la muerte. Sin embargo, la exposición a un estrés moderado da lugar a un periodo de aclimatación en el organismo que le permite adaptarse a las nuevas condiciones. Los organismos expuestos gradualmente a nuevas condiciones suelen tener más posibilidades de sobrevivir que los expuestos repentinamente. Véase también: Ecología de poblaciones
Medio ambiente y biomas
En los lugares en los que un factor ambiental concreto (o una combinación de factores) domina el crecimiento y el desarrollo de los organismos, se suele constatar que las adaptaciones y las características brutas del paisaje serán las mismas, aunque las especies reales sean diferentes. Así, la vegetación mediterránea no sólo se encuentra alrededor del mar Mediterráneo, sino también en California y Sudáfrica, donde se dan las condiciones de veranos secos y calurosos e inviernos húmedos. Las regiones con condiciones ambientales similares se clasifican como biomas (Fig. 3). La existencia de estos tipos de vegetación global ilustra claramente el papel que desempeña el medio ambiente en la determinación de la forma y la función de las especies individuales.
Datos verificados por: Thompson
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Recursos
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Véase También
Bioma
Lesiones accidentales
Ecofisiología
Envirome
Enfermedad ambiental
Salud ambiental
Epidemiología
Epidemiología del cáncer
Adaptación (biología)
Ecología
Ecología fisiológica (animal)
Ecología fisiológica (vegetal)
Ciencia de la exposición
Herencia
Hipótesis de higiene
Toxicología laboral
Salud pública
Genética cuantitativa
Toxicología
Enfermedades ambientales
Epigenética
Genética cuantitativa
Heredabilidad
Hipótesis de la higiene
Enfermedades, Trastornos, Salud ambiental
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El agua es un factor ambiental abiótico primario. Es omnipresente en los sistemas vivos, y un suministro suficiente de agua es esencial para la actividad biológica.
Es interesante observar la radiación que llega a la superficie de la Tierra en función de la longitud de onda; las áreas se dividen en secciones ultravioleta, visible e infrarroja tanto “fuera de la atmósfera” como “después de atravesar la atmósfera”. Se trata de observar el espectro de la radiación electromagnética que llega a la superficie de la Tierra. La calidad de la luz viene determinada por el espectro de luz disponible desde el Sol y por las propiedades de absorción de la atmósfera.
Entre los factores ambientales abióticos, se hace otra distinción:
el clima (precipitaciones, humedad, temperatura, duración del día e intensidad de la luz, viento)
suelo (roca madre, humus, tipo de suelo, aguas subterráneas, acidez, relieve, pendiente y exposición)
Agua (corriente, mareas, salinidad, conductividad eléctrica, trofismo, saprofia, profundidad del agua, turbidez, transparencia, acción del oleaje)
En realidad, muchos de los llamados factores abióticos están controlados por complejas interacciones biológicas y bucles de retroalimentación.
Así, los organismos vivos son capaces de extraer y captar las sales minerales del suelo (a través de los ácidos orgánicos segregados por las raíces) y de limitar la erosión del suelo y la “fuga” de nutrientes hacia los ecosistemas marinos.
El salmón, al volver a la fuente donde solía morir por millones, devuelve a la parte superior de la cuenca las sales minerales que las precipitaciones y la escorrentía tienden a llevar a los océanos.
Del mismo modo, el guano de las aves marinas enriquece el medio ambiente terrestre con sales minerales bioacumuladas por los organismos marinos de los que se alimentan las aves marinas. Los cachalotes traen decenas de toneladas de hierro de las profundidades marinas, capturado al comer pulpos, calamares y otros animales en la profundidad, que liberan en las capas superiores del océano a través de sus excrementos. Este hierro, considerado clásicamente como un factor abiótico, es en realidad también de origen biótico.
La temperatura se considera un “factor abiótico”, pero la bioturbación es una fuente de micromezcla de capas térmicas, y ciertos superorganismos (las termitas y sus termiteros, las abejas y las colmenas) están regulados térmicamente por los animales que los construyen, la evapotranspiración y el color de las hojas permiten a las plantas modificar significativamente (a nivel local) la temperatura y el nivel de humedad del aire (microclima).
Las interacciones existentes entre los distintos seres vivos (factor biótico) van acompañadas de una mezcla permanente de sustancias orgánicas y minerales (factor biótico y abiótico), absorbidas por los organismos vivos para su crecimiento y reproducción, y rechazadas después en forma de residuos. Este reciclaje permanente de elementos (en particular de carbono, oxígeno, nitrógeno y agua) se denomina ciclo biogeoquímico.