Los ecosistemas son los sistemas naturales que se componen de seres vivos y no vivos que trabajan juntos; tienen una variedad de formas y tamaños, y aunque comparten muchas características, cada uno es único. Debido a que los ecosistemas tienen tantos componentes y contienen tanta información importante sobre nuestro mundo natural, se desarrolló un campo de estudio muy específico llamado ecología de ecosistemas.
La ecología de ecosistemas es el estudio combinado de los componentes físicos y biológicos de los ecosistemas. Se centra en cómo fluyen la materia y la energía a través de los organismos y los componentes abióticos del medio ambiente.
Los ecologistas de ecosistemas estudian los sistemas en general, pero para comprender el sistema como un todo, se dedican a estudiar las partes individuales y lo que esas partes contribuyen. Esto significa que los ecologistas de ecosistemas son generalmente interdisciplinarios: participan en muchos campos de estudio diferentes. Los ecologistas de ecosistemas observan las relaciones entre los organismos y su entorno, y se interesan también en los procesos biológicos.
Historia
La ecología de los ecosistemas tiene sus raíces filosófica e históricamente en la ecología terrestre. Golley (1993) y Coleman (2010) son los principales en proporcionan excelentes reseñas de la historia de la ciencia de los ecosistemas y relatos de primera mano del desarrollo del campo. Golley analiza el desarrollo del concepto de ecosistema a finales del siglo XIX y principios del XX y analiza la acuñación del término ‘ecosistema’ con el ecologista inglés Sir Arthur George Tansley en 1935.
El concepto de ecosistema se integró con el concepto trófico y la sucesión en 1942, por Raymond Lindeman. La ecología de ecosistemas se centró en los movimientos de materia y energía a través de la red alimentaria. En parte gracias a la influencia del ecologista estadounidense Eugene Odum, la ecología de los ecosistemas se convirtió en una de las principales fuerzas de la ecología en las décadas de 1960 y 1970 y en la base de una nueva ecología teórica denominada «ecología de sistemas».
A medida que la ecología se desarrolló como ciencia, se hizo evidente que sus conceptos de población, comunidad, medio ambiente y ecosistema deben incorporar a los seres humanos y sus efectos en la Tierra.
Los elementos de los cimientos de la ciencia se remontan a siglos atrás, pero comenzaron a fusionarse a finales del siglo XIX y principios del XX. Durante la primera parte del siglo XX, hubo un rápido cambio de lo que se consideraba ecología tradicional a lo que ahora se reconoce como el pensamiento moderno de los ecosistemas. El campo se formalizó a finales del siglo XX después de la Segunda Guerra Mundial.
El pensamiento ecosistémico contemporáneo ha evolucionado aún más, y el campo ahora abarca la importancia de las dimensiones sociales y humanas. Golley (1993) se centra en el desarrollo histórico del campo en general, pero previo al establecimiento y desarrollo de la perspectiva socioecológica. Coleman 2010 sigue el desarrollo del campo centrándose en las grandes iniciativas internacionales y nacionales que se iniciaron en respuesta al Año Geofísico Internacional (1957-1958).
Por otro lado, la relación entre la biodiversidad y el funcionamiento de los ecosistemas se ha convertido en un tema central en las ciencias ecológicas y ambientales durante los últimos 15 años. La idea de que una mayor diversidad vegetal permite una mayor producción de biomasa vegetal se remonta a Darwin, pero fue solo en la década de 1990 que el interés en los efectos de la biodiversidad en el funcionamiento de los ecosistemas penetró en la ecología experimental y teórica, y con ello en el desarrollo de la ecología de ecosistemas.
Principales procesos que componen el estudio
El estudio de los ecosistemas consiste principalmente en el estudio de ciertos procesos que vinculan los componentes vivos, o bióticos, con los no vivos o abióticos. Los dos procesos principales que estudian los científicos de ecosistemas son las transformaciones de energía y el ciclo biogeoquímico.
Las transformaciones de energía en un ecosistema comienzan primero con la entrada de energía del sol. La energía del sol es capturada por el proceso de fotosíntesis. El dióxido de carbono se combina con hidrógeno (derivado de la división de moléculas de agua) para producir carbohidratos.
Prácticamente toda la energía disponible para los organismos se origina en las plantas. Debido a que es el primer paso en la producción de energía para los seres vivos, se llama producción primaria. Los herbívoros obtienen su energía al consumir plantas o productos vegetales, los carnívoros comen herbívoros y los detritívoros consumen los excrementos y cadáveres de todos nosotros.
El ciclo de los elementos está controlado en parte por organismos, que almacenan o transforman elementos, y en parte por la química y geología del mundo natural. El término biogeoquímica se define como el estudio de cómo los sistemas vivos influyen y son controlados por la geología y la química de la tierra. Por tanto, la biogeoquímica abarca muchos aspectos del mundo abiótico y biótico en el que vivimos.
Hay varios principios y herramientas fundamentales que los biogeoquímicos utilizan para estudiar los sistemas terrestres. La mayoría de los principales problemas ambientales a los que nos enfrentamos en nuestro mundo de hoy pueden analizarse utilizando principios y herramientas biogeoquímicos. Estos problemas incluyen el calentamiento global, la lluvia ácida, la contaminación ambiental y el aumento de los gases de efecto invernadero.
Componentes del ecosistema
Cada ecosistema tiene dos componentes: componentes bióticos y componentes abióticos. Los componentes bióticos se refieren a todos los organismos vivos en una ecología, mientras que abióticamente se refiere a los seres no vivos. Estas interacciones bióticas y abióticas mantienen el equilibrio en el medio ambiente.
Más específicamente, los componentes bióticos son los seres vivos que tienen una influencia directa o indirecta sobre otros organismos en un ambiente, como animales, plantas y microorganismos. Por otro lado, los componentes abióticos de un ecosistema incluyen todos los elementos químicos y físicos, es decir, componentes no vivos, son los que determinan y restringen el crecimiento de la población, el número y la diversidad de factores bióticos en un ecosistema.
Modelos de Ecosistemas
Los ecosistemas se caracterizan utilizando una variedad de metodologías de investigación. Algunos ecologistas estudian los ecosistemas utilizando sistemas experimentales controlados, mientras que algunos estudian ecosistemas completos en su estado natural y otros utilizan ambos enfoques.
Algunos ecólogos sugieren que los resultados de los sistemas experimentales deben usarse solo junto con estudios de ecosistemas holísticos para obtener los datos más representativos sobre la estructura, función y dinámica del ecosistema. Tres tipos básicos de modelado de ecosistemas se utilizan de manera rutinaria en la investigación y la gestión de ecosistemas: un modelo conceptual, un modelo analítico y un modelo de simulación.
Un modelo conceptuales es un modelo de ecosistema que consta de diagramas de flujo para mostrar las interacciones de diferentes compartimentos de los componentes vivos y no vivos del ecosistema. Un modelo conceptual describe la estructura y la dinámica del ecosistema y muestra cómo las perturbaciones ambientales afectan al ecosistema; sin embargo, su capacidad para predecir los efectos de estas alteraciones es limitada.
Los modelos analíticos y de simulación, en cambio, son métodos matemáticos para describir ecosistemas que de hecho son capaces de predecir los efectos de posibles cambios ambientales sin experimentación directa, aunque con algunas limitaciones en cuanto a precisión. Un modelo analítico se crea utilizando fórmulas matemáticas simples; el modelo de simulación se crea utilizando complejos algoritmos informáticos para modelar de manera integral los ecosistemas.