1. La vida a la Terra

En aquest capítol estudiarem:

1.1. L'origen i evolució dels primers organismes

1.2. La Taxonomia biològica

1.3. Els cinc Regnes

1.1. Origen i evolució dels primers organismes

Al nostre planeta trobem "vida", però què vol dir això?

Els éssers vius els que poden dur a terme els següents processos:

- Autopoesi: Capacitat d'autorenovar-se.

- Metabolisme: Canvis químics que permeten obtenir i processar matèria i energia de l'entorn.

- Reproducció: Generació de descendents per part d'un o més progenitors.

- Evolució: Transformació dels éssers vius degut a l'aparició de mutacions i a la selecció natural.

Les primeres cèl·lules van sorgir en bassals on hi havia molècules orgàniques degut a la seva interacció i gràcies a descàrregues elèctriques i raigs còsmics.

Al llarg de molts anys, aquestes cèl·lules primitives, sense nucli, aprofitaven els compostos orgànics de l'aigua com a font de matèria i energia. Aquestes cèl·lules eren procariotes, heteròtrofes i quimiòtrofes.També eren anaeròbies perquè a l'atmosfera no hi havia oxigen.

Més endavant van aparèixer les cèl·lules autòtrofes i fotòtrofes.Aquestes cèl·lules van enriquir l'atmosfera amb oxigen i així es van desenvolupar els organismes aerobis els quals poden obtenir energia utilitzant oxigen d'una manera molt eficaç.

És molt important que coneguem els diferents tipus metabòlics, segons les fonts de matèria i energia:

Les cèl·lules procariotes van adquirir major complexitat i varen sorgir les eucariotes.( Teoria endosimbiòtica )

A més, les cèl·lules eucariotes es van anar associant i així van sorgir els organismes pluricel·lulars.

La vida fora de l'aigua era més complicada i la selecció natural va afavorir els organismes amb estructures que eviten la pèrdua d'aigua i que protegeixen de la radiació solar.

1.2. Taxonomia biològica

Les principals categories taxonòmiques (taxons) són: 

Regne

Fílum

Classe

Ordre

Família

Gènere 

Espècie

Com s'anomenen les espècies?

Cada individu té un nom format pels noms de les diferents categories taxonòmiques a les quals pertany.

El nom de l'espècie s'escriu en llatí en minúscula i precedit del nom del gènere, en majúscula. Es binomial.

En escriure a mà, cal subratllar-lo  i en ordinador, s'ha escriure en cursiva.

Per exemple, la perdiu blanca és Lagopus mutus.

En canvi, la perdiu roja és Alectoris rufa. Té el nom del gènere (Alectoris) diferent del gènere de la perdiu blanca (Lagopus). 

A vegades només canvia el nom de l'espècie (el segon). Per exemple els elefants africans són del gènere Loxodonta

i dins d'aquest gènere hi ha dues espècies, Loxodonta africana i Loxodonta cyclotis.

MOLT IMPORTANT:

1.3. Els cinc Regnes

Malgrat que avui dia es tendeix a agrupar els organismes en DOMINIS, encara s'utilitza l'agrupació en 5 REGNES.

Les característiques més importants són les del quadre: 

Els Dominis actuals són 3: 

Arquea (Arqueobacteris, són arcaics i extremòfils)

Bacteria (bacteris i cianobacteris)

Eukarya (eucariotes).

* Finalment, hem de considerar unes estructures especials: els virus, els quals consten d'una càpsida de proteïna que embolcalla un àcid nucleic. No tenen metabolisme i per reproduir-se necessiten fer-ho dins d'una cèl·lula, per tant, no els podem considerar éssers vius. 

2. Ecosistemes i biomes

Conceptes bàsics

Relacions entre éssers vius

Estructura dels ecosistemes

2.1. Conceptes bàsics

Un ecosistema és el conjunt d'éssers vius (biocenosi) que habiten en un determinat medi (biòtop) i les relacions que estableixen així com els fluxos de matèria i energia .

Biocenosi= Comunitat o conjunt de poblacions d' un lloc determinat (exemple en un alzinar, les alzines, mates, herbes, insectes, ocells, fongs, etc); la població és el conjunt d'organismes de la mateixa espècie que habita en una mateix període en un mateix lloc.

Biòtop= Medi on habiten les espècies definit per factors físics i químics (variables ambientals, com per exemple, la llum, la temperatura, la humitat, el pH...); aquests s'anomenen factors abiòtics.

El conjunt de condicions ambientals en les quals pot viure una espècie és l'hàbitat.

Les relacions i interaccions que pot establir una espècie amb el medi i altres organismes és el nínxol ecològic.

Bioma és el conjunt d'ecosistemes característics d'una zona biogeogràfica. Per exemple, el bosc tropical, la sabana, el desert, la praderia, el bosc caducifoli, etc

2.2. Relacions entre éssers vius

Entre els organismes de l'ecosistema es donen relacions d'interdependència que resulten essencials per l'equilibri de l'ecosistema. Aquestes relacions poden ser intraespecífiques (entre individus de la mateixa espècie) o interespecífiques (entre individus d'espècies diferents).

De les intraespecífiques destaquem les famílies que estableixen alguns animals  com els mamífers i les aus o bé les societats d'alguns insectes.

Les més destacables són les següents:

 – Mutualisme. Es tracta d’una relació interespecífica en què les dues espècies en surten beneficiades, però no els és imprescindible (per exemple, els insectes que es nodreixen de nèctar i pol·linitzen algunes plantes, els ocells que s’alimenten dels paràsits dels mamífers,etc.). 

– Simbiosi. És una relació interespecífica molt semblant al mutualisme, però la relació els és imprescindible per sobreviure (per exemple,el cas dels líquens,compostos d’una alga i un fong,o les zooxantel·les,constituïdes per algues microscòpiques i animals dels esculls coral·lins). 

– Competència. En aquest cas, la relació és interespecífica i intraespecífica alhora. Es dóna entre organismes que viuen en una mateixa àrea i que tenen necessitats vitals semblants, i aleshores competeixen per un recurs (per la llum, l’aigua o l’aliment), per un territori o per la parella. Poden coexistir o desenvolupar estratègies d’eliminació de competidors (antibiosi).

 – Parasitisme. És una relació interespecífica en què uns organismes (els paràsits) aconsegueixen un gran benefici a costa del perjudici d’altres organismes (els hostes).Poden ser externs a l’hoste (ectoparàsits, com ara polls, puces i mosquits) o interns (endoparàsits, com la tènia).

 – Depredació. Relació interespecífica en què un organisme (el depredador) captura i en mata un altre (la presa) per alimentar-se’n.

La depredació tendeix a regular, d'una manera natural, la població de les preses. Al mateix temps el nombre de preses regula la població de depredadors.

– Comensalisme. En aquesta relació interespecífica ,un individu es beneficia d’un altre individu, que no en surt perjudicat ni beneficiat (indiferent)

 – Inquilinisme. Relació semblant al comensalisme, però en aquest cas, l’organisme que en treu profit busca recer o protecció en l’altre (per exemple, els peixos que viuen als tentacles dels pòlips).

2.3. Estructura dels ecosistemes

• Estructura dels ecosistemes terrestres. 

Els ecosistemes terrestres són aquells en què els animals i les plantes viuen al sòl i a l’aire, entre els quals hi ha els boscos. Els boscos són comunitats vegetals dominades per arbres. Actualment ocupen prop del 30 % de la superfície emergida del planeta Terra. – Hi ha diferents tipus de boscos,segons el biòtop en què viuen:temperats,mediterranis,tropicals,boreals, etc. 

– La comunitat vegetal s’estructura en estrats segons l’alçària de les plantes: estrat arbori (les capçades dels arbres) , arbustiu (les capçades dels arbustos,els arbres joves i les plantes enfiladisses) ,herbaci (les plantes herbàcies que s’eleven a partir d’una determinada altura de terra) i muscinal (les plantes més petites que s’eleven uns quants centímetres de terra : molses, falgueres i líquens) . El terme genèric sotabosc es fa servir per a tot allò que no pertany a l’estrat arbori. 

• Estructura dels ecosistemes aquàtics.

 Aquests ecosistemes presenten una clara estructura vertical. 

– S’anomena sistema bentònic el que està en contacte amb el substrat del fons, i sistema pelàgic el que està en aigües obertes. 

– En un sistema aquàtic distingim diverses comunitats: bentos (al fons, compost d’una gran diversitat d’organismes), plàncton (es troba en aigües obertes; pot estar format per organismes microscòpics, com algues unicel·lulars i bacteris fotosintètics –anomenat fitoplàncton– o per petits animals i microorganismes heteròtrofs –anomenat zooplàncton),i nècton (també es troba en aigües obertes, però està format per organismes més grans: meduses, cefalòpodes,peixos, etc.

3. Canvis en el temps

En aquest capítol estudiarem els canvis qualitatius i quantitatius dels ecosistemes al llarg del temps.

3.1. Canvis qualitatius: La successió

Canvis qualitatius: successió ecològica 

Quan un ecosistema evoluciona des d’una situació de desequilibri (per exemple, produïda per una fluctuació), no tan sols es produeixen canvis en la mida de les poblacions, sinó també en la composició de la comunitat, ja que unes espècies en substitueixen d’altres.Es parla, aleshores, de successió ecològica. Els primers individus de l’ecosistema provoquen petits canvis que permeten que s’hi puguin establir altres tipus d’organismes, i el medi pot ser colonitzat per altres poblacions,i així successivament.

Estratègies de la successió ecològica 

• Estrategues de la r (r,de taxa reproductiva):entre els primers colonitzadors d’un medi hi ha gairebé sempre algunes espècies autòtrofes,ja que són l’entrada obligada d’energia solar a l’ecosistema.Generalment,tenen cicles de vida molt curts,una descendència molt nombrosa i una gran facilitat de dispersió,per la qual cosa creixen de forma exponencial. També s’anomenen espècies pioneres o oportunistes. En són exemples moltes plantes herbàcies i la major part d’algues microscòpiques,però també ho són els ratolins,els conills i molts insectes. 

•Estrategues de la k (k, de límit de creixement o capacitat de càrrega de la població):a poc a poc les espècies oportunistes van sent substituïdes per altres espècies que creixen més lentament, amb cicles vitals més llargs,però que són més resistents.En són exemples les alzines,els senglars i la major part de les aus.

 Tipus de successions ecològiques 

• Successió primària: procés de colonització en una zona on abans no hi havia cap ecosistema (com ara en una illa volcànica que ha emergit del mar). Els primers colonitzadors sempre són productors primaris, que permeten l’arribada d’organismes consumidors. 

• Successió secundària: es dóna en una àrea on abans hi havia hagut una comunitat (com ara un bosc cremat o un conreu abandonat). En aquestes àrees, gairebé sempre hi ha formes de resistència o estructures reproductives (llavors o espores) que condicionen i faciliten el procés de colonització. 

Clímax dels ecosistemes Com a resultat de la successió ecològica, tots els ecosistemes van canviant al llarg del temps cap a un estat estable de maduresa en què la diversitat i el grau d’organització són elevats. Durant el procés,s’estableixen xarxes tròfiques entre les diverses poblacions d’organismes de la comunitat. En el clímax (estadi de més maduresa de la successió), la biomassa es manté ( quantitat de matèria viva), de manera que la taxa de renovació és petita i, per tant, la producció neta és relativament baixa ( la producció neta és la que serveix per créixer i generar nous individus). Tanmateix, pocs ecosistemes arriben al clímax, a causa de les fluctuacions de l’ambient,les quals poden fer retrocedir la successió cap a estadis més immadurs.

Els ecosistemes tenen la capacitat de recuperar la composició i l'estructura anteriors després d'estar afectats per pertorbacions. Això s'anomena resiliència. Per exemple, després d'un incendi, algunes espècies rebroten o mantenen bancs de llavors. Malgrat aquesta capacitat de regeneració, no sempre es dóna aquesta resposta.

Regularitats de les successions

 Les successions segueixen unes lleis comunes:

• Al començament,la diversitat és baixa,amb espècies pioneres. La producció neta és alta. 

• A mesura que evoluciona cap al clímax, la diversitat biològica augmenta, les cadenes alimentàries tendeixen a fer-se més llargues,i les xarxes tròfiques, més complexes.

3.2. Canvis quantitatius

En un ecosistema poc alterat, cal esperar que les espècies siguin sempre més o menys les mateixes i que el nombre d’individus de cada població fluctuï entre uns límits poc llunyans. A la natura,però,sovint aquest equilibri es trenca  i es produeixen grans canvis o fluctuacions.

En aquesta gràfica veiem els canvis en el temps del nombre d'individus de la població de llebres i de linx.

El nombre de depredadors regula el nombre de preses i viceversa. Es a dir, si augmenten les preses, al cap de poc augmentaran els depredadors i en augmentar aquests, baixaran les preses i amb això baixaran els depredadors i en baixar els depredadors tornaran a augmentar les preses etc.

Per tant, la supervivència d'un depredador depèn de les preses que es mengi i la supervivència de les preses depèn de la seva capacitat de no ser menjades pels depredadors, és a dir de no ser detectades.

Per això els organismes han desenvolupat per selecció natural una sèrie d'estratègies i adaptacions.

Algunes adaptacions són: la cripsi o capacitat de confondre's amb el medi ( com ara les llebres blanques que passen desapercebudes a la neu); el mimetisme o imitació de formes i colors; les coloracions vistoses o d'advertiment  són també adaptacions d'alguns animals per no ser depredats.

Com s'entén el mecanisme evolutiu?

En el text següent del Doctor David Bueno i Torrens, professor i investigador de genètica de la Universitat de Barcelona s'explica de manera molt clara:

“L’evolució es fonamenta en dos pilars: la variació genètica dels éssers vius, és a dir, les mutacions que de forma atzarosa es produeixen en els gens; i la selecció natural, un procés mitjançant el qual els individus que deixen més descendents són els que presenten les formes gèniques més avantatjoses en unes condicions ambientals concretes, cosa que fa que les transmetin als seus fills. Així, a poc a poc, generació rere generació, cada cop hi haurà més organismes que presentin les formes gèniques més avantatjoses en aquelles condicions concretes, la qual cosa ens farà observar, des de la perspectiva del temps, l’adaptació d’aquella espècie. L’evolució està en marxa. De tota aquesta explicació hi ha dues idees que són bàsiques: les adaptacions són preadaptatives, és a dir, es produeixen per atzar abans que sigui necessària l’adaptació dels organismes; i la selecció natural no condiciona els organismes a canviar, sinó que tan sols afavoreix la reproducció d’algunes de les opcions ja presents en la població”.

La colonització és l'arribada i establiment d’una població en un ecosistema. Si un o diversos individus d’una espècie, o les seves estructures reproductives,arriben a un hàbitat determinat i les condicions ambientals li permeten la supervivència, pot arribar a establir-s’hi i desenvolupar-hi una població. Aleshores es diu que s’ha produït una colonització del medi per part d’aquesta espècie.

 • Creixement exponencial o explosió demogràfica: si les condicions són molt favorables, la població pot augmentar força en períodes de temps molt curts.

 • Capacitat de càrrega: cap ecosistema no pot suportar un creixement il·limitat d’una població, ja que comportaria exhauriment de nutrients, falta d'espai, malalties. . .El nombre màxim d’individus d’una població que pot mantenir un ecosistema és la seva capacitat de càrrega.

4. Diversitat i biodiversitat

Normalment les activitats humanes fan disminuir la diversitat dels ecosistemes. 

Ens referim a biodiversitat quan es tracta de la riquesa en espècies de regions d'un territori o de tota la biosfera.

L'alteració de les condicions ambientals i la destrucció d'hàbitats fan disminuir la biodiversitat.

Hi ha moltes raons per conservar la biodiversitat del planeta.

Els organismes ens proporcionen recursos alimentaris,medicaments, materials de construcció, etc i també des del punt de vista cultural i ètic convé preservar la biodiversitat.

5. Flux d'energia i cicle de la matèria

 Per mantenir les funcions vitals (reproducció, moviment, producció de noves biomolècules, etc.), tots els organismes necessiten energia i matèria (principalment, carboni,hidrogen,oxigen,fòsfor i nitrogen). 

El Sol subministra prou energia en forma de llum per fer funcionar gairebé tots els ecosistemes de la Terra. Aquesta energia és captada pels organismes fotosintètics. 

La fotosíntesi és el procés imprescindible que permet l'entrada d’energia solar als ecosistemes. Gràcies a l’energia solar, els organismes fotosintètics fixen el carboni, és a dir, incorporen el carboni del CO2 atmosfèric a la matèria orgànica . Però aquest procés només aprofita el 0,2 % del total d’energia solar que arriba a la Terra . 

 Als cloroplasts, l’energia de la llum es transforma en energia química. Les plantes només absorbeixen el 0,2% de l’energia solar que arriba a la Terra. Els organismes quimiòtrofs no poden utilitzar l’energia solar;per tant,han de fer servir l’energia continguda als compostos químics. L’energia passa d’uns éssers als altres per mitjà de les cadenes tròfiques o d’alimentació: uns organismes (els depredadors) es mengen altres organismes (les preses). Així, els éssers es poden classificar de la manera següent:

 Segons la font d'energia :

– Fotòtrofs: aquests organismes poden utilitzar l’energia de la llum (a partir de la fotosíntesi). 

– Quimiòtrofs: aquests éssers utilitzen l’energia continguda als compostos químics.

 Segons la font de matèria (carboni) :

– Autòtrofs: aquests organismes es poden fabricar la matèria orgànica que necessiten a partir de compostos inorgànics (fixen el carboni). 

– Heteròtrofs: aquests éssers no es poden fabricar la matèria orgànica i han d’ingerir la matèria ja organificada. 

Cadenes tròfiques 

Les cadenes tròfiques, o cadenes alimentàries, estan compostes per diverses baules, anomenades nivells tròfics.

 Els organismes de cada nivell obtenen l’aliment dels del nivell anterior, excepte els del primer nivell (o productors primaris), que l’obtenen del Sol i de la matèria inorgànica .

Exemple de cadena tròfica:

Fulla----->eruga------>musaranya------>toixó

La fulla és un productor (organisme autòtrof); l'eruga, que s'alimenta de la fulla, és un consumidor primari , la musaranya un consumidor secundari (s'alimenta de consumidor primari) i el toixó és un consumidor terciari (s'alimenta del consumidor secundari).

Per garantir el cicle de la matèria i la continuïtat de la vida són fonamentals els descomponedors, fongs i bacteris, que transformen la matèria orgànica en inorgànica la qual torna a estar a disposició dels productors.

(Al 3r lliurament seguirem tractant les cadenes, les xarxes tròfiques, el cicle de la matèria i flux d'energia i altres paràmetres de la dinàmica dels ecosistemes)