24.4: Biomas Acuáticos
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Al igual que los biomas terrestres, los biomas acuáticos están influenciados por una serie de factores abióticos. Sin embargo, el medio acuático, el agua, tiene diferentes propiedades físicas y químicas que el aire. Incluso si el agua en un estanque u otro cuerpo de agua es perfectamente clara (no hay partículas suspendidas), el agua, por sí sola, absorbe la luz. A medida que uno desciende a un profundo cuerpo de agua, eventualmente habrá una profundidad que la luz del sol no puede alcanzar. Si bien hay algunos factores abióticos y bióticos en un ecosistema terrestre que podrían oscurecer la luz (como niebla, polvo o enjambres de insectos), generalmente estos no son rasgos permanentes del medio ambiente. La importancia de la luz en los biomas acuáticos es fundamental para las comunidades de organismos que se encuentran tanto en los ecosistemas de agua dulce como en los marinos. En los sistemas de agua dulce, la estratificación por diferencias de densidad es quizás el factor abiótico más crítico y está relacionada con los aspectos energéticos de la luz. Las propiedades térmicas del agua (tasas de calefacción y refrigeración) son significativas para la función de los sistemas marinos y tienen importantes impactos en el clima global y los patrones climáticos. Los sistemas marinos también están influenciados por movimientos físicos de agua a gran escala, como las corrientes; estos son menos importantes en la mayoría de los lagos de agua dulce.
El océano se categoriza en varias áreas o zonas (Figura\(\PageIndex{1}\)). Todas las aguas abiertas del océano se conocen como el reino pelágico (o zona). El reino bentónico (o zona) se extiende a lo largo del fondo del océano desde la costa hasta las partes más profundas del fondo oceánico. Dentro del reino pelágico se encuentra la zona fótica, que es la porción del océano que la luz puede penetrar (aproximadamente 200 m o 650 pies). A profundidades mayores a 200 m, la luz no puede penetrar; por lo tanto, a esta se le conoce como la zona afótica. La mayor parte del océano es afótico y carece de luz suficiente para la fotosíntesis. La parte más profunda del océano, el Challenger Deep (en la Fosa de las Marianas, ubicada en el Océano Pacífico occidental), tiene aproximadamente 11.000 m (unos 6.8 mi) de profundidad. Para dar alguna perspectiva sobre la profundidad de esta zanja, el océano tiene, en promedio, 4267 m o 14,000 pies de profundidad. Estos reinos y zonas también son relevantes para los lagos de agua dulce.
Biomas Marinos
El océano es el bioma marino más grande. Es un cuerpo continuo de agua salada que es relativamente uniforme en composición química; es una solución débil de sales minerales y materia biológica en descomposición. Dentro del océano, los arrecifes de coral son el segundo tipo de bioma marino. Los estuarios, zonas costeras donde se mezclan agua salada y agua dulce, forman un tercer bioma marino único.
Océano
La diversidad física del océano es una influencia significativa en plantas, animales y otros organismos. El océano se categoriza en diferentes zonas en función de la distancia que llega la luz al agua. Cada zona tiene un grupo distinto de especies adaptadas a las condiciones bióticas y abióticas particulares de esa zona.
La zona intermareal, que es la zona entre marea alta y baja, es la región oceánica más cercana a la tierra (Figura\(\PageIndex{1}\)). Generalmente, la mayoría de la gente piensa en esta porción del océano como una playa de arena. En algunos casos, la zona intermareal es de hecho una playa arenosa, pero también puede ser rocosa o fangosa. La zona intermareal es un entorno extremadamente variable debido a las mareas. Los organismos están expuestos al aire y a la luz solar durante la marea baja y están bajo el agua la mayor parte del tiempo, especialmente durante la marea alta. Por lo tanto, los seres vivos que prosperan en la zona intermareal se adaptan a estar secos por largos periodos de tiempo. La orilla de la zona intermareal también es golpeada repetidamente por las olas, y los organismos que allí se encuentran están adaptados para soportar los daños de la acción golpeadora de las olas (Figura\(\PageIndex{2}\)). Los exoesqueletos de crustáceos costeros (como el cangrejo costero, Carcinus maenas) son duros y los protegen de la desecación (desecación) y el daño de las olas. Otra consecuencia de las olas fuertes es que pocas algas y plantas se establecen en las rocas, arena o lodo en constante movimiento.
La zona nerítica (Figura\(\PageIndex{1}\)) se extiende desde la zona intermareal hasta profundidades de aproximadamente 200 m (o 650 pies) en el borde de la plataforma continental. Dado que la luz puede penetrar en esta profundidad, la fotosíntesis puede ocurrir en la zona nerítica. El agua aquí contiene limo y está bien oxigenada, baja en presión y estable en temperatura. El fitoplancton y el sargazo flotante (un tipo de alga marina flotante) proporcionan un hábitat para algunas especies marinas que se encuentran en la zona nerítica. Zooplancton, protistas, peces pequeños y camarones se encuentran en la zona nerítica y son la base de la cadena alimentaria para la mayoría de las pesquerías del mundo.
Más allá de la zona nerítica se encuentra el área de océano abierto conocida como la zona oceánica (Figura\(\PageIndex{1}\)). Dentro de la zona oceánica, existe estratificación térmica donde las aguas cálidas y frías se mezclan a causa de las corrientes oceánicas. El plancton abundante sirve como base de la cadena alimentaria para animales más grandes como ballenas y delfines. Los nutrientes son escasos y esta es una parte relativamente menos productiva del bioma marino. Cuando los organismos fotosintéticos y los protistas y animales que se alimentan de ellos mueren, sus cuerpos caen al fondo del océano donde permanecen; a diferencia de los lagos de agua dulce, el océano abierto carece de un proceso para traer los nutrientes orgánicos de nuevo a la superficie. La mayoría de los organismos en la zona afótica incluyen pepinos de mar (filo Echinodermata) y otros organismos que sobreviven sobre los nutrientes contenidos en los cuerpos muertos de organismos en la zona fótica.
Debajo de la zona pelágica se encuentra el reino bentónico, la región de aguas profundas más allá de la plataforma continental (Figura\(\PageIndex{1}\)). El fondo del reino bentónico está compuesto por arena, limo y organismos muertos. La temperatura disminuye, permaneciendo por encima de la congelación, a medida que aumenta la profundidad Esta es una porción rica en nutrientes del océano debido a los organismos muertos que caen de las capas superiores del océano. Debido a este alto nivel de nutrientes, existe una diversidad de hongos, esponjas, anémonas de mar, gusanos marinos, estrellas de mar, peces y bacterias.
La parte más profunda del océano es la zona abisal, que se encuentra a profundidades de 4000 m o mayores. La zona abisal (Figura\(\PageIndex{1}\)) es muy fría y tiene muy alta presión, alto contenido de oxígeno y bajo contenido de nutrientes. Hay una variedad de invertebrados y peces que se encuentran en esta zona, pero la zona abisal no tiene plantas por la falta de luz. Los respiraderos hidrotermales se encuentran principalmente en la zona abisal; las bacterias quimiosintéticas utilizan el sulfuro de hidrógeno y otros minerales emitidos por los respiraderos. Estas bacterias quimiosintéticas utilizan sulfuro de hidrógeno como fuente de energía y sirven como base de la cadena alimentaria que se encuentra en la zona abisal.
Arrecifes de coral
Los arrecifes de coral son crestas oceánicas formadas por invertebrados marinos que viven en aguas cálidas y poco profundas dentro de la zona fótica del océano. Se encuentran dentro de los 30˚ norte y sur del ecuador. La Gran Barrera de Coral es un conocido sistema de arrecifes ubicado a varias millas de la costa noreste de Australia. Otros sistemas de arrecifes de coral son islas aledañas, que están directamente adyacentes a la tierra, o atolones, que son sistemas de arrecifes circulares que rodean una antigua masa terrestre que ahora está bajo el agua. Los organismos coralinos (miembros del filo Cnidaria) son colonias de pólipos de agua salada que secretan un esqueleto de carbonato de calcio. Estos esqueletos ricos en calcio se acumulan lentamente, formando el arrecife subacuático (Figura\(\PageIndex{3}\)). Los corales que se encuentran en aguas menos profundas (a una profundidad de aproximadamente 60 m o aproximadamente 200 pies) tienen una relación mutualista con las algas unicelulares fotosintéticas. La relación proporciona a los corales la mayor parte de la nutrición y la energía que requieren. Las aguas en las que viven estos corales son nutricionalmente pobres y, sin este mutualismo, no sería posible que crecieran corales grandes. Algunos corales que viven en aguas más profundas y frías no tienen una relación mutua con las algas; estos corales alcanzan energía y nutrientes utilizando células punzantes en sus tentáculos para capturar presas.
Se estima que más de 4,000 especies de peces habitan arrecifes de coral. Estos peces pueden alimentarse del coral, la criptofauna (invertebrados que se encuentran dentro del sustrato de carbonato de calcio de los arrecifes de coral), o las algas marinas y algas que están asociadas con el coral. Además, algunas especies de peces habitan los límites de un arrecife de coral; estas especies incluyen depredadores, herbívoros o planctívoros. Los depredadores son especies animales que cazan y son carnívoros o “carnívoros”. Los herbívoros comen material vegetal y los planctívoros comen plancton.
Conexión Evolución — Declinación Global de los Arrecifes de Coral
Se tarda mucho en construir un arrecife de coral. Los animales que crean los arrecifes de coral han evolucionado a lo largo de millones de años, continuando depositando lentamente el carbonato de calcio que forma sus característicos hogares oceánicos. Bañado en cálidas aguas tropicales, los animales coralinos y sus parejas de algas simbióticas evolucionaron para sobrevivir en el límite superior de la temperatura del agua del océano.
Juntos, el cambio climático y la actividad humana plantean amenazas duales para la supervivencia a largo plazo de los arrecifes de coral del mundo. Como el calentamiento global debido a las emisiones de combustibles fósiles eleva la temperatura de los océanos, los arrecifes de coral están sufriendo. El calor excesivo hace que los arrecifes expulsen sus algas simbióticas productoras de alimentos, dando como resultado un fenómeno conocido como blanqueamiento. Cuando ocurre el blanqueamiento, los arrecifes pierden gran parte de su color característico ya que las algas y los animales coralinos mueren si se prolonga la pérdida de las zooxantelas simbióticas.
Los niveles crecientes de dióxido de carbono atmosférico amenazan aún más a los corales de otras maneras; a medida que el CO 2 se disuelve en las aguas del océano, disminuye el pH y aumenta la acidez del océano. A medida que aumenta la acidez, interfiere con la calcificación que normalmente ocurre a medida que los animales coralinos construyen sus hogares de carbonato de calcio.
Cuando un arrecife de coral comienza a morir, la diversidad de especies cae en picado a medida que los animales pierden comida y refugio. Los arrecifes de coral también son destinos turísticos de importancia económica, por lo que el declive de los arrecifes de coral plantea una seria amenaza para las economías costeras.
El crecimiento de la población humana también ha dañado los corales de otras maneras. A medida que aumentan las poblaciones costeras humanas, la escorrentía de sedimentos y productos químicos agrícolas también ha aumentado, provocando que algunas de las aguas tropicales que alguna vez fueron claras se vuelvan nubladas. Al mismo tiempo, la sobrepesca de especies populares de peces ha permitido que las especies depredadoras que comen corales se descontrolen.
Si bien un aumento de las temperaturas globales de 1—2˚C (una proyección científica conservadora) en las próximas décadas puede no parecer grande, es muy significativo para este bioma. Cuando el cambio ocurre rápidamente, las especies pueden extinguirse antes de que la evolución conduzca a nuevas adaptaciones. Muchos científicos creen que el calentamiento global, con sus rápidos (en términos de tiempo evolutivo) e inexorables aumentos de temperatura, está inclinando la balanza más allá del punto en el que muchos de los arrecifes de coral del mundo pueden recuperarse.
Estuarios: donde el océano se encuentra con el agua dulce
Los estuarios son biomas que ocurren donde una fuente de agua dulce, como un río, se encuentra con el océano. Por lo tanto, tanto el agua dulce como el agua salada se encuentran en las mismas proximidades; la mezcla da como resultado un agua salada diluida (salobre). Los estuarios forman áreas protegidas donde muchos de los crías jóvenes de crustáceos, moluscos y peces comienzan sus vidas. La salinidad es un factor muy importante que influye en los organismos y las adaptaciones de los organismos que se encuentran en los estuarios. La salinidad de los estuarios varía y se basa en la velocidad de flujo de sus fuentes de agua dulce. Una o dos veces al día, las mareas altas llevan agua salada al estuario. Las mareas bajas que ocurren a la misma frecuencia revierten la corriente del agua salada.
La rápida variación de salinidad a corto plazo debido a la mezcla de agua dulce y agua salada es un desafío fisiológico difícil para las plantas y animales que habitan los estuarios. Muchas especies de plantas estuarinas son halófitas: plantas que pueden tolerar condiciones saladas. Las plantas halofíticas están adaptadas para hacer frente a la salinidad resultante del agua salada en sus raíces o de la pulverización marina. En algunas halófitas, los filtros en las raíces eliminan la sal del agua que absorbe la planta. Otras plantas son capaces de bombear oxígeno a sus raíces. Los animales, como los mejillones y las almejas (phylum Mollusca), han desarrollado adaptaciones conductuales que gastan mucha energía para funcionar en este entorno que cambia rápidamente. Cuando estos animales están expuestos a baja salinidad, dejan de alimentarse, cierran sus conchas y pasan de la respiración aeróbica (en la que usan branquias) a la respiración anaeróbica (un proceso que no requiere oxígeno). Cuando la marea alta regresa al estuario, la salinidad y el contenido de oxígeno del agua aumenta y estos animales abren sus conchas, comienzan a alimentarse y vuelven a la respiración aeróbica.
Biomas de Agua Dulce
Los biomas de agua dulce incluyen lagos y estanques (agua estancada), así como ríos y arroyos (agua que fluye). También incluyen humedales, que se discutirán más adelante. Los humanos dependen de biomas de agua dulce para proporcionar recursos acuáticos para el agua potable, el riego de cultivos, el saneamiento y la industria. Estos diversos roles y beneficios humanos se conocen como servicios ecosistémicos. Lagos y estanques se encuentran en paisajes terrestres y, por lo tanto, están conectados con factores abióticos y bióticos que influyen en estos biomas terrestres.
Lagos y estanques
Los lagos y estanques pueden variar en área desde unos pocos metros cuadrados hasta miles de kilómetros cuadrados. La temperatura es un factor abiótico importante que afecta a los seres vivos que se encuentran en lagos y estanques. En el verano, la estratificación térmica de lagos y estanques ocurre cuando la capa superior de agua es calentada por el sol y no se mezcla con agua más profunda y fría. La luz puede penetrar dentro de la zona fótica del lago o estanque. Aquí se encuentran fitoplancton (algas y cianobacterias) y realizan fotosíntesis, proporcionando la base de la red alimenticia de lagos y estanques. El zooplancton, como los rotíferos y los pequeños crustáceos, consumen estos fitoplancton. En el fondo de lagos y estanques, las bacterias en la zona afótica descomponen los organismos muertos que se hunden hasta el fondo.
El nitrógeno y el fósforo son importantes limitantes de nutrientes en lagos y estanques. Debido a esto, son factores determinantes en la cantidad de crecimiento del fitoplancton en lagos y estanques. Cuando hay una gran entrada de nitrógeno y fósforo (de aguas residuales y escorrentía de céspedes y granjas fertilizadas, por ejemplo), el crecimiento de algas se dispara, resultando en una gran acumulación de algas llamada floración de algas. Las floraciones de algas (Figura\(\PageIndex{4}\)) pueden llegar a ser tan extensas que reducen la penetración de la luz en el agua. Como resultado, el lago o estanque se vuelve afótico y las plantas fotosintéticas no pueden sobrevivir. Cuando las algas mueren y se descomponen, se produce un severo agotamiento de oxígeno del agua. Los peces y otros organismos que requieren oxígeno tienen más probabilidades de morir, y las zonas muertas resultantes se encuentran en todo el mundo. El lago Erie y el Golfo de México representan hábitats marinos y de agua dulce donde el control de fósforo y la escorrentía de aguas pluviales plantean importantes desafíos ambientales
Ríos y arroyos
Los ríos y arroyos son cuerpos de agua en movimiento continuo que transportan grandes cantidades de agua desde la fuente, o cabecera, hasta un lago u océano. Los ríos más grandes incluyen el río Nilo en África, el río Amazonas en América del Sur y el río Mississippi en América del Norte.
Las características abióticas de los ríos y arroyos varían a lo largo del río o arroyo. Los arroyos comienzan en un punto de origen denominado agua fuente. El agua de origen suele ser fría, baja en nutrientes y clara. El canal (el ancho del río o arroyo) es más estrecho que en cualquier otro lugar a lo largo del río o arroyo. Debido a esto, la corriente suele ser más rápida aquí que en cualquier otro punto del río o arroyo.
El agua de rápido movimiento da como resultado una acumulación mínima de limo en el fondo del río o arroyo; por lo tanto, el agua es clara. La fotosíntesis aquí se atribuye principalmente a las algas que crecen en las rocas; la corriente rápida inhibe el crecimiento del fitoplancton. Un aporte adicional de energía puede provenir de hojas u otro material orgánico que cae al río o arroyo de árboles y otras plantas que bordean el agua. Cuando las hojas se descomponen, el material orgánico y los nutrientes en las hojas se devuelven al agua. Plantas y animales se han adaptado a esta agua de rápido movimiento. Por ejemplo, las sanguijuelas (filo Annelida) tienen cuerpos alargados y retoños en ambos extremos. Estas ventosas se adhieren al sustrato, manteniendo la sanguijuela anclada en su lugar. Las especies de truchas de agua dulce (phylum Chordata) son depredadores importantes en estos ríos y arroyos de rápido movimiento.
A medida que el río o arroyo fluye alejándose de la fuente, el ancho del canal se ensancha gradualmente y la corriente se ralentiza. Esta agua de movimiento lento, causada por la disminución del gradiente y el aumento de volumen a medida que se unen los afluentes, tiene más sedimentación. El fitoplancton también se puede suspender en agua de movimiento lento. Por lo tanto, el agua no será tan clara como está cerca de la fuente. El agua también es más cálida. Los gusanos (phylum Annelida) y los insectos (phylum Arthropoda) se pueden encontrar enterrando en el barro. Los vertebrados depredadores de orden superior (phylum Chordata) incluyen aves acuáticas, ranas y peces. Estos depredadores deben encontrar alimento en estas aguas de movimiento lento, a veces turbias, y, a diferencia de las truchas en las aguas de la fuente, es posible que estos vertebrados no puedan usar la visión como su principal sentido para encontrar alimento. En cambio, es más probable que utilicen señales de sabor o químicas para encontrar presas.
Humedales
Los humedales son ambientes en los que el suelo está saturado de agua de forma permanente o periódica. Los humedales son diferentes de los lagos porque los humedales son cuerpos de agua poco profundos, mientras que los lagos varían en profundidad. La vegetación emergente consiste en plantas de humedales que están enraizadas en el suelo pero que tienen porciones de hojas, tallos y flores que se extienden por encima de la superficie del agua. Hay varios tipos de humedales incluyendo pantanos, pantanos, pantanos, marismas y marismas (Figura\(\PageIndex{5}\)). Las tres características compartidas entre estos tipos, lo que los convierte en humedales, son su hidrología, vegetación hidrofítica y suelos hídricos.
Las marismas y pantanos de agua dulce se caracterizan por un flujo de agua lento y constante. Los pantanos se desarrollan en depresiones donde el flujo de agua es bajo o inexistente. Los pantanos suelen ocurrir en áreas donde hay un fondo de arcilla con mala percolación. La percolación es el movimiento del agua a través de los poros en el suelo o rocas. El agua que se encuentra en un pantano está estancada y empobrecida en oxígeno debido a que no se reemplaza el oxígeno que se usa durante la descomposición de la materia orgánica. A medida que se agota el oxígeno en el agua, la descomposición se ralentiza. Esto lleva a que los ácidos orgánicos y otros ácidos se acumulen y bajen el pH del agua. A un pH más bajo, el nitrógeno se vuelve indisponible para las plantas. Esto crea un desafío para las plantas porque el nitrógeno es un recurso limitante importante. Algunos tipos de plantas pantanosas (como los roces solares, las plantas jarras y los atrapamoscas Venus) capturan insectos y extraen nitrógeno de sus cuerpos. Los pantanos tienen baja productividad primaria neta debido a que el agua que se encuentra en los pantanos tiene bajos niveles de nitrógeno y oxígeno.
Resumen
Los ecosistemas acuáticos incluyen biomas tanto de agua salada como de agua dulce. Los factores abióticos importantes para la estructuración de los ecosistemas acuáticos pueden ser diferentes a los observados en los sistemas terrestres. La luz solar es una fuerza impulsora detrás de la estructura de los bosques y también es un factor importante en los cuerpos de agua, especialmente aquellos que son muy profundos, debido al papel de la fotosíntesis en el sostenimiento de ciertos organismos. La densidad y la temperatura dan forma a la estructura de los sistemas acuáticos. Se puede pensar que los océanos consisten en diferentes zonas basadas en la profundidad del agua y la distancia desde la costa y la penetración de la luz. Diferentes tipos de organismos se adaptan a las condiciones que se encuentran en cada zona. Los arrecifes de coral son ecosistemas marinos únicos que albergan una amplia variedad de especies. Los estuarios se encuentran donde los ríos se encuentran con el océano; sus aguas poco profundas proporcionan alimento y refugio para crustáceos jóvenes, moluscos, peces y muchas otras especies. Los biomas de agua dulce incluyen lagos, estanques, ríos, arroyos y humedales. Los pantanos son un interesante tipo de humedal caracterizado por agua estancada, pH más bajo y falta de nitrógeno.
Referencias
OpenStax, Biología. OpenStax CNX. 26 de junio de 2020. https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.137:noBcfThl@7/Understanding-Evolution.