Ecosistema

Un ecosistema (o sistema ecológico) está formado por todos los organismos y el entorno físico con el que interactúan. Estos componentes bióticos y abióticos están vinculados entre sí a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía. La energía ingresa al sistema a través de la fotosíntesis y se incorpora al tejido vegetal. Al alimentarse de las plantas y unos de otros, los animales juegan un papel importante en el movimiento de materia y energía a través del sistema. También influyen en la cantidad de biomasa vegetal y microbiana presente. Al descomponer la materia orgánica muerta, los descomponedores liberan carbono de regreso a la atmósfera y facilitan el ciclo de nutrientes al convertir los nutrientes almacenados en la biomasa muerta nuevamente a una forma que las plantas y los microbios puedan usar fácilmente.

Los ecosistemas están controlados por factores externos e internos. Los factores externos, como el clima, el material original que forma el suelo y la topografía, controlan la estructura general de un ecosistema, pero no están influenciados por el ecosistema. Los factores internos están controlados, por ejemplo, por la descomposición, la competencia de raíces, el sombreado, la perturbación, la sucesión y los tipos de especies presentes. Si bien las entradas de recursos generalmente están controladas por procesos externos, la disponibilidad de estos recursos dentro del ecosistema está controlada por factores internos. Por lo tanto, los factores internos no solo controlan los procesos de los ecosistemas, sino que también son controlados por ellos.

Los ecosistemas son entidades dinámicas: están sujetos a perturbaciones periódicas y siempre están en proceso de recuperación de alguna perturbación pasada. La tendencia de un ecosistema a permanecer cerca de su estado de equilibrio, a pesar de esa perturbación, se denomina resistencia. La capacidad de un sistema para absorber perturbaciones y reorganizarse mientras experimenta cambios para retener esencialmente la misma función, estructura, identidad y retroalimentaciones se denomina resiliencia ecológica. Los ecosistemas se pueden estudiar a través de una variedad de enfoques: estudios teóricos, estudios de monitoreo de ecosistemas específicos durante largos períodos de tiempo, aquellos que observan las diferencias entre los ecosistemas para aclarar cómo funcionan y la experimentación manipulativa directa. Los biomas son clases generales o categorías de ecosistemas. Sin embargo, no existe una distinción clara entre biomas y ecosistemas. Las clasificaciones de ecosistemas son tipos específicos de clasificaciones ecológicas que consideran los cuatro elementos de la definición de ecosistemas: un componente biótico, un complejo abiótico, las interacciones entre ellos y dentro de ellos, y el espacio físico que ocupan.

Los ecosistemas proporcionan una variedad de bienes y servicios de los que dependen las personas. Los bienes de los ecosistemas incluyen los "productos materiales tangibles" de los procesos de los ecosistemas, como el agua, los alimentos, el combustible, el material de construcción y las plantas medicinales. Los servicios ecosistémicos, por otro lado, son generalmente "mejoras en la condición o ubicación de cosas de valor". Estos incluyen cosas como el mantenimiento de los ciclos hidrológicos, la limpieza del aire y el agua, el mantenimiento del oxígeno en la atmósfera, la polinización de cultivos e incluso cosas como la belleza, la inspiración y las oportunidades para la investigación. Muchos ecosistemas se degradan a causa de los impactos humanos, como la pérdida de suelo, la contaminación del aire y del agua, la fragmentación del hábitat, el desvío de agua, la supresión de incendios y las especies introducidas y las especies invasoras. Estas amenazas pueden conducir a una transformación abrupta del ecosistema o a la interrupción gradual de los procesos bióticos y la degradación de las condiciones abióticas del ecosistema. Una vez que el ecosistema original ha perdido sus características definitorias, se considera "colapsado". Se cree que la restauración de ecosistemas contribuye a los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Definición

Un ecosistema (o sistema ecológico) está formado por todos los organismos y las reservas abióticas (o entorno físico) con los que interactúan. Los componentes bióticos y abióticos están vinculados entre sí a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía.

Los "procesos de los ecosistemas" son las transferencias de energía y materiales de un depósito a otro. Se sabe que los procesos de los ecosistemas "tienen lugar en una amplia gama de escalas". Por lo tanto, la escala correcta de estudio depende de la pregunta que se haga.

Origen y desarrollo del término.

El término "ecosistema" se utilizó por primera vez en 1935 en una publicación del ecologista británico Arthur Tansley. El término fue acuñado por Arthur Roy Clapham, a quien se le ocurrió la palabra a petición de Tansley. Tansley ideó el concepto para llamar la atención sobre la importancia de las transferencias de materiales entre los organismos y su entorno. Más tarde refinó el término, describiéndolo como "Todo el sistema, ... que incluye no solo el organismo-complejo, sino también todo el complejo de factores físicos que forman lo que llamamos el medio ambiente". Tansley consideraba a los ecosistemas no simplemente como unidades naturales, sino como "aislamientos mentales". Tansley definió más tarde la extensión espacial de los ecosistemas utilizando el término "ecotopo".

G. Evelyn Hutchinson, una limnóloga contemporánea de Tansley, combinó las ideas de Charles Elton sobre la ecología trófica con las del geoquímico ruso Vladimir Vernadsky. Como resultado, sugirió que la disponibilidad de nutrientes minerales en un lago limitaba la producción de algas. Esto, a su vez, limitaría la abundancia de animales que se alimentan de algas. Raymond Lindeman llevó estas ideas más allá para sugerir que el flujo de energía a través de un lago era el principal impulsor del ecosistema. Los estudiantes de Hutchinson, los hermanos Howard T. Odum y Eugene P. Odum, desarrollaron aún más un "enfoque de sistemas" para el estudio de los ecosistemas. Esto les permitió estudiar el flujo de energía y material a través de los sistemas ecológicos.

Procesos del ecosistema

Factores externos e internos

Los ecosistemas están controlados por factores externos e internos. Los factores externos, también llamados factores de estado, controlan la estructura general de un ecosistema y la forma en que funcionan las cosas dentro de él, pero no están influenciados por el ecosistema. En amplias escalas geográficas, el clima es el factor que "determina más fuertemente los procesos y la estructura de los ecosistemas". El clima determina el bioma en el que está incrustado el ecosistema. Los patrones de lluvia y las temperaturas estacionales influyen en la fotosíntesis y, por lo tanto, determinan la cantidad de energía disponible para el ecosistema.

El material parental determina la naturaleza del suelo en un ecosistema e influye en el suministro de nutrientes minerales. La topografía también controla los procesos del ecosistema al afectar cosas como el microclima, el desarrollo del suelo y el movimiento del agua a través de un sistema. Por ejemplo, los ecosistemas pueden ser bastante diferentes si están situados en una pequeña depresión en el paisaje, en comparación con uno presente en una ladera empinada adyacente.

Otros factores externos que juegan un papel importante en el funcionamiento de los ecosistemas incluyen el tiempo y la biota potencial, los organismos que están presentes en una región y que potencialmente podrían ocupar un sitio en particular. Los ecosistemas en ambientes similares que están ubicados en diferentes partes del mundo pueden terminar haciendo las cosas de manera muy diferente simplemente porque tienen diferentes grupos de especies presentes. La introducción de especies no nativas puede causar cambios sustanciales en la función del ecosistema.

A diferencia de los factores externos, los factores internos en los ecosistemas no solo controlan los procesos de los ecosistemas, sino que también son controlados por ellos. Si bien las entradas de recursos generalmente están controladas por procesos externos como el clima y el material original, la disponibilidad de estos recursos dentro del ecosistema está controlada por factores internos como la descomposición, la competencia de raíces o la sombra. Otros factores como la perturbación, la sucesión o los tipos de especies presentes también son factores internos.

Producción primaria

La producción primaria es la producción de materia orgánica a partir de fuentes inorgánicas de carbono. Esto ocurre principalmente a través de la fotosíntesis. La energía incorporada a través de este proceso sustenta la vida en la tierra, mientras que el carbono constituye gran parte de la materia orgánica en la biomasa viva y muerta, el carbono del suelo y los combustibles fósiles. También impulsa el ciclo del carbono, que influye en el clima global a través del efecto invernadero.

A través del proceso de fotosíntesis, las plantas capturan energía de la luz y la usan para combinar dióxido de carbono y agua para producir carbohidratos y oxígeno. La fotosíntesis que realizan todas las plantas de un ecosistema se denomina producción primaria bruta (PPB). Aproximadamente la mitad del GPP bruto es respirado por las plantas para proporcionar la energía que respalda su crecimiento y mantenimiento. El resto, esa parte del PNB que no se consume con la respiración, se conoce como producción primaria neta (PPN).La fotosíntesis total está limitada por una variedad de factores ambientales. Estos incluyen la cantidad de luz disponible, la cantidad de área foliar que tiene una planta para capturar la luz (la sombra de otras plantas es una limitación importante de la fotosíntesis), la velocidad a la que se puede suministrar dióxido de carbono a los cloroplastos para apoyar la fotosíntesis, la disponibilidad de agua, y la disponibilidad de temperaturas adecuadas para realizar la fotosíntesis.

Flujo de energía

La energía y el carbono ingresan a los ecosistemas a través de la fotosíntesis, se incorporan a los tejidos vivos, se transfieren a otros organismos que se alimentan de la materia vegetal viva y muerta y finalmente se liberan a través de la respiración. El carbono y la energía incorporados en los tejidos vegetales (producción primaria neta) son consumidos por los animales mientras la planta está viva, o permanecen sin comer cuando el tejido vegetal muere y se convierte en detritus. En los ecosistemas terrestres, la gran mayoría de la producción primaria neta acaba siendo descompuesta por los descomponedores. El resto es consumido por los animales en vida y entra en el sistema trófico de origen vegetal. Después de que las plantas y los animales mueren, la materia orgánica contenida en ellos ingresa al sistema trófico basado en detritos.

La respiración del ecosistema es la suma de la respiración de todos los organismos vivos (plantas, animales y descomponedores) en el ecosistema. La producción neta del ecosistema es la diferencia entre la producción primaria bruta (GPP) y la respiración del ecosistema. En ausencia de perturbaciones, la producción neta del ecosistema es equivalente a la acumulación neta de carbono en el ecosistema.

La energía también puede ser liberada de un ecosistema a través de perturbaciones como incendios forestales o transferida a otros ecosistemas (por ejemplo, de un bosque a un arroyo a un lago) por erosión.

En los sistemas acuáticos, la proporción de biomasa vegetal que consumen los herbívoros es mucho mayor que en los sistemas terrestres. En los sistemas tróficos, los organismos fotosintéticos son los principales productores. Los organismos que consumen sus tejidos se denominan consumidores primarios o productores secundarios: herbívoros. Los organismos que se alimentan de microbios (bacterias y hongos) se denominan microbívoros. Los animales que se alimentan de consumidores primarios, carnívoros, son consumidores secundarios. Cada uno de estos constituye un nivel trófico.

La secuencia de consumo, de planta a herbívoro, a carnívoro, forma una cadena alimenticia. Los sistemas reales son mucho más complejos que esto: los organismos generalmente se alimentan de más de una forma de alimento y pueden alimentarse en más de un nivel trófico. Los carnívoros pueden capturar algunas presas que forman parte de un sistema trófico basado en plantas y otras que forman parte de un sistema trófico basado en detritus (un ave que se alimenta tanto de saltamontes herbívoros como de lombrices de tierra, que consumen detritus). Los sistemas reales, con todas estas complejidades, forman redes alimentarias en lugar de cadenas alimentarias.

Descomposición

El carbono y los nutrientes de la materia orgánica muerta se descomponen mediante un grupo de procesos conocidos como descomposición. Esto libera nutrientes que luego se pueden reutilizar para la producción vegetal y microbiana y devuelve el dióxido de carbono a la atmósfera (o al agua) donde se puede usar para la fotosíntesis. En ausencia de descomposición, la materia orgánica muerta se acumularía en un ecosistema y los nutrientes y el dióxido de carbono atmosférico se agotarían.

Los procesos de descomposición se pueden separar en tres categorías: lixiviación, fragmentación y alteración química del material muerto. A medida que el agua se mueve a través de la materia orgánica muerta, se disuelve y lleva consigo los componentes solubles en agua. Luego, estos son absorbidos por organismos en el suelo, reaccionan con el suelo mineral o son transportados más allá de los confines del ecosistema (y se consideran perdidos). Las hojas recién caídas y los animales recién muertos tienen altas concentraciones de componentes solubles en agua e incluyen azúcares, aminoácidos y nutrientes minerales. La lixiviación es más importante en ambientes húmedos y menos importante en los secos.

Los procesos de fragmentación rompen el material orgánico en pedazos más pequeños, exponiendo nuevas superficies para la colonización de microbios. La hojarasca recién caída puede ser inaccesible debido a una capa externa de cutícula o corteza, y el contenido celular está protegido por una pared celular. Los animales recién muertos pueden estar cubiertos por un exoesqueleto. Los procesos de fragmentación, que rompen estas capas protectoras, aceleran la tasa de descomposición microbiana. Los animales fragmentan los detritos mientras buscan comida, al igual que el paso por el intestino. Los ciclos de congelación y descongelación y los ciclos de humectación y secado también fragmentan el material muerto.

La alteración química de la materia orgánica muerta se logra principalmente a través de la acción bacteriana y fúngica. Las hifas fúngicas producen enzimas que pueden atravesar las duras estructuras externas que rodean el material vegetal muerto. También producen enzimas que descomponen la lignina, lo que les permite acceder tanto al contenido celular como al nitrógeno de la lignina. Los hongos pueden transferir carbono y nitrógeno a través de sus redes de hifas y, por lo tanto, a diferencia de las bacterias, no dependen únicamente de los recursos disponibles localmente.

Tasas de descomposición

Las tasas de descomposición varían entre los ecosistemas. La tasa de descomposición se rige por tres conjuntos de factores: el entorno físico (temperatura, humedad y propiedades del suelo), la cantidad y calidad del material muerto disponible para los descomponedores y la naturaleza de la propia comunidad microbiana. La temperatura controla la tasa de respiración microbiana; cuanto más alta es la temperatura, más rápido se produce la descomposición microbiana. La temperatura también afecta la humedad del suelo, lo que afecta la descomposición. Los ciclos de congelación y descongelación también afectan la descomposición: las temperaturas de congelación matan los microorganismos del suelo, lo que permite que la lixiviación desempeñe un papel más importante en el movimiento de nutrientes. Esto puede ser especialmente importante a medida que el suelo se descongela en la primavera, creando un pulso de nutrientes que están disponibles.

Las tasas de descomposición son bajas en condiciones muy húmedas o muy secas. Las tasas de descomposición son más altas en condiciones mojadas y húmedas con niveles adecuados de oxígeno. Los suelos húmedos tienden a tener deficiencia de oxígeno (esto es especialmente cierto en los humedales), lo que ralentiza el crecimiento microbiano. En los suelos secos, la descomposición también se ralentiza, pero las bacterias continúan creciendo (aunque a un ritmo más lento) incluso después de que los suelos se vuelven demasiado secos para permitir el crecimiento de las plantas.

Dinámica y resiliencia

Los ecosistemas son entidades dinámicas. Están sujetos a perturbaciones periódicas y siempre están en proceso de recuperación de perturbaciones pasadas. Cuando ocurre una perturbación, un ecosistema responde alejándose de su estado inicial. La tendencia de un ecosistema a permanecer cerca de su estado de equilibrio, a pesar de esa perturbación, se denomina resistencia. La capacidad de un sistema para absorber perturbaciones y reorganizarse mientras experimenta cambios para retener esencialmente la misma función, estructura, identidad y retroalimentaciones se denomina resiliencia ecológica. El pensamiento de resiliencia también incluye a la humanidad como una parte integral de la biosfera donde dependemos de los servicios de los ecosistemas para nuestra supervivencia y debemos desarrollar y mantener sus capacidades naturales para resistir impactos y perturbaciones.El tiempo juega un papel central en un amplio rango, por ejemplo, en el desarrollo lento del suelo a partir de roca desnuda y la recuperación más rápida de una comunidad de la perturbación.

La perturbación también juega un papel importante en los procesos ecológicos. F. Stuart Chapin y sus coautores definen la perturbación como "un evento relativamente discreto en el tiempo que elimina la biomasa vegetal". Esto puede variar desde brotes de herbívoros, caídas de árboles, incendios, huracanes, inundaciones, avances glaciales hasta erupciones volcánicas. Tales perturbaciones pueden causar grandes cambios en las poblaciones de plantas, animales y microbios, así como en el contenido de materia orgánica del suelo. A la perturbación le sigue la sucesión, un "cambio de dirección en la estructura y el funcionamiento del ecosistema que resulta de cambios bióticos en el suministro de recursos".

La frecuencia y la severidad de la perturbación determinan la forma en que afecta la función del ecosistema. Una perturbación importante como una erupción volcánica o el avance y retroceso de los glaciares deja suelos que carecen de plantas, animales o materia orgánica. Los ecosistemas que experimentan tales perturbaciones experimentan una sucesión primaria. Una perturbación menos grave, como incendios forestales, huracanes o cultivos, da como resultado una sucesión secundaria y una recuperación más rápida. Las perturbaciones más graves y más frecuentes dan como resultado tiempos de recuperación más prolongados.

De un año a otro, los ecosistemas experimentan variaciones en sus ambientes bióticos y abióticos. Una sequía, un invierno más frío de lo normal y un brote de plagas son una variabilidad a corto plazo en las condiciones ambientales. Las poblaciones de animales varían de un año a otro, se acumulan durante los períodos ricos en recursos y se desploman cuando exceden su suministro de alimentos. Los cambios a más largo plazo también dan forma a los procesos de los ecosistemas. Por ejemplo, los bosques del este de América del Norte todavía muestran legados de cultivo que cesaron en 1850 cuando grandes áreas se convirtieron en bosques. Otro ejemplo es la producción de metano en los lagos del este de Siberia que está controlada por la materia orgánica que se acumuló durante el Pleistoceno.

Un lago de agua dulce en Gran Canaria, una isla de las Islas Canarias. Los límites claros hacen que los lagos sean convenientes para estudiar utilizando un enfoque ecosistémico.

Ciclo de nutrientes

Los ecosistemas intercambian continuamente energía y carbono con el entorno más amplio. Los nutrientes minerales, por otro lado, se reciclan principalmente entre plantas, animales, microbios y el suelo. La mayor parte del nitrógeno ingresa a los ecosistemas a través de la fijación biológica de nitrógeno, se deposita a través de la precipitación, el polvo, los gases o se aplica como fertilizante. La mayoría de los ecosistemas terrestres tienen limitaciones de nitrógeno a corto plazo, lo que hace que el ciclo del nitrógeno sea un control importante en la producción del ecosistema. A largo plazo, la disponibilidad de fósforo también puede ser crítica.

Los macronutrientes que todas las plantas requieren en grandes cantidades incluyen los nutrientes primarios (que son los más limitantes ya que se usan en grandes cantidades): nitrógeno, fósforo, potasio. Los principales nutrientes secundarios (limitantes con menos frecuencia) incluyen: Calcio, magnesio, azufre. Los micronutrientes requeridos por todas las plantas en pequeñas cantidades incluyen boro, cloruro, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y zinc. Finalmente, también hay nutrientes beneficiosos que pueden ser requeridos por ciertas plantas o por plantas bajo condiciones ambientales específicas: aluminio, cobalto, yodo, níquel, selenio, silicio, sodio, vanadio.

Hasta los tiempos modernos, la fijación de nitrógeno era la principal fuente de nitrógeno para los ecosistemas. Las bacterias fijadoras de nitrógeno viven en simbiosis con las plantas o viven libremente en el suelo. El costo energético es alto para las plantas que soportan simbiontes fijadores de nitrógeno, tanto como el 25% de la producción primaria bruta cuando se mide en condiciones controladas. Muchos miembros de la familia de las leguminosas admiten simbiontes fijadores de nitrógeno. Algunas cianobacterias también son capaces de fijar nitrógeno. Estos son los fotótrofos, que realizan la fotosíntesis. Al igual que otras bacterias fijadoras de nitrógeno, pueden vivir libremente o tener relaciones simbióticas con las plantas.Otras fuentes de nitrógeno incluyen la deposición ácida producida a través de la combustión de combustibles fósiles, el gas amoníaco que se evapora de los campos agrícolas a los que se les han aplicado fertilizantes y el polvo. Los aportes antropogénicos de nitrógeno representan alrededor del 80% de todos los flujos de nitrógeno en los ecosistemas.

Cuando los tejidos de las plantas se desprenden o se comen, el nitrógeno de esos tejidos queda disponible para los animales y los microbios. La descomposición microbiana libera compuestos de nitrógeno de la materia orgánica muerta en el suelo, donde las plantas, los hongos y las bacterias compiten por ella. Algunas bacterias del suelo utilizan compuestos orgánicos que contienen nitrógeno como fuente de carbono y liberan iones de amonio en el suelo. Este proceso se conoce como mineralización de nitrógeno. Otros convierten el amonio en iones de nitrito y nitrato, un proceso conocido como nitrificación. El óxido nítrico y el óxido nitroso también se producen durante la nitrificación. En condiciones ricas en nitrógeno y pobres en oxígeno, los nitratos y nitritos se convierten en gas nitrógeno, un proceso conocido como desnitrificación.

Los hongos micorrízicos, que son simbióticos con las raíces de las plantas, utilizan los carbohidratos suministrados por las plantas y, a cambio, transfieren compuestos de fósforo y nitrógeno a las raíces de las plantas. Esta es una vía importante de transferencia de nitrógeno orgánico de la materia orgánica muerta a las plantas. Este mecanismo puede contribuir a más de 70 Tg de nitrógeno vegetal asimilado anualmente, desempeñando así un papel fundamental en el ciclo global de nutrientes y la función del ecosistema.

El fósforo ingresa a los ecosistemas a través de la meteorización. A medida que los ecosistemas envejecen, este suministro disminuye, lo que hace que la limitación de fósforo sea más común en paisajes más antiguos (especialmente en los trópicos). La meteorización también produce calcio y azufre, pero la deposición ácida es una fuente importante de azufre en muchos ecosistemas. Aunque el magnesio y el manganeso se producen por la meteorización, los intercambios entre la materia orgánica del suelo y las células vivas representan una parte importante de los flujos de los ecosistemas. El potasio se recicla principalmente entre las células vivas y la materia orgánica del suelo.

Función y biodiversidad

La biodiversidad juega un papel importante en el funcionamiento de los ecosistemas. Los procesos de los ecosistemas son impulsados ​​por las especies en un ecosistema, la naturaleza de las especies individuales y la abundancia relativa de organismos entre estas especies. Los procesos de los ecosistemas son el efecto neto de las acciones de los organismos individuales a medida que interactúan con su entorno. La teoría ecológica sugiere que para coexistir, las especies deben tener algún nivel de similitud limitante: deben ser diferentes entre sí de alguna manera fundamental, de lo contrario, una especie excluiría competitivamente a la otra. A pesar de esto, el efecto acumulativo de especies adicionales en un ecosistema no es lineal: las especies adicionales pueden mejorar la retención de nitrógeno, por ejemplo. Sin embargo, más allá de cierto nivel de riqueza de especies,las especies adicionales pueden tener poco efecto aditivo a menos que difieran sustancialmente de las especies ya presentes. Este es el caso, por ejemplo, de las especies exóticas.

La adición (o pérdida) de especies que son ecológicamente similares a las que ya están presentes en un ecosistema tiende a tener solo un efecto pequeño en la función del ecosistema. Las especies ecológicamente distintas, por otro lado, tienen un efecto mucho mayor. De manera similar, las especies dominantes tienen un gran efecto sobre la función del ecosistema, mientras que las especies raras tienden a tener un efecto pequeño. Las especies clave tienden a tener un efecto en la función del ecosistema que es desproporcionado a su abundancia en un ecosistema.

Un ingeniero de ecosistemas es cualquier organismo que crea, modifica significativamente, mantiene o destruye un hábitat.

Enfoques de estudio

Ecología del ecosistema

La ecología de los ecosistemas es el "estudio de las interacciones entre los organismos y su entorno como un sistema integrado". El tamaño de los ecosistemas puede variar hasta diez órdenes de magnitud, desde las capas superficiales de las rocas hasta la superficie del planeta.

El Estudio del Ecosistema de Hubbard Brook comenzó en 1963 para estudiar las Montañas Blancas en New Hampshire. Fue el primer intento exitoso de estudiar una cuenca entera como ecosistema. El estudio utilizó la química de corrientes como un medio para monitorear las propiedades del ecosistema y desarrolló un modelo biogeoquímico detallado del ecosistema. La investigación a largo plazo en el sitio condujo al descubrimiento de la lluvia ácida en América del Norte en 1972. Los investigadores documentaron el agotamiento de los cationes del suelo (especialmente el calcio) durante las próximas décadas.

Los ecosistemas se pueden estudiar a través de una variedad de enfoques: estudios teóricos, estudios de monitoreo de ecosistemas específicos durante largos períodos de tiempo, aquellos que observan las diferencias entre los ecosistemas para aclarar cómo funcionan y la experimentación manipulativa directa. Los estudios se pueden llevar a cabo en una variedad de escalas, que van desde estudios de ecosistemas completos hasta estudios de microcosmos o mesocosmos (representaciones simplificadas de ecosistemas). El ecologista estadounidense Stephen R. Carpenter ha argumentado que los experimentos de microcosmos pueden ser "irrelevantes y de distracción" si no se llevan a cabo junto con estudios de campo realizados a escala de ecosistema. En tales casos, los experimentos de microcosmos pueden fallar en predecir con precisión la dinámica a nivel de ecosistema.

Clasificaciones

Los biomas son clases generales o categorías de ecosistemas. Sin embargo, no existe una distinción clara entre biomas y ecosistemas. Los biomas siempre se definen a un nivel muy general. Los ecosistemas se pueden describir en niveles que van desde muy generales (en cuyo caso los nombres a veces son los mismos que los de los biomas) hasta muy específicos, como "bosques húmedos costeros de hojas de aguja".

Los biomas varían debido a las variaciones globales en el clima. Los biomas a menudo se definen por su estructura: a nivel general, por ejemplo, bosques tropicales, praderas templadas y tundra ártica. Puede haber cualquier grado de subcategorías entre los tipos de ecosistemas que comprenden un bioma, por ejemplo, bosques boreales de hojas de aguja o bosques tropicales húmedos. Aunque los ecosistemas se categorizan más comúnmente por su estructura y geografía, también hay otras formas de categorizar y clasificar los ecosistemas, como por su nivel de impacto humano (ver bioma antropogénico), o por su integración con procesos sociales o procesos tecnológicos o su novedad ( por ejemplo, un nuevo ecosistema). Cada una de estas taxonomías de ecosistemas tiende a enfatizar diferentes propiedades estructurales o funcionales. Ninguna de estas es la clasificación "mejor".

Las clasificaciones de ecosistemas son tipos específicos de clasificaciones ecológicas que consideran los cuatro elementos de la definición de ecosistemas: un componente biótico, un complejo abiótico, las interacciones entre ellos y dentro de ellos, y el espacio físico que ocupan. Se han desarrollado diferentes enfoques para las clasificaciones ecológicas en disciplinas terrestres, de agua dulce y marinas.

Ejemplos

Los siguientes artículos son ejemplos de ecosistemas para regiones, zonas o condiciones particulares:

• Ecosistema acuático
• ecosistema boreal
• Ecosistema de agua dulce
• Ecosistemas dependientes de aguas subterráneas
• Ecosistema lacustre (ecosistema léntico)
• Gran ecosistema marino
• ecosistema marino
• Ecosistema montano
• Ecosistema fluvial (ecosistema lótico)
• Ecosistema terrestre
• Ecosistema urbano

Interacciones humanas con los ecosistemas

Las actividades humanas son importantes en casi todos los ecosistemas. Aunque los humanos existen y operan dentro de los ecosistemas, sus efectos acumulativos son lo suficientemente grandes como para influir en factores externos como el clima.

Bienes y servicios del ecosistema

Los ecosistemas proporcionan una variedad de bienes y servicios de los que dependen las personas. Los bienes de los ecosistemas incluyen los "productos materiales tangibles" de los procesos de los ecosistemas, como el agua, los alimentos, el combustible, el material de construcción y las plantas medicinales. También incluyen elementos menos tangibles como el turismo y la recreación, y genes de plantas y animales silvestres que pueden usarse para mejorar las especies domésticas.

Los servicios de los ecosistemas, por otro lado, son generalmente "mejoras en la condición o ubicación de las cosas de valor". Estos incluyen cosas como el mantenimiento de los ciclos hidrológicos, la limpieza del aire y el agua, el mantenimiento del oxígeno en la atmósfera, la polinización de cultivos e incluso cosas como la belleza, la inspiración y las oportunidades para la investigación. Si bien el material del ecosistema se ha reconocido tradicionalmente como la base de cosas de valor económico, los servicios del ecosistema tienden a darse por sentado.

La Evaluación de Ecosistemas del Milenio es una síntesis internacional de más de 1000 de los principales científicos biológicos del mundo que analiza el estado de los ecosistemas de la Tierra y proporciona resúmenes y pautas para los tomadores de decisiones. El informe identificó cuatro categorías principales de servicios ecosistémicos: servicios de aprovisionamiento, regulación, culturales y de apoyo.Concluye que la actividad humana está teniendo un impacto significativo y creciente en la biodiversidad de los ecosistemas del mundo, reduciendo tanto su resiliencia como su biocapacidad. El informe se refiere a los sistemas naturales como el "sistema de soporte vital" de la humanidad, que proporciona servicios ecosistémicos esenciales. La evaluación mide 24 servicios ecosistémicos y concluye que solo cuatro han mostrado mejoras en los últimos 50 años, 15 están en grave declive y cinco se encuentran en una condición precaria.

La Plataforma Intergubernamental de Ciencia y Política sobre Biodiversidad y Servicios de los Ecosistemas (IPBES) es una organización intergubernamental establecida para mejorar la interfaz entre la ciencia y la política en temas de biodiversidad y servicios de los ecosistemas. Está destinado a desempeñar un papel similar al del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático. El marco conceptual de la IPBES incluye seis elementos principales interrelacionados: naturaleza, beneficios de la naturaleza para las personas, activos antropogénicos, instituciones y sistemas de gobernanza y otros impulsores indirectos del cambio, impulsores directos del cambio y buena calidad de vida.

Degradación y declive de los ecosistemas

A medida que crece la población humana y el consumo per cápita, también lo hacen las demandas de recursos impuestas a los ecosistemas y los efectos de la huella ecológica humana. Los recursos naturales son vulnerables y limitados. Los impactos ambientales de las acciones antropogénicas son cada vez más evidentes. Los problemas para todos los ecosistemas incluyen: contaminación ambiental, cambio climático y pérdida de biodiversidad. Para los ecosistemas terrestres, otras amenazas incluyen la contaminación del aire, la degradación del suelo y la deforestación. Para los ecosistemas acuáticos, las amenazas también incluyen la explotación insostenible de los recursos marinos (por ejemplo, la sobrepesca), la contaminación marina, la contaminación por microplásticos, los efectos del cambio climático en los océanos (por ejemplo, el calentamiento y la acidificación) y la construcción en las zonas costeras.

Muchos ecosistemas se degradan a causa de los impactos humanos, como la pérdida de suelo, la contaminación del aire y del agua, la fragmentación del hábitat, el desvío de agua, la supresión de incendios y las especies introducidas y las especies invasoras.

Estas amenazas pueden conducir a una transformación abrupta del ecosistema o a la interrupción gradual de los procesos bióticos y la degradación de las condiciones abióticas del ecosistema. Una vez que el ecosistema original ha perdido sus características definitorias, se considera colapsado (ver también la Lista Roja de Ecosistemas de la UICN). El colapso de los ecosistemas podría ser reversible y en este sentido difiere de la extinción de especies. Las evaluaciones cuantitativas del riesgo de colapso se utilizan como medidas del estado y las tendencias de conservación.

Gestión de ecosistemas

Cuando la gestión de recursos naturales se aplica a ecosistemas completos, en lugar de especies individuales, se denomina gestión de ecosistemas. Aunque abundan las definiciones de gestión de ecosistemas, existe un conjunto común de principios que subyacen a estas definiciones: Un principio fundamental es la sostenibilidad a largo plazo de la producción de bienes y servicios por parte del ecosistema; "la sostenibilidad intergeneracional [es] una condición previa para la gestión, no una ocurrencia tardía". Si bien la gestión de ecosistemas se puede utilizar como parte de un plan para la conservación de la vida silvestre, también se puede utilizar en ecosistemas gestionados de forma intensiva (ver, por ejemplo, agroecosistema y silvicultura cercana a la naturaleza).

Restauración de ecosistemas y desarrollo sostenible

“La sociedad es cada vez más consciente de que los servicios de los ecosistemas no solo están limitados, sino que también están amenazados por las actividades humanas”. Para ayudar a informar a los tomadores de decisiones, se asignan valores económicos a muchos servicios ecosistémicos, a menudo basados ​​en el costo de reemplazo con alternativas antropogénicas. El desafío actual de prescribir valor económico a la naturaleza, por ejemplo, a través de los bancos de biodiversidad, está impulsando cambios transdisciplinarios en la forma en que reconocemos y gestionamos el medio ambiente, la responsabilidad social, las oportunidades comerciales y nuestro futuro como especie.

La restauración de los ecosistemas contribuirá a los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible, en particular al ODS 2 (Hambre cero), ODS 6 (Agua limpia y saneamiento), ODS 14 (Vida submarina) y ODS 15 (Vida de ecosistemas terrestres). El párrafo 27 de la Declaración Ministerial del Foro Político de Alto Nivel sobre los ODS realizado en julio de 2018 establece los compromisos asumidos para lograr la gestión sostenible de todos los tipos de bosques, detener la deforestación, restaurar los bosques degradados y aumentar sustancialmente la forestación y la reforestación a nivel mundial para 2020 .

Los proyectos integrados de conservación y desarrollo (ICDP, por sus siglas en inglés) tienen como objetivo abordar las preocupaciones de conservación y sustento humano (desarrollo sostenible) en los países en desarrollo en conjunto, en lugar de por separado, como se hacía a menudo en el pasado.