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El mundo vivo: Biodiversidad

AP Ciencias Ambientales · Tema 2

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7:58

El Mundo Vivo: Biodiversidad

Un volcán empuja una nueva isla hacia arriba fuera del mar. Al principio no hay nada en ella — roca desnuda, sin suelo, sin vida en absoluto. Cincuenta años después, está verde. Así que cómo…

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2.1

Introducción a la Biodiversidad

Syllabus

Comprensión duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.

Objetivo de aprendizaje ERT-2.A: Explicar los niveles de biodiversidad y su importancia para los ecosistemas.

  • ERT-2.A.1 La biodiversidad en un ecosistema incluye la diversidad genética, de especies y del hábitat.
  • ERT-2.A.2 Cuanto mayor es la diversidad genética de una población, mejor puede responder a los estresores ambientales. Además, un cuello de botella poblacional puede conducir a una pérdida de diversidad genética.
  • ERT-2.A.3 Los ecosistemas que tienen un mayor número de especies son más propensos a recuperarse de perturbaciones.
  • ERT-2.A.4 La pérdida de hábitat conduce a la pérdida de especies especialistas, seguida de la pérdida de especies generalistas. También conduce a una reducción en el número de especies que requieren grandes áreas territoriales.
  • ERT-2.A.5 La riqueza de especies se refiere al número de especies diferentes encontradas en un ecosistema.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Biodiversidad 生物多样性 es la variedad de la vida, medida en tres niveles:

  • Diversidad genética – variedad de genes dentro de una especie. Mayor variedad genética significa que una población puede responder mejor a los estresores ambientales 环境压力; un cuello de botella poblacional 种群瓶颈 (una caída brusca en el número) elimina esa variedad y deja a los supervivientes vulnerables.
  • Diversidad de especies – el número de especies (riqueza de especies 物种丰富度) y qué tan uniformemente se distribuyen los individuos entre ellas.
  • Diversidad de hábitats – la variedad de hábitats en una región.

Los ecosistemas con mayor riqueza de especies son más resilientes 有韧性的: se recuperan de las perturbaciones con mayor facilidad, porque diversas especies pueden ocupar roles cuando cambian las condiciones. La pérdida de hábitat elimina especies en un orden predecible – las especies especialistas 特化 (necesidades estrechas) desaparecen primero, seguidas por las especies generalistas más resistentes, y las especies que requieren grandes territorios declinan a medida que se contrae su rango.

La biodiversidad tiene tres niveles: genético, de especies y de hábitat
Biodiversidad tiene tres niveles: genético, de especies y de hábitat
Un arrecife de coral: alta biodiversidad concentra especies y servicios ecosistémicos en un área pequeña
Un arrecife de coral: alta biodiversidad concentra especies y servicios ecosistémicos en un área pequeña
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
Biodiversity/ˌbaɪəʊdaɪˈvɜːsɪti/ 生物多样性 shēng wù duō yàng xìng
environmental stressors/enˌvaɪrənˈmentl ˈstresəz/ 环境压力 huán jìng yā lì
population bottleneck/ˌpɒpjʊˈleɪʃn ˈbɒtəlnek/ 种群瓶颈 zhǒng qún píng jǐng
species richness/ˈspiːsiːz ˈrɪtʃnəs/ 物种丰富度 wù zhǒng fēng fù dù
resilient/rɪˈsɪlɪənt/ 有韧性的 yǒu rèn xìng de
specialist/ˈspeʃəlɪst/ 特化 tè huà
generalist/ˈdʒenərəlɪst/ 广适性 guǎng shì xìng
Ecosystem services/ˈiːkəʊsɪstəm ˈsɜːvɪsɪz/ 生态系统服务 shēng tài xì tǒng fú wù
Anthropogenic/ˌænθrəpəˈdʒenɪk/ 人为的 rén wéi de
2.2

Servicios Ecosistémicos

Syllabus

Comprensión duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.

Objetivo de aprendizaje ERT-2.B: Describir los servicios de los ecosistemas.

  • ERT-2.B.1 Existen cuatro categorías de servicios de los ecosistemas: aprovisionamiento, regulación, culturales y de soporte.

Objetivo de aprendizaje ERT-2.C: Describir las consecuencias de las perturbaciones humanas en los servicios de los ecosistemas.

  • ERT-2.C.1 Las actividades antropogénicas pueden alterar los servicios de los ecosistemas, lo que puede resultar en consecuencias económicas y ecológicas.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Servicios ecosistémicos 生态系统服务 son los beneficios gratuitos que la naturaleza proporciona a las personas, en cuatro categorías:

  • Provisionamiento – productos: alimentos, agua dulce, madera, fibras.
  • Regulación – procesos que mantienen estables las condiciones: regulación del clima, filtración de agua, polinización, control de inundaciones.
  • Culturales – valor no material: recreación, belleza, valor espiritual y educativo.
  • Soporte – los servicios que hacen posibles los demás: ciclo de nutrientes, formación de suelo, fotosíntesis.

Las actividades antropogénicas 人为as (causadas por humanos) pueden alterar estos servicios, con costos económicos y ecológicos reales; por ejemplo, la pérdida de polinizadores obliga a los agricultores a pagar por la polinización que las abejas hacían gratuitamente.

2.3

Biogeografía Insular

Syllabus

Comprensión perdurable (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.

Objetivo de aprendizaje ERT-2.D: Describir la biogeografía insular.

  • ERT-2.D.1 La biogeografía insular es el estudio de las relaciones ecológicas y la distribución de los organismos en las islas, así como de las estructuras comunitarias de estos organismos.
  • ERT-2.D.2 Las islas han sido colonizadas en el pasado por nuevas especies provenientes de otros lugares.

Objetivo de aprendizaje ERT-2.E: Describir el papel de la biogeografía insular en la evolución.

  • ERT-2.E.1 Muchas especies insulares han evolucionado para ser especialistas en lugar de generalistas debido a la limitación de recursos, como alimento y territorio, en la mayoría de las islas. La supervivencia a largo plazo de los especialistas puede verse comprometida cuando se introducen especies invasoras, típicamente generalistas, que compiten con ellos y los superan.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Biogeografía insular

Biogeografía insular 岛屿生物地理学 estudia cuántas especies alberga una isla (o cualquier parche de hábitat aislado). El número se estabiliza en un equilibrio entre dos tasas:

  • Inmigración de nuevas especies – mayor en islas más cercanas al continente.
  • Extinción de especies residentes – menor en islas más grandes.

Por lo tanto, las islas grandes y cercanas albergan más especies; las pequeñas y remotas, menos. El aislamiento también impulsa la evolución: las especies insulares a menudo se vuelven especialistas debido a la limitación de recursos, y muchas son endémicas 特有 – encontrándose en ningún otro lugar. Esto las hace frágiles. Cuando llega una especie invasora 入侵物种 (generalmente un generalista resistente), puede superar en competencia a los especialistas, que no tienen a dónde ir.

Islas más grandes y cercanas albergan más especies, equilibrando inmigración contra extinción
Islas más grandes y cercanas albergan más especies, equilibrando inmigración contra extinción
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
Island biogeography/ˈaɪlənd ˌbaɪəʊdʒɪˈɒɡrəfi/ 岛屿生物地理学 dǎo yǔ shēng wù dì lǐ xué
endemic/enˈdemɪk/ 特有 tè yǒu
invasive species/ɪnˈveɪsɪv ˈspiːsiːz/ 入侵物种 rù qīn wù zhǒng
range of tolerance/reɪndʒ ɒv ˈtɒlərəns/ 耐受范围 nài shòu fàn wéi
optimal range/ˈɒptɪml reɪndʒ/ 最适范围 zuì shì fàn wéi
zones of stress/zəʊnz ɒv stres/ 胁迫区 xié pò qū
Ecological tolerance/ˌekəˈlɒdʒɪkl ˈtɒlərəns/ 生态耐受性 shēng tài nài shòu xìng
Periodic/ˌpɪərɪˈɒdɪk/ 周期性 zhōu qī xìng
Episodic/ˌepɪˈsɒdɪk/ 偶发性 ǒu fā xìng
Random/ˈrændəm/ 随机 suí jī
migration/maɪˈɡreɪʃn/ 迁徙 qiān xǐ
adaptation/ˌædæpˈteɪʃn/ 适应 shì yìng
natural selection/ˈnætʃərəl sɪˈlekʃn/ 自然选择 zì rán xuǎn zé
2.4

Tolerancia Ecológica

Syllabus

Comprensión Duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.

Objetivo de Aprendizaje ERT-2.F: Describir la tolerancia ecológica.

  • ERT-2.F.1 La tolerancia ecológica se refiere al rango de condiciones, como temperatura, salinidad, velocidad de flujo y luz solar, que un organismo puede soportar antes de que se produzca daño o muerte.
  • ERT-2.F.2 La tolerancia ecológica puede aplicarse tanto a individuos como a especies.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Toda especie tiene un rango de tolerancia 耐受范围 – el espectro de condiciones (temperatura, salinidad, pH, luz solar) que puede soportar. Cerca del centro hay un rango óptimo 最适范围 donde los individuos prosperan; hacia los bordes están las zonas de estrés 胁迫区 donde sobreviven pero luchan para crecer o reproducirse; más allá de los límites mueren. La tolerancia ecológica 生态耐受性 se aplica tanto a un individuo único como a toda una especie, y determina dónde puede vivir un organismo y cómo se adapta a los cambios.

Dentro de su rango óptimo una especie prospera; hacia los límites está bajo estrés y luego no puede sobrevivir
Dentro de su rango óptimo una especie prospera; hacia los límites está bajo estrés y luego no puede sobrevivir
2.5

Perturbaciones Naturales de los Ecosistemas

Syllabus

Comprensión perdurable (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.

Objetivo de aprendizaje ERT-2.G: Explicar cómo las interrupciones naturales, tanto a corto como a largo plazo, impactan un ecosistema.

  • ERT-2.G.1 Las interrupciones naturales de los ecosistemas tienen consecuencias ambientales que pueden ser, para un evento dado, tan grandes o mayores que muchas de las interrupciones causadas por el ser humano.
  • ERT-2.G.2 Los procesos del sistema terrestre operan en una variedad de escalas temporales. Los procesos pueden ser periódicos, episódicos o aleatorios.
  • ERT-2.G.3 El clima de la Tierra ha cambiado a lo largo del tiempo geológico por múltiples razones.
  • ERT-2.G.4 El nivel del mar ha variado significativamente como resultado de cambios en la cantidad de hielo glacial en la Tierra a lo largo del tiempo geológico.
  • ERT-2.G.5 Los cambios o perturbaciones ambientales importantes comúnmente resultan en cambios extensos de hábitat.
  • ERT-2.G.6 La vida silvestre realiza migraciones tanto a corto como a largo plazo por diversas razones, incluidas las interrupciones naturales.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Los eventos naturales alteran los ecosistemas a todas las escalas temporales, y un solo evento natural puede rivalizar o exceder a uno provocado por el hombre. Los procesos de la Tierra presentan tres patrones temporales:

  • Periódicos 周期性 – ciclos regulares (estaciones, mareas).
  • Episódicos 偶发性 – eventos ocasionales e irregulares (incendios, inundaciones, erupciones volcánicas).
  • Aleatorios 随机 – sin patrón (el impacto de un meteorito).

A lo largo del tiempo geológico, el clima de la Tierra ha cambiado por múltiples razones, y el nivel del mar ha subido y bajado con la cantidad de hielo glacial; cada cambio remodela vastas extensiones de hábitat. La fauna silvestre responde mediante la migración 迁徙, moviéndose distancias cortas o largas para seguir las condiciones.

Un muro de fuego y humo corriendo por la copa de un bosque de coníferas
Un incendio de copa barriendo un bosque. El fuego es una perturbación natural episódica, y muchas especies están adaptadas a él
2.6

Adaptaciones

Syllabus

Comprensión perdurable (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.

Objetivo de aprendizaje ERT-2.H: Describir cómo los organismos se adaptan a su entorno.

  • ERT-2.H.1 Los organismos se adaptan a su entorno a lo largo del tiempo, tanto en escalas cortas como largas, mediante cambios incrementales a nivel genético.
  • ERT-2.H.2 Los cambios ambientales, ya sean bruscos o graduales, pueden amenazar la supervivencia de una especie, lo que obliga a los individuos a alterar sus comportamientos, migrar o morir.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Una adaptación 适应 es un rasgo heredado que mejora la supervivencia y la reproducción en un entorno. Las adaptaciones surgen mediante la selección natural 自然选择 – cambio genético incremental acumulado a lo largo de generaciones, no dentro de una sola vida. Cuando cambia el entorno, los individuos deben alterar su comportamiento, mudarse o morir; si el cambio ocurre más rápido de lo que una población puede adaptarse, esta declina. Una perturbación periódica como el fuego suele ser parte de un ciclo saludable, y muchas especies están adaptadas a él (algunos conos de pino se abren solo con el calor de un incendio).

2.7

Sucesión Ecológica

Syllabus

Comprensión Duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.

Objetivo de Aprendizaje ERT-2.I: Describir la sucesión ecológica.

  • ERT-2.I.1 Existen dos tipos principales de sucesión ecológica: sucesión primaria y sucesión secundaria.
  • ERT-2.I.2 Una especie clave en un ecosistema es aquella cuyas actividades desempeñan un papel particularmente significativo en la determinación de la estructura de la comunidad.
  • ERT-2.I.3 Una especie indicadora es una planta o animal que, por su presencia, abundancia, escasez o composición química, demuestra que está presente algún aspecto distintivo del carácter o calidad de un ecosistema.

Objetivo de Aprendizaje ERT-2.J: Describir el efecto de la sucesión ecológica en los ecosistemas.

  • ERT-2.J.1 Los miembros pioneros de una especie en etapas tempranas de sucesión suelen colonizar hábitats desocupados y, con el tiempo, se adaptan a sus condiciones particulares, lo cual puede dar lugar al origen de nuevas especies.
  • ERT-2.J.2 La sucesión en un ecosistema perturbado afectará la biomasa total, la riqueza de especies y la productividad neta con el paso del tiempo.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Sucesión ecológica

Sucesión ecológica 生态演替 es el cambio gradual y ordenado en una comunidad a lo largo del tiempo:

  • Sucesión primaria 初级演ítica comienza sobre roca desnuda con sin suelo – después de que un glaciar retrocede o la lava se enfría. Las especies pioneras 先锋物种 como los líquenes 地衣 llegan primero y construyen lentamente el suelo. Es lento.
Una superficie rocosa cubierta en parches amarillos, naranjas y verde pálido de líquenes crustáceos
Líquenes creciendo directamente sobre roca desnuda. Como especies pioneras, desgastan lentamente la roca y construyen la primera capa fina de suelo
  • Sucesión secundaria 次级演ítica sigue a una perturbación que deja intacto el suelo – después de un incendio o abandono agrícola – por lo que es mucho más rápida.

La sucesión tiende hacia una comunidad clímax 顶极群落 relativamente estable. Dos roles especiales dan forma a una comunidad desproporcionadamente a su número: una especie clave 关键种, cuyas actividades mantienen unida la estructura de la comunidad (si se elimina, la comunidad colapsa – nutrias marinas manteniendo a los erizos bajo control), y una especie indicadora 指示物种, cuya presencia o salud señala la condición de todo el ecosistema (los líquenes desaparecen donde el aire está contaminado).

La sucesión primaria se construye desde roca desnuda; la sucesión secundaria crece de nuevo desde el suelo sobreviviente
La sucesión primaria se construye desde roca desnuda; la sucesión secundaria crece de nuevo desde el suelo sobreviviente

Ejemplo resuelto. Un estanque contiene 3 especies de peces con 5, 3 y 2 individuos ($N=10$). El Índice de Diversidad de Simpson $=1-\sum\left(\tfrac{n}{N}\right)^2 = 1-\left[(0.5)^2+(0.3)^2+(0.2)^2\right] = 1-0.38 = 0.62$. Un valor cercano a 1 indica alta diversidad; cercano a 0 significa que una especie domina. Agregar una cuarta especie de tamaño uniforme elevaría el índice.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
Ecological succession/ˌekəˈlɒdʒɪkl səkˈseʃn/ 生态演替 shēng tài yǎn tì
Primary succession/ˈpraɪməri səkˈseʃn/ 初级演替 chū jí yǎn tì
Pioneer species/paɪəˈnɪə ˈspiːsiːz/ 先锋物种 xiān fēng wù zhǒng
lichens/ˈlaɪkənz/ 地衣 dì yī
Secondary succession/ˈsekəndəri səkˈseʃn/ 次级演替 cì jí yǎn tì
climax community/ˈklaɪmæks kəˈmjuːnɪti/ 顶极群落 dǐng jí qún luò
keystone species/ˈkiːstəʊn ˈspiːsiːz/ 关键种 guān jiàn zhǒng
indicator species/ˈɪndɪkeɪtə ˈspiːsiːz/ 指示物种 zhǐ shì wù zhǒng
2.7

Consejos para el examen

  • Describa la biodiversidad en tres niveles: genético, de especies y de hábitat, y vincule la mayor diversidad con mayor resiliencia.
  • Las especies especialistas (necesidades estrechas) son más vulnerables que las generalistas cuando cambia un hábitat.
  • Distinga la sucesión primaria (roca desnuda, sin suelo, lenta) de la secundaria (suelo intacto, más rápida).
  • Explique una especie clave (efecto desproporcionado) y una especie indicadora (señala la salud del ecosistema).
  • Nombre los cuatro servicios ecosistémicos (provisionamiento, regulación, culturales, soporte) con ejemplos.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

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