La teoría general de sistemas (TGS) o teoría de sistemas o enfoque sistémico es un esfuerzo de estudio interdisciplinario que trata de encontrar las propiedades comunes a entidades llamadas sistemas. Éstos se presentan en todos los niveles de la realidad, pero que tradicionalmente son objetivos de disciplinas académicas diferentes. Su puesta en marcha se atribuye al biólogo austriaco Ludwig von Bertalanffy, quien acuñó la denominación a mediados del siglo XX.

Historia

Entre 1948 y 1955 W. Ross Ashby y Norbert Wiener desarrollaron la teoría matemática de la comunicación y control de sistemas a través de la regulación de la retroalimentación (cibernética), que se encuentra estrechamente relacionada con la Teoría de control. En 1950 Ludwig von Bertalanffy plantea la Teoría general de sistemas. En 1970 René Thom y E.C. Zeeman plantean la Teoría de las catástrofes, rama de las matemáticas de acuerdo con bifurcaciones en sistemas dinámicos, que clasifica los fenómenos caracterizados por súbitos desplazamientos en su conducta.

En 1980 David Ruelle, Edward Lorenz, Mitchell Feigenbaum, Steve Smale y James A. Yorke describen la Teoría del Caos, una teoría matemática de sistemas dinámicos no lineales que describe bifurcaciones, extrañas atracciones y movimientos caóticos. John H. Holland, Murray Gell-Mann, Harold Morowitz, W. Brian Arthur, y otros en 1990 plantean el Sistema adaptativo complejo (CAS), una nueva ciencia de la complejidad que describe surgimiento, adaptación y auto-organización. Fue establecida fundamentalmente por investigadores del Instituto de Santa Fe y está basada en simulaciones informáticas. Incluye sistemas de multiagente que han llegado a ser una herramienta importante en el estudio de los sistemas sociales y complejos. Es todavía un activo campo de investigación.

Contextos

Como ciencia urgente, plantea paradigmas diferentes de los de la ciencia clásica. La ciencia de sistemas observa totalidades, fenómenos, isomorfismos, causalidades circulares, y se basa en principios como la subsidiariedad, pervasividad, multicausalidad, determinismo, complementariedad, y de acuerdo con las leyes encontradas en otras disciplinas y mediante el isomorfismo, plantea el entendimiento de la realidad como un complejo, con lo que logra su transdisciplinariedad, y multidisciplinariedad.

Filosofía

La Teoría General de los Sistemas (TGS), propuesta más que fundada, por L. von Bertalanffy (1945) aparece como una metateoría, una teoría de teorías (en sentido figurado), que partiendo del muy abstracto concepto de sistema busca reglas de valor general, aplicables a cualquier sistema y en cualquier nivel de la realidad.

La TGS surgió debido a la necesidad de abordar científicamente la comprensión de los sistemas concretos que forman la realidad, generalmente complejos y únicos, resultantes de una historia particular, en lugar de sistemas abstractos como los que estudia la Física. Desde el Renacimiento la ciencia operaba aislando:

• Componentes de la realidad, como la masa.
• Aspectos de los fenómenos, como la aceleración gravitatoria.

Pero los cuerpos que caen lo hacen bajo otras influencias y de manera compleja. Frente a la complejidad de la realidad hay dos opciones:

• Negar carácter científico a cualquier empeño por comprender otra cosa que no sean los sistemas abstractos, simplificados, de la Física.

Conviene recordar aquí la rotunda afirmación de Rutherford: «La ciencia es la Física; lo demás es coleccionismo de estampillas».

O sino:

• Comenzar a buscar regularidades abstractas comunes a sistemas reales complejos, pertenecientes a distintas disciplinas.

La TGS no es el primer intento histórico de lograr una metateoría o filosofía científica capaz de abordar muy diferentes niveles de la realidad. El materialismo dialéctico busca un objetivo equivalente combinando el realismo y el materialismo de la ciencia natural con la dialéctica hegeliana, a partir de un sistema idealista. La TGS surge en el siglo XX como un nuevo esfuerzo en la búsqueda de conceptos y leyes válidos para la descripción e interpretación de toda clase de sistemas reales o físicos.

Pensamiento y Teoría General de Sistemas (TGS)

TGS puede ser vista también como un intento de superación, en el terreno de la Biología, de varias de las disputas clásicas de la Filosofía, en torno a la realidad y en torno al conocimiento:

• materialismo vs. vitalismo
• reduccionismo vs. perspectivismo
• mecanicismo vs. teleología

En la disputa entre materialismo y vitalismo la batalla estaba ganada desde antes para la posición monista que ve en el espíritu una manifestación de la materia, un epifenómeno de su organización (adquisición de forma). Pero en torno a la TGS y otras ciencias sistémicas se han formulado conceptos, como el de propiedades emergentes, que han servido para reafirmar la autonomía de fenómenos, como la conciencia, que vuelven a ser vistos como objetos legítimos de investigación científica.

Parecido efecto encontramos en la disputa entre reduccionismo y holismo, en la que la TGS aborda sistemas complejos, totales, buscando analíticamente aspectos esenciales en su composición y en su dinámica que puedan ser objeto de generalización.

En cuanto a la polaridad entre mecanicismo/causalismo y teleología, la aproximación sistémica ofrece una explicación, podríamos decir que mecanicista, del comportamiento orientado a un fin de una cierta clase de sistemas complejos. Fue Norbert Wiener, fundador de la Cibernética quien llamó sistemas teleológicos a los que tienen su comportamiento regulado por retroalimentación negativa.^[1] Pero la primera y fundamental revelación en este sentido es la que aportó Darwin con la teoría de selección natural, mostrando cómo un mecanismo ciego puede producir orden y adaptación, lo mismo que un sujeto inteligente.^[2]

Desarrollos

Aunque la TGS surgió en el campo de la Biología, pronto se vio su capacidad de inspirar desarrollos en disciplinas distintas y se apreció su influencia en la aparición de otras nuevas. Así se ha ido constituyendo el amplio campo de la sistémica o de las ciencias de los sistemas, con especialidades como la cibernética, la teoría de la información, la teoría de juegos, la teoría del caos o la teoría de las catástrofes. En algunas, como la última, ha seguido ocupando un lugar prominente la Biología.

Más reciente es la influencia de la TGS en las Ciencias Sociales. Destaca la intensa influencia del sociólogo alemán Niklas Luhmann, que ha conseguido introducir sólidamente el pensamiento sistémico en esta área.

Ámbito metamórfico de la teoría

Descripción del propósito

La teoría general de sistemas en su propósito más amplio, contempla la elaboración de herramientas que capaciten a otras ramas de la ciencia en su investigación práctica. Por sí sola, no demuestra ni deja de mostrar efectos prácticos. Para que una teoría de cualquier rama científica esté sólidamente fundamentada, ha de partir de una sólida coherencia sostenida por la TGS. Si se cuenta con resultados de laboratorio y se pretende describir su dinámica entre distíntos experimentos, la TGS es el contexto adecuado que premitirá dar soporte a una nueva explicación, que permitirá poner a prueba y verificar su exactitud. Por esto se la ubica en el ámbito de las metateorías.

La TGS busca descubrir isomorfismos en distintos niveles de la realidad que permitan:

• Usar los mismos términos y conceptos para describir rasgos esenciales de sistemas reales muy diferentes; y encontrar leyes generales aplicables a la comprensión de su dinámica.
• Favorecer, primero, la formalización de las descripciones de la realidad; luego, a partir de ella, permitir la modelización de las interpretaciones que se hacen de ella.
• Facilitar el desarrollo teórico en campos en los que es difícil la abstracción del objeto; o por su complejidad, o por su historicidad, es decir, por su carácter único. Los sistemas históricos están dotados de memoria, y no se les puede comprender sin conocer y tener en cuenta su particular trayectoria en el tiempo.
• Superar la oposición entre las dos aproximaciones al conocimiento de la realidad:
  • La analítica, basada en operaciones de reducción.
  • La sistémica, basada en la composición.

La aproximación analítica está en el origen de la explosión de la ciencia desde el Renacimiento, pero no resultaba apropiada, en su forma tradicional, para el estudio de sistemas complejos.

Descripción del uso

El contexto en el que la TGS se puso en marcha, es el de una ciencia dominada por las operaciones de reducción características del método analítico. Básicamente, para poder manejar una herramienta tan global, primero se ha de partir de una idea de lo que se pretende demostrar, definir o poner a prueba. Teniendo claro el resultado (partiendo de la observación en cualquiera de sus vertientes), entonces se le aplica un concepto que, lo mejor que se puede asimilar resultando familiar y fácil de entender, es a los métodos matemáticos conocidos como mínimo común múltiplo y máximo común divisor. A semejanza de estos métodos, la TGS trata de ir desengranando los factores que intervienen en el resultado final, a cada factor le otorga un valor conceptual que fundamenta la coherencia de lo observado, enumera todos los valores y trata de analizar todos por separado y, en el proceso de la elaboración de un postulado, trata de ver cuantos conceptos son comunes y no comunes con un mayor índice de repetición, así como los que son comunes con un menor índice de repetición. Con los resultados en mano y un gran esfuerzo de abstracción, se les asignan a conjuntos (teoría de conjuntos), formando objetos. Con la lista de objetos completa y las propiedades de dichos objetos declaradas, se conjeturan las interacciones que existen entre ellos, mediante la generación de un modelo informático que pone a prueba si dichos objetos, virtualizados, muestran un resultado con unos márgenes de error aceptables. En un último paso, se realizan las pruebas de laboratorio. Es entonces cuando las conjeturas, postulados, especulaciones, intuiciones y demás sospechas, se ponen a prueba y nace la teoría.

Como toda herramienta matemática en la que se opera con factores, los factores enumerados que intervienen en estos procesos de investigación y desarrollo no alteran el producto final, aunque sí pueden alterar los tiempos para obtener los resultados y la calidad de los mismos; así se ofrece una mayor o menor resistencia económica a la hora de obtener soluciones.

Aplicación

La principal aplicación de esta teoría está orientada a la empresa científica cuyo paradigma exclusivo venía siendo la Física. Los sistemas complejos, como los organismos o las sociedades, permiten este tipo de aproximación sólo con muchas limitaciones. En la aplicación de estudios de modelos sociales, la solución a menudo era negar la pertinencia científica de la investigación de problemas relativos a esos niveles de la realidad, como cuando una sociedad científica prohibió debatir en sus sesiones el contexto del problema de lo que es y no es la conciencia. Esta situación resultaba particularmente insatisfactoria en Biología, una ciencia natural que parecía quedar relegada a la función de describir, obligada a renunciar a cualquier intento de interpretar y predecir, como aplicar la teoría general de los sistemas a los sistemas propios de su disciplina.

Ejemplo de aplicación de la TGS: Teoría del caos

Los factores esenciales de esta teoría se componen de:

• Entropía: Viene del griego ἐντροπία (entropía), que significa transformación o vuelta. Su símbolo es la S, y es una metamagnitud termodinámica. La magnitud real mide la variación de la entropía. En el Sistema Internacional es el J/K (o Clausius) definido como la variación de entropía que experimenta un sistema cuando absorbe el calor de 1 Julio (unidad) a la temperatura de 1 Kelvin.

• Entalpía: Palabra acuñada en 1850 por el físico alemán Clausius. La entalpía es una metamagnitud de termodinámica simbolizada con la letra H. Su variación se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en julio. Establece la cantidad de energía procesada por un sistema y su medio en un instante A de tiempo y lo compara con el instante B, relativo al mismo sistema.

• Negentropía: Se puede definir como la tendencia natural que se establece para los excedentes de energía de un sistema, de los cuales no usa. Es una metamagnitud, de la que su variación se mide en la misma magnitud que las anteriores.

Aplicando la teoría de sistemas a la entropía, obtenemos lo siguiente: Cuanta mayor superficie se deba de tomar en cuenta para la transmisión de la información, esta se corromperá de forma proporcional al cuadrado de la distancia a cubrir. Dicha corrupción tiene una manifestación evidente, en forma de calor, de enfermedad, de resistencia, de agotamiento extremo o de estrés laboral. Esto supone una reorganización constante del sistema, el cual dejará de cumplir con su función en el momento que le falte información. Ante la ausencia de información, el sistemá cesará su actividad y se transformará en otro sistema con un grado mayor de orden. Dicho fenómeno está gobernado por el principio de Libertad Asintótica.

Enumeración de principios

Principio de libertad asintótica: Cuando el sistema aparenta alcanzar el estado preferente, es indicación de que los medios por los cuales transfiere la información no están capacitados para procesar la suficiente como para adaptarse a las nuevas necesidades impuestas por el cambio de un médio dinámico. Por lo que el medio cambia más rápido de lo que el sistema podrá adaptarse dentro de su periodo de existencia. Esto marca el paso del tiempo de forma relativa al sistema, observando el futuro más lejano para dicho sistema como el estado en el que las propiedades que lo definen como sistema X dejan de expresarse, siendo de uso por otros sistemas que demandan fragmanetos de información útiles. Esto define otro principio base de los sistemas: La simetría.

Principio de simetría discreta (TGS base): La simetría física es aquella que solo se puede conceptualizar en la mente, pues dicho estado del sistema inhibe todo tipo de comunicación, al ser esta altamente incierta o con un grado de incertidumbre tan extremo, que no se pueden obtener paquetes claros. Por lo que se requiere un estudio profundo del sistema investigado en base a la estadística.

Proceso de estudio

Proceso 1: Se registra lo directamente observado, se asocia un registro de causa y efecto, y para aquellas que han quedadeo huérfanas (solo se observa la causa pero se desconoce el efecto) se las encasilla como propiedades diferenciales. Estas propiedades nacen de la necesidad de dar explicación al porqué lo observado no corresponde con lo esperado. De esto nacen las propiedades emergentes.

Proceso 2: Se establecen unos métodos que, aplicados, rompen dicha simetría obteniendo resultados físicos medibles en laboratório. Los que no se corroboran, se abandonan y se especulan otras posibilidades.

Resumen general:

• La entropía está relacionada con la tendencia natural de los objetos a caer en un estado de neutralidad expresiva. Los sistemas tienden a buscar su estado más probable, en el mundo de la física el estado más probable de esos sistemas es simétrico, y el mayor exponente de simetría es la inexpresión de propiedades. A nuestro nivel de realidad, esto se traduce en desorden y desorganización. En otras palabras: Ante un medio caótico, la relación tensorial de todas las fuerzas tenderán a dar un resultado nulo, ofreciendo un margen de expresión tan reducido que, por sí solo es inservible y despreciable.

• La dinámica de estos sistemas es la de transformar y transferir la energía, siendo lo inaprovechable energía que se transforma en una alteración interna del sistema. En la medida que va disminuyendo la capacidad de transferencia, va aumentando la entropía interna del sistema.

• Propiedad 1: Proceso mediante el cual un sistema tiende a adoptar la tendencia más económica dentro de su esquema de transacción de cargas.

• La dinámica del sistema tiende a disipar su esquema de transacción de cargas, debido a que dicho esquema también está sometido a la propiedad 1, convirtiéndolo en un subsistema.

• Lo realmente importante, no es lo despreciable del resultado, sino que surjan otros sistemas tan o más caóticos, de los cuales, los valores despreciables que resultan de la no cancelación absoluta de sus tensores sistemáticos, puedan ser sumados a los del sistema vecino, obteniendo así un resultado exponencial. Por lo que se asocian los niveles de estabilidad a un rango de caos con un resultado relativamente predecible, sin tener que estar observando la incertidumbre que causa la dinámica interna del propio sistema.

• En sistemas relativamente sencillos, el estudio de los tensores que gobiernan la dinámica interna, ha permitido replicarlos para su utilización por el hombre. A medida que se ha avanzado en el estudio interior de los sistemas, se ha logrado ir replicando sistemas cada véz más complejos.

Aunque la entropía expresa sus propiedades de forma evidente en sistemas cerrados y aislados, también se evidencian, aunque de forma más discreta, a sistemas abiertos; éstos últimos tienen la capacidad de prolongar la expresión de sus propiedades a partir de la importación y exportación de cargas desde y hacia el ambiente, con este proceso generan neguentropía (entropía negativa), y la variación que existe dentro del sistema en el instante A de tiempo con la existente en el B.

Negentropía

La construcción de modelos desde la cosmovisión de la teoría general de los sistemas permite la observación de los fenómenos de un todo, a la vez que se analiza cada una de sus partes sin descuidar la interrelación entre ellas y su impacto sobre el fenómeno general entendiendo al fenómeno como el sistema, a sus partes integrantes como Subsistemas y al fenómeno general como suprasistema.

CIBERNÉTICA DEL YO
(TEORÍA DEL CONOCIMIENTO)
Un paradigma de sistemas en el conocimiento y una visión de sistemas del
mundo son la capacidad del pensamiento humano, en la reunión de la filosofía y la ciencia durante el siglo XX. Todas las esferas de la actividad humana a
través del prisma de la visión de sistemas de la realidad, hacia una nueva
cualidad de lo racional. En la visión práctica de los modelos sistémicos del mundo existen modelos desde la dinámica del mundo y los límites del crecimiento de Jay Forester y el Club de Roma, pasando por el mani  esto por la supervivencia del Ecologist por Edward Goldsmith12 y los modelos de análisis de sistemas como metacomunicación en Naturaleza y Mente de Gregory Bateson,1 hasta modelos de Orden Mundial como en Hacia el año 2000 de Herman Kahn. En su utilización van desde las zonas de conciencia
hasta los dominios de acción. La inteligencia computacional asociada
a este modelamiento de las redes de la naturaleza es el fundamento
del conocimiento que apunta como soporte de los seres vivientes a
los aspectos globales del desarrollo sostenible, especialmente su holismo
y sincronicidad

HOMEOSTASIS

1. Ecosistemas

En 1865, Claude Bernard , a menudo considerado el padre de la fisiología, proponía el concepto de homeostasis . El concepto nacía a partir de la necesidad de explicar la forma en que los organismos vivos se autoregulan para mantener una condición constante y estable. Apoyados en el intercambio de materia y energía con el entorno, los organismos son capaces de mantener condiciones fisiológicas que se mantienen relativamente equilibradas. Estas condiciones pueden ser, por ejemplo, temperatura corporal o niveles de oxígeno en la sangre, las que, ante alteraciones pequeñas en sus niveles, pueden representar un estado de enfermedad que representa una amenaza al funcionamiento completo del sistema.La homeostasis es un equilibrio dinámico, un equilibrio en movimiento. Los equilibrios dinámicos ocurren en muchos campos del conocimiento, y podemos encontrar casos al parecer tan lejanos a la ecología. En la economía, por ejemplo, ocurre un fenómeno de equilibro dinámico entre oferta y demanda: ambas funciones se equilibran para una cantidad Q de bienes transferidos mayor a cero.Ahora bien, en los ecosistemas naturales, aparte de la homeostasis que cada organismo lleva a cabo en forma interna, ocurre un fenómeno de equilibrio dinámico en su conjunto. Mediante éste, el ecosistema se autorregula evitando la tendencia de desequilibrio originada, por ejemplo, por el crecimiento de la población de una de sus especies. Un ejemplo de ésto puede ser un ecosistema donde conviven zorros y conejos en una relación depredador-presa. El aumento en la población de conejos implica una mayor oferta de alimentos para zorros, que aumentarán su población. Pero al aumentar éstos aumenta también la amenaza de depredación hacia los conejos, con lo cual la población de éstos disminuye, y debido a esto también la de zorros, y así hasta alcanzar un equilibrio en la cantidad de individuos de cada especie, cuyo valor es por supuesto diferente de cero para ambas (en ese caso, hablaríamos de equilibrio estático).Hoy en día, somos nosotros, los seres humanos, quienes pretendemos ir más allá del equilibrio: nuestra idolatría por un sistema que cree en la curva exponencial, en el desarrollo económico de derivada positiva, siempre creciente, nos hace violar las reglas de cooperación ecosistémica que permiten la homeostásis, según las cuales ninguna especie puede crecer por sobre la capacidad de carga del sistema. Pero al creer que no somos parte de la naturaleza, que estamos por sobre ella, entiendo que asumimos que aquellas reglas universales no se aplican a nosotros.

Capas de la atmósfera

La atmósfera se divide en diversas capas:

La troposfera llega hasta un límite superior (tropopausa) situado a 9 Km de altura en los polos y los 18 km en el ecuador. En ella se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de agua. Es la zona de las nubes y los fenómenos climáticos: lluvias, vientos, cambios de temperatura, … y la capa de más interés para la ecología. La temperatura va disminuyendo conforme se va subiendo, hasta llegar a -70ºC en su límite superior.

La estratosfera comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un límite superior (estratopausa), a 50 km de altitud. La temperatura cambia su tendencia y va aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0ºC en la estratopausa. Casi no hay movimiento en dirección vertical del aire, pero los vientos horizontales llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/h, lo que facilita el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez. Por ejemplo, esto es lo que ocurre con los CFC que destruyen el ozono. En esta parte de la atmósfera, entre los 30 y los 50 kilómetros, se encuentra el ozono, importante porque absorbe las dañinas radiaciones de onda corta.

La mesosfera, que se extiende entre los 50 y 80 km de altura, contiene sólo cerca del 0,1% de la masa total de laire. Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. La disminución de la temperatura combinada con la baja densidad del aire en la mesosfera determinan la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes. La mesosfera es la región donde las naves espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar la estructura de los vientos de fondo, y no sólo el freno aerodinámico.

La ionosfera se extiende desde una altura de casi 80 km sobre la superficie terrestre hasta 640 km o más. A estas distancias, el aire está enrarecido en extremo. Cuando las partículas de la atmósfera experimentan una ionización por radiación ultravioleta, tienden a permanecer ionizadas debido a las mínimas colisiones que se producen entre los iones. La ionosfera tiene una gran influencia sobre la propagación de las señales de radio. Una parte de la energía radiada por un transmisor hacia la ionosfera es absorbida por el aire ionizado y otra es refractada, o desviada, de nuevo hacia la superficie de la Tierra. Este último efecto permite la recepción de señales de radio a distancias mucho mayores de lo que sería posible con ondas que viajan por la superficie terrestre.

La región que hay más allá de la ionosfera recibe el nombre de exosfera y se extiende hasta los 9.600 km, lo que constituye el límite exterior de la atmósfera. Más allá se extiende la magnetosfera, espacio situado alrededor de la Tierra en el cual, el campo magnético del planeta domina sobre el campo magnético del medio interplanetario.

La atmósfera de la Tierra.

La capa exterior de la Tierra es gaseosa, de composición y densidad muy distintas de las capas sólidas y líquidas que tiene debajo. Pero es la zona en la que se desarrolla la vida y, además, tiene una importancia trascendental en los procesos de erosión que son los que han formado el paisaje actual.

Los cambios que se producen el la atmósfera contribuyen decisivamente en los procesos de formación y sustento de los seres vivos y determinan el clima.

Composición del aire

Los gases fundamentales que forman la atmósfera son: Nitrógeno (78.084%), Oxígeno (20.946%), Argón (0.934%) y Dióxido de Carbono (0.033%). Otros gases de interés presentes en la atmósfera son el vapor de agua, el ozono y diferentes óxidos.

También hay partículas de polvo en suspensión como, por ejemplo, partículas inorgánicas, pequeños organismos o restos de ellos y sal marina. Muchas veces estas partículas pueden servir de núcleos de condensación en la formación de nieblas muy contaminantes.

Los volcanes y la actividad humana son responsables de la emisión a la atmósfera de diferentes gases y partículas contaminantes que tienen una gran influencia en los cambios climáticos y en el funcionamiento de los ecosistemas.

El aire se encuentra concentrado cerca de la superficie, comprimido por la atracción de la gravedad y, conforme aumenta la altura, la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez. En los 5,5 kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y antes de los 15 kilómetros de altura está el 95% de toda la materia atmosférica.

La mezcla de gases que llamamos aire mantiene la proporción de sus distintos componentes casi invariable hasta los 80 km, aunque cada vez más enrarecido (menos denso) conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la composición se hace más variable.

Formación de la atmósfera

La mezcla de gases que forma el aire actual se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años. La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de emanaciones volcánicas, es decir, vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno.

Para lograr la transformación han tenido que desarrollarse una serie de procesos. Uno de ellos fue la condensación. Al enfriarse, la mayor parte del vapor de agua de origen volcánico se condensó, dando lugar a los antiguos océanos. También se produjeron reacciones químicas. Parte del dióxido de carbono debió reaccionar con las rocas de la corteza terrestre para formar carbonatos, algunos de los cuales se disolverían en los nuevos océanos.

Más tarde, cuando evolucionó la vida primitiva capaz de realizar la fotosíntesis, empezó a producir oxígeno. Hace unos 570 millones de años, el contenido en oxígeno de la atmósfera y los océanos aumentó lo bastante como para permitir la existencia de la vida marina. Más tarde, hace unos 400 millones de años, la atmósfera contenía el oxígeno suficiente para permitir la evolución de animales terrestres capaces de respirar aire

La energía, es básica para el funcionamiento de cualquier ecosistema. Gracias a las diferentes interacciones que se dan entre diferentes organismos, la energía fluye de especie a especie.Sin embargo, a medida de que esta va entrando al ecosistema, su cantidad disminuye. La cantidad de nutrientes, y energía aquí en la tierra, es muy pequeña, y por eso tiene diferentes ciclos.

Flujo de energía

El flujo de energía, se da entre diferentes escalones o niveles en la cadena trófica, y así, la energía se pierde en forma de calor, y respiración.

Niveles tróficos

Los niveles tróficos son el tipo de clasificación según el tipo de alimentación que tiene cada especie. Son:

• Autótrofos, o productores
• Heterótrofos, o consumidores:
  • Consumidores
  • Descomponedores

Los productores

Constituyen el primér nivel trófico. Toman la energía del sol, y la transforman en moleculas orgánicas ricas en carbohidratos,lípidos, y azúcares. Los principales productores en los diferentes ecosistemas son:

• Ecosistemas acuáticos: Los principales productores de estos ecosistémas son las algas.
• Ecosistemas terrestres: Los principales productores de este ecosistémas son las plantas.

Los consumidores

Estos son los organismos que no producen su propio alimento, y por lo tanto, deben ingerír a otros seres para procurarselo. Se clasifican en:

• Consumidores Primarios (herbívoros). Se alimentan de los organismos productores.
• Consumidores Secundarios(carnívoros). Se alimentan de herbívoros.
• Consumidores Terciarios. Se alimentan de los consumidores secundarios.
• Descomponedores. Son principalmente bacterias y hongos. Se alimentan de los seres muertos, y de sus desechos; así forman una conexión entre lo orgánico y lo inorgánico.

Graficación

El flujo de energía, se puede graficar mediante pirámides alimenticias, cadenas alimenticias, y redes alimenticias

• Las pirámides alimenticias, reflejan el número de individuos, presentes en cada nivel(menos los descomponedores), trófico. Mientras mas alto se llega en la pirámide (mayor nivel), menos integrantes se tienen, y menos energía.
  

  

  Pirámide alimenticia

• Las cadenas alimenticias, reflejan la transferencia de energía, desde productores, hasta descomponedores, pasando por todos los niveles tróficos.
• Las Redes alimenticias, son uniones de cadenas alimenticias. Esta muestra la relación entre diferentes cadenas alimenticias.

Flujo de Nutrientes

Como ya se explicó, la energía aquí en la tierra, y los nutrientes, se encuentran en cantidades limitadas. Por eso, deben ser reciclados y reutilizados.

Ciclos biogeoquímicos

Gracias a las interacciones entre diferentes especies y organismos, los nutrientes se acaban, se desplazan, y se reutilizan cumpliendo así un movimiento ciclico, en los ecosistemas.Hay unos nutrientes de especial importancia, que son:

• Agua
• Carbono
• Oxígeno
• Nitrógeno
• Fósforo

Ciclo del agua (H₂O)

El agua, es un compuesto fundamental para la vida, ya que actúa como solvente para las reacciones químicas que se dan dentro de los organismos. El agua le permite tomar los nutrientes del suelo a las plantas, y el oxígeno del aire a los animales. Se da en 4 pasos básicos:

1. La evotranspiración. Es el proceso, mediante el cual, el agua pasa de estado líquido a gaseoso, (vapor de agua). En este proceso, se dan dos pasos importantes: La evaporación directa del agua, y la transpiración de los organismos, especialmente, de las plantas, que liberan agua. La evotranspiración, aumenta con la temperatura, y la velocidad del viento.
   

   

   El agua en sus tres estados: líquido, sólido, y gaseoso.

2. La precipitación. Es el procedimiento, por el cual, el vapor de agua se condensa, y cae a la tierra en forma de lluvia.
3. El almacenamiento, tiene lugar en los océanos y en los ríos. También, se da en los casquetes polares, en forma de hielo. Tal es la cantidad de agua almacenada en los polos, que si estos se derritiesen,, el nivel del mar, subiria 80 mts. Los polos cubren 17 millones de kilómetros cuadrados, y tienen una profundidad de mas o menos 1 kilómetro y medio. El agua también se almacena en los picos con nieves perpetuas.
4. La escorrentía. Es el proceso por el cual, el agua «rueda» hasta el océano. Se da en los rios y en las quebradas, principalmente.

El Agua forma casi tres cuartas partes del mundo. Esá distribuida de esta manera:

• Salada:97%
• Dulce:3%
  • Hielo polar y glaciares:77.5%
  • Subterranea:22%
  • Continental, superficial, y atmosférica:0.5%
    • Lagos y zonas húmedas:92%
    • Atmósfera:7%
    • Rios:1%

Ciclo del carbono (CO₂)

Este ciclo comienza cuando los organismos productores, toman dióxido de carbono, para realizar la fotosíntesis, y lo incorporan a sus tejidos, en forma de azúcares. El carbono, al igual que el fósforo, pasa de nivel trófico a nivel trófico en las cadenas y redes alimenticias. Vale decir, que parte del carbono absorbido por las plantas es explusado luego por las mismas, en el proseso de la respiración. Igual sucede con los conusmidores; almacenan parte del carbono consumido, y el resto lo liberan en la respiración. Al final, los descomponedores desarman las moléculas, y liberan el dióxido de carbono a la atmósfera. El dióxido de carbono puede entrár tambíen al agua.

Ciclo del oxígeno (O₂)

Se puede dividir en las siguientes partes:

1. El O₂, sale de las plantas, en el proceso de fotosíntesis. En el agua también hay bastante oxígeno(La molécula está compuesta por un átomo de oxígeno, y dos de hidrógeno). Esta sube en el proceso de evotranspiración a la atmósfera. En las partes muy altas, los rayos solares descomponen la molécula del agua, separando así el oxígeno del hidrógeno. Los organismos fotosintéticos también producen oxígeno

El ciclo del oxígeno. El oxígeno sufre varias transformaciones, como agua, y surge como desecho de la fotosíntesis de los organismos fotosintéticos

1. Los organismos aeróbicos, utilizan el oxígeno para la respiración, desechando así dióxido de carbono. Por esto se dice que el ciclo del oxígeno está muy ligado con el del carbonoy el agua.
2. El dióxido de carbono es usado por los organismos fotosintéticos, y sale como desecho oxígeno.

Así, pueden suceder dos cosas:

1. Los organismos aeróbicos lo reutilizan, y luego los fotosintéticos, completando el ciclo, o
2. El oxígeno sea incorporado al agua, junto con dos átomos de hidrógeno. Así, esta agua sube, y completa y repite el susodicho ciclo.

Ciclo del nitrógeno(N),(N₂)

El nitrógeno, es un elemento muy importante en la tierra. Forma el 78%^[2] de de la atmósfera. Es fundamental en la estructura de los aminoácidos, las proteínas, y los ácidos nucléicos. Sin embargo, no puede ser utilizado directamente por los organismos. Así, tiene que ser transformado para el uso de los organismos. El ciclo sigue los siguientes pasos:

Ciclo del nitrógeno

1. Transformación. Diferentes bacterias transforman el nitrógeno:

• Los Clostridios, fijan el nitrógeno al suelo.
• Los Rizobios, que viven en los nódulos de algunas legumbres, y transforman el nitrógeno, para que la planta lo pueda utilizar

1. Cadena trófica. Luego, el nitrógeno toma el camino de las redes y cadenas alimenticias, de herbívoros, a carnívoros. Luego, el nitrógeno regresa al suelo, en forma de desechos, y cuerpos muertos.
2. Regreso al suelo. El nitrógeno vuelve al suelo en forma de amoníaco. El amoniaco puede ser utilizado por las plantas otra vez, o permanecer en el suelo, convirtiéndose en nitratos. Estos nitratos son regresados a la atmósfera gracias a las pseudomonas, que restituyen el nitrógeno a la atmósfera.

Ciclo del fósforo (P)

El fósforo, es indispensable para la vida en la tierra. Hace parte de los huesos, de los ácidos nucleicos, de los fosfolípidos de las mebranas celulares, es el principal componente del ATP, del cual los seres vivos toman energía y nutrientes. Este ciclo, es el único que no tiene movimientos sobre la faz terrestre. El fósforo se mueve a través de sus sitios de almacenamiento. Son las rocas sedimentarias, y los organismos vivos. Se da en los siguientes pasos:

1. Erosión. Las rocas ricas en fósforo, se erosionan con el tiempo. El fósforo, por lo tanto, también se disuelve, y se incorpora en la tierra en forma de fosfatos.
2. Cadenas tróficas. Las plantas absorben los fosfatos de la tierra, y luego, el fósforo se mueve con los organismos, en las cadenas y redes tróficas, hasta que llega a los organismos descomponedores (como por ejemplo: hongos, y bacterias).

Los fenómenos volcánicos, y en general, geolóicos, pueden trasladar las rocas sedimentarias, y los fosfatos.

También puede suceder, que no todo el fósforo sea absorbido por las plantas, sino que sea arrastrado por las corrientes acuíferas. En estos casos, es transportado al mar, en donde es depositado junto con los sedimentos marinos, al fondo del océano. Luego de varios años, se incorpora a las rocas, que mas tarde, pueden subir a la superficie por algún fenómeno geológico, comenzando así, nuevamente el ciclo. Al estar el fósforo en el mar, puede suceder que los animales lo beban, por esto, los organismos marinos son ricos en fósforo.

El número de organismos de cada especie es determinado por la velocidad de flujo de energía por la parte biólógica del ecosistema que los incluye.

La transferencia de la energía alimenticia desde su origen en las plantas a través de una sucesión de organismos, cada uno de los cuales devora al que le precede y es devorado a su vez por el que le sigue, se llama cadena alimenticia. El número de eslabones de la cadena debe ser limitado a no más de cuatro o cinco, precisamente por la gran degradación de la energía en cada uno. El porcentaje de la energía de los alimentos consumida que se convierte en material celular nuevo es el porcentaje eficaz de transferencia de energía.

El flujo de energía en los ecosistemas, procedente de la luz solar por medio de la fotosíntesis en los productores autótrofos, y através de los tejidos de hervíboros como consumidores primarios, y de los carnívoros como consumidores secundarios, determina el peso total y número (biomas) de los organismos en cada nivel del ecosistema. Este flujo de energía disminuye notablemente en cada paso sucesivo de nutrición por pérdida de calor en cada transformación de la energía, lo cual a su vez disminuye los biomas en cada escalón.

lgunos animales sólo comen una clase de alimento, y por consiguiente, son miembros de una sola cadena alimenticia. Otros animales comen muchas clases de alimentos y no sólo son miembros de diferentes cadenas alimenticias, sino que pueden ocupar diferentes posiciones en las distintas cadenas alimenticias. Un animal puede ser un consumidor primario en una cadena, comiendo plantas verdes, pero un consumidor secundario o terciario en otras cadenas, comiendo animales hervíboros u otros carnívoros.

El hombre es el final de varias cadenas alimenticias; por ejemplo, come pescados grandes que comieron otros peces pequeños, que se alimentaron de invertebrados que a su vez se nutrieron de algas. La magnitud final de la población humana (o la población de cualquier animal) está limitada por la longitud de nuestra cadena alimenticia, el porcentaje de eficacia de transferencia de energía en cada eslabón de la cadena y la cantidad de energía luminosa que cae sobre la Tierra.

El hombre nada puede hacer para aumentar la cantidad de energía luminosa incidente, y muy poco para elevar el porcentaje de eficacia de transferencia de energía, por lo que sólo podrá aumentar el aporte de energía de los alimentos, acortando la cadena alimenticia, es decir, consumiendo productores primarios, vegetales y no animales. En los países superpoblados como China e India, los naturales son principalmente vegetarianos porque así la cadena alimenticia es más corta y un área determinada de terreno puede de esta forma servir de sostén al mayor número de individuos.

-No arroje al drenaje aceites, desechos quimicos, etc.

-Utilice ambos lados de el papel para escribir

-Las fuentes de energía como el sol, son una opción.

-Si va a trasladarse a menos de un kilómetro de distancia, camine, es mejor para usted, su salud y el medio ambiente.
Avise a las autoridades de focos de contaminación (humos, gases, etc.)

-Denuncie actos ilegales como la tala clandestina.

-Recicle pilas y baterias usados.

-No arroje basura en el campo, parques, jardines y fuentes de agua.

-Separe la basura: vidrio, cartón, aluminio, orgánico.

-Puede preparar composta a partir de desechos orgánicos.

-Utilice bicicleta (si su salud y seguridad lo permiten)

-Inculque en los niños el respeto irrestricto hacia cualquier forma de vida. (Animales, Plantas, etc.)

-Siembre un árbol.

-No maltrate o fomente la crueldad hacia los animales.

Factores ambientales
Los factores ambientales determinan las adaptaciones, la gran variedad de especies de `plantas y animales, y la distribución de los seres vivos sobre la tierra. Estos factores ambientales se clasifican en abióticos (no vivos) y bióticos (vivos).

Factores abióticos link
Los factores bióticos se diferencian en dos categorías
a) Físicos.- Pueden ser la luz solar, la temperatura, altitud, latitud y clima estos si afectan a los seres vivos.
b) Químicos.- Son el suelo, el oxigeno, y el dióxido de carbón, aquí no interviene ningún ser vivo.

Factores Físicos
Luz Solar
Fuente principal de energía de un ecosistema. La radiación solar que se recibe sobre la superficie terrestre varía según el ángulo de incidencia. La radiación solar en los polos se distribuye en un área mayor que en el ecuador. Además de su efecto térmico, la luz solar es la materia prima energética para el proceso de la fotosíntesis aunque la mayor parte de la energía no es susceptible de ser transformada en energía de enlaces químico: del total de energía irradiada se calcula que solo el 2% ha logrado convertirse en fotosintetatos.

La Luz en el ambiente acuático
La luz solar de que disponen los organismos acuáticos a su paso por la atmósfera resulta afectada por diversos factores: nubosidad, latitud, humedad, concentración, de smog entre otros. El medio acuático recibe menor cantidad de luz en todos sus niveles como producto de fenómenos de reflexión, dispersión y absorción que afectan la zona eufotica. Se cita que la penetración máxima de luz apropiada para productores fotosintéticos marinos es de 200m.

Efectos biológicos de la luz
Uno de los efectos más importantes de la luz es la producción de la clorofila, realizada por los organismos fotosintéticos terrestres y marinos. El color de la piel de algunos animales puede estar directamente influido por la luz o por uno de sus efectos: la temperatura. U efecto sumamente conocido en cuanto a la periodicidad luminosa, es el que se refiere a ciertas etapas de la fotosíntesis que solo se desarrollan en presencia de la luz. En los animales los tactismos son respuestas diferenciales a los niveles de luz. Este tipo de respuestas les permite tornarse más activos en presencia de luz y reducir sus acciones en la oscuridad o a la inversa.

La Temperatura
Las zonas de temperatura mas baja, son aquellas donde se recibe menor irradiación solar anual; este es el caso de los polos norte y sur, donde los veranos tienen menor irradiación. Para resistir temperaturas extremas los organismos desarrollan adaptaciones morfológicas y fisiológicas. En general el aumento de la temperatura acelera los procesos fisiológicos por ejemplo, el movimiento, la actividad metabólica, la actividad reproductiva, el consumo de oxigeno, etc. Los organismos tienen un límite de resistencia al incremento de temperatura. Cuando se rebasa ese límite, los vegetales tienden a cerrar estomas, para impedir la transpiración.

Temperatura, clima y vientos
La cantidad de energía solar y la forma en que este incide sobre la superficie terrestre influyen sobre la temperatura de cada zona geográfica mientras que las variaciones de temperatura en la superficie del planeta y los movimientos de rotación y traslación de este condicionan el patrón de corrientes de aire (vientos). Los vientos son los responsables de las precipitaciones pluviales en el planeta que junto con los efectos de altitud, latitud y efectos geológicos debido a la presencia de montañas, ocasionan la diversidad de climas.LA temperatura es un factor que limita la distribución de las especies, actúa sobre cualquier etapa del ciclo vital y afecta las funciones de supervivencia, reproducción y desarrollo.

Altitud y latitud y su relación con la temperatura
Los aumentos progresivos de latitud y altitud causan efectos térmicos similares, ya que la temperatura media de la atmósfera disminuye. Las variaciones de latitud y altitud determinan cambios térmicos afectando la distribución de los seres vivos, los que presentan formas de dispersión paralelas si trata del aumento de laitud o altitud.
Atmósfera y presión atmosférica.Agua y presión acuática
La presión atmosférica presenta efectos distintos en el aire cada vez que se descienden 300m la presión baja 24mm de mercurio; mientras que en el mar, cada vez que se descienden 10m, la presión acuática asciende en 760mm de mercurio; a 900m de profundidad la presión alcanza valores de varios miles de toneladas fuerza/m2. Estas variaciones condicionan en gran medida los patrones de distribución característicos de los seres vivos en ambos medios.

Factores Químicos

El sustrato
Es la superficie por la cual se establecen los seres vivos y en la que llevan acabo varias funciones. Este tiene importantes efectos mecánicos sobre los organismos que viven sobre o dentro del son de mayor relevancia sus aspectos químicos, sobre todo como fuente de minerales y nutrientes para los organismos fotosintéticos.

El suelo
Tiene su origen en la erosión de las rocas causada por el agua, el viento, las raíces de los árboles, etc.; y contiene todos los materiales orgánicos, minerales, agua y oxigeno que requieren los seres vivos. Además de su composición, factores como la profundidad, la inclinación, y la granulometría juegan un papel muy importante sobre el tipo de seres vivos que pueden vivir sobre o dentro del suelo.

El oxigeno y el dióxido de carbono
Dos sustancias que tienen gran importancia son el oxigeno y el dióxido de carbono debido a su relación con los procesos respiratorios y fotosintéticos. Mediante la respiración, los organismos aerobios utilizan oxigeno para obtener energía de los carbohidratos y desechan dióxido de carbono. En la fotosíntesis los organismos fotosintéticos son capaces de elaborar carbohidratos a partir de dióxido de carbono, en este proceso se elimina oxigeno.

Disponibilidad de oxigeno en el ambiente
En los ambientes terrestres se dispone de una cantidad uniforme y adecuada de oxigeno; este se consume en la respiración aerobia, se reintegra después de un rompimiento de la molécula de agua se presenta en la fotosíntesis, regenerándose así el nivel de oxigeno presente en la naturaleza.

El oxigeno en el medio acuático
La principal fuente de oxigeno es la fotosíntesis que puede liberarse en el ambiente acuático por las reacciones de los organismos fotosintéticos. El oxigeno del agua se puede consumir tanto por la respiración de todos los seres acuáticos como por la descomposición de los materiales que se encuentran en ella.

Factores bióticos
Las relaciones entre los seres vivos constituyen los principales factores bióticos. Los individuos tanto si pers isten a la misma especie como a especies diferentes, ejercen entre si una serie de influencias. A estas influencias cuando ocurren entre individuos de una misma especie se les denomina factores intraespecificos y cuando se dan entre dos o mas especies diferentes se les nombra factores ínter específico.

Estudia la relación entre el ser humano y su medio, la Tierra, un gran almacén que proporciona recursos materiales de todo tipo: agua, oxigeno, minerales, madera,alimentos, todo cuanto es preciso para vivir. La ecología investiga como los animales, las plantas  y otros organismos vivientes sobreviven juntos.