Influencia recíproca (feedback) entre la mineralización del carbono bentónico y la estructura de...
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Influencia recíproca Influencia recíproca (feedback) entre la (feedback) entre la
mineralización del carbono mineralización del carbono bentónico y la estructura de bentónico y la estructura de
la comunidadla comunidad
Basado en el artículo de:
Daniel DupliseaEcological Modelling, 110,19-43
-1998-
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Índice• INTRODUCCIÓN• ESTRUCTURA DEL MODELO
-Carbono-Sulfuro-Feedback positivos-Bacterias-Meiofauna-Macrofauna
• ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD• SIMULACIONES• CONCLUSIONES
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INTRODUCCIÓN
1- Descripción del sistema:• Comunidad bentónica,
animal, marina, costera y de clima templado.
• Medio ambiente de sedimentación química a costa de esta comunidad.
-Feedback-
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¿Qué es un sistema bentónico?
• Está en relación a seres y procesos que habitualmente se desarrollan en el fondo del mar.
• Características similares a sistemas terrestres.
- Permanente estructura química.- Superficies duras.- Organismos sedentarios.- Capacidad de almacenamiento
químico.
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¿En qué consiste la sedimentación?
• Proceso de acumulación de los productos y desechos metabólicos en cada zona química, constituyendo un perfil de estratos caracterizado por los organismos presentes.
O2
NO3-
Mn+2
Fe+3
SO4-2
FERMENTACIÓN
C oxig
C anox
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Interrelación entre las capas• La función de una
capa es esencial para la otra.
• Grandes metazoos mezclan las capas.
• Relaciones tróficas entre ellos.
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ESTRUCTURA DEL MODELO
1. Tipo de comunidad bentónica
OC
AOC
SUL
ANBA
FABA
ARBA
MEIO
MACRO
Para aerób
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CARBONO• OC Carbono oxigénico o C de
superficie compuesto por partículas detríticas.
O O O OOC
RIP
Hacia AOC por interconversión
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• AOC Carbono anoxigénico. Compartimento profundo de C que es reserva de alimento para anaerobios.
O OAOC
RIP Enterramiento de CHacia OC por
interconversión
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SULFURO
• SUL Sulfuro resultante de las rutas de oxidación anaeróbica obtenido a partir de SO4
-2, según la reacción 5H2 + 2SO4-2
2H2S + 2H2O + 2OH-
SULANBA Aerobias
Enterramiento de SUL Oxidación
Por reacción química
con el O2
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Dos feedback positivos1. Acumulación de sulfuro2. Bioturbación
ANBA SUL Aerobios
RIPsedimentación
OCO2 limitado
AOC
+
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• Proceso en relación a la oxigenación de los sedimentos.
MACRO Agitación de capas
OC
SUL
Organismos aerobios
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Cuantificadores en los procesos de feedback
• Usaremos dos parámetros, que son B y T.
Toxicidad(T)= cTox. Log (SUL+1)Influye en:
RIP aerobios Interconversión de C
Interconversión de C
Bioturbación(B)= cBt. Log (MACR+1) Influye en:
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~
Surface production
AOC
OCtoAOC
Sedimentation
CarbonBurial
CBurialRate
pollution
OC
?
MaNatMort
?
MePredOC
BacterialAOCConsumption
?
MeNatMort
FaunalOCConsump
Productivity MultiplierSurface Input
?
MaPredOC
Day
FBaPredAOCAnBaPredAOC
AOCtoOC
ArBaPredOC
FBaPredOC
?
Toxicity
?~
MaBioturbation
ArBaMort
FBaMort
AnBaMort
MaFaeces
MeFaeces
CARBONO
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Interconversión• El intercambio entre los dos compartimentos se
haya como un simple intercambio proporcional en que influye B y T
Cij = Ki ·CEij .B .T
Cij Movimiento de C de un compartimento a otro (ML-2·T-
1)Ki Cantidad de C en i (ML-2)
CEij Tasa intercambio (T-1)B Relación directa para el paso AOCOCT Relación directa para el paso OCAOC
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?
Sulphide Burial
?
Toxicity H2SUncoverRate
SUL
H2SInput
?
H2S Oxidation
?~
MaBioturbation
SulphideBurialRate
CoeffToxicity
AnBaResp
SULFURO
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BACTERIAS
• ARBA Bacterias aerobias obligadas que reducen O2
• FABA Bacterias facultativas. Pueden oxidar C oxigénica o anoxigénicamente (respirando NO3
-2)• ANBABacterias anaerobias obligadas que reducen
SO4-2
OC y/o AOC BACTERIAS
Respiración
Muerte Natural
Depredación
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• El crecimiento de cada población bacteriana se modeló como una simple respuesta numérica logística tipo Leslie donde la K es igual a la abundancia de recurso de alimento (Xi).
dXj/dt = Xi·1/oj·T·(1-Xj/Xi) - Rj·Xj- Zj·Xj- Cj
Alimentación Respiración
MuerteNatural
Depredación
34
EJEMPLO EXCLUSIVO PARA ANAEROBIASAnBa(t) = AnBa(t - dt) + AOC*(1/AnBaTo)*T*(1(AnBa/(AOC)))- AnBa*AnBaTasaResp- AnBa*(1/AnBaTo) - MeioPredAnBa* dt
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Algunos parámetros a tener en cuenta
oj (AnBaTo) Es el tiempo de renovación. Se define como BIOMASA/PRODUCCIÓN (t)
Afecta a todos los procesos biológicos de la bacteria.
Rj (AnBaTasaResp) Tasa de respiración. Dependiente del tiempo de renovación y la Tª.
TR Tasa de resistencia a toxicidad. T se tiene en cuenta si T/TR>1
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Bacterias aerobias
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Bacterias facultativas
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Bacterias anaerobias
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MEIOFAUNA
• Organismos con un tamaño entre 5-500 m.• Forman parte de la fauna aeróbica.
BacteriasOC MEIOFAUNA
Respiración
Muerte Natural
Depredación
HECES
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ECUACIÓN DE WEIGERT !!!!!• Es una ecuación usada por Pace et al. (1984) y Chardy y Dauvin
(1992) con múltiples variables.• Determina el crecimiento de MACR y MEIO
dXj/dt = [Pij·Ij·Xj·Fij·ij]·cE- Rj·Xj- Zj·Xj-Hj·Xi- Cjk
Alimentación Respiración Muerte Heces Depred
Pij=Preferencia sobre la presaIj= Ingestión específica Fij= Parámetro relacionado con la biomasa de la presa (contiene
otros parámetros que omito!!!) ij= Eficiencia de asimilacióncE= Término de competencia intraespecíficaHj=Tasa producción de heces
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• Dos modificaciones a la ecuación:Término logísticoTasa de respiración
dXj/dt = [Rj·Xj·Fij·ij]·[1-Xj/Kj]- Rj·Xj- Zj·Xj-Hj·Xi- Cjk
Alimentación Respiración Muerte
HecesDepredación
Rj= Se introdujo como una forma de reducir la parametrización del modelo.
-Es proporcional a la ingestión.-Al ser dependiente de la Tª permite variaciones
estacionales.
Kj (capacidad portadora)= Forma parte de un término logístico que estabiliza el modelo, independientemente del lugar.
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MeTasaResp
Factor Tª
MEIOMePredComida
MeTo
?
MePredArBa
?
MeMort
MeTasaMort ?
Toxicidad
PredMe
ArBa FBaOC
?
MacrPredMe
MeTasaResp
?
MeResp
MeToxResis
AnBa
?
MePredFBa
?
MePredOC
?
MeioPredAnBa
MeHeces
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Macrofauna
• Se trata de invertebrados de tamaño >500m, que también forman parte de la fauna aeróbica.
ARBAFABAMEIO
OC
MACROFAUNA
Respiración
Muerte Natural
Depredación
Heces
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dXj/dt = [R[Rjj·X·Xjj·F·Fijij··ijij]·[1-X]·[1-Xjj/K/Kjj]]- - RRjj·X·Xjj- - ZZjj·X·Xjj--HHjj·X·Xii- - CCjkjk
AlimentaciónAlimentación RespiraciónRespiración MuerteMuerte Heces Heces DepredaciónDepredación
MEIO
MACR
?
MaPredMe
MaTo
?
MAcrMortDepr
MaTasaMortPorPeces
?
MaPredArBa
?
MaMort
MaTasaMort
Factor Tª
?
MaPredOC
?~
MaBioturbación
?
Toxicidad
OC
ArBa
MaToxResis
?
MaResp
MaTasaResp
MaHeces
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ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD• Consiste en la modificación (±10%) de
determinados parámetros de un sistema y la observación de los efectos globales a los que da lugar.
-cTox
-cBt
-TRMACR
-TRMEIO
-FABAo
MACR
MEIO
CO2
BACT
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ANÁLISIS DE SENSIBILIDADANÁLISIS DE SENSIBILIDAD
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SIMULACIONES• Dos tipos:
1. Simulación anual incorporando un régimen estacional de entrada de C y cambios en la Tª de un sistema de clima templado.
2. Estacionalidad excluida, representando diferentes valores de entrada de C.
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Simulación anual
Representación del régimen de entrada de C y la Tª a lo largo del año
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Representación de la biomasa de los tres sistemas orgánicos a lo largo del año
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Representación de productos consumidos y producidos a lo largo del año
ProdCO2
RazónOC:AOC
Consum total de
O2
Consum O2 por
los organ
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Simulación variando flujo de C
Representación del crecimiento de los organismos
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Mineralización del C• El C mineralizado se contabiliza como el CO2
producido.
• La producción de CO2 por los aerobios es igual a su O2 consumido (C6H12O6+6O26CO2+6H2O)
• El CO2 producido (mineralización) por los anaerobios es el total – CO2 producido por aerobios.
• Con altas entradas de C, predominan sobre todo organismos y procesos anaeróbicos.
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Representación de productos producidos y consumidos con diferentes entradas de C
RazónOC:AOC
Consum O2 y prod CO2 por aerobios
Consum total de
O2
ProdCO2
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Conclusiones• Sistema bentónico: SUL-OC-AOCARBA -FABA -ANBA-MEIO-MACR
• OC:AOC es mayor cuando la sedimentación, porque AOC.
Respuesta de la biomasa a la entrada de C y Tª.
• El crecimiento exponencial de bacterias con C es debido sobre todo al crecimiento de anaerobias.
• MACR y MEIO presentan crecimiento logístico (asintótico) con un K que podría deberse a la limitación de O2
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• Importancia de la mineralización por respiración anaerobia.
• La bioturbación (agitación de capas) la penetración de O2 en los sedimentos y se favorecen los organismos aerobios.
• El H2S crea un ambiente tóxico para aerobios, que favorece a anaerobios.
• La oxidación del H2S evita su toxicidad. A altos niveles de C, el oxígeno se dedica a esta oxidación.
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Finalidad del modelo Es un intento por matematizar los
mecanismos controladores de la estructura de una comunidad bentónica, con un fuerte énfasis en cualidades reales del sistema.
BIBLIOGRAFÍA ÚTIL:
-Atlas,R ; Bartha,R. Ecología Microbiana y Microbiología Ambiental. Adison Wesley,2001.
-Anikouchine,W.A. y Sternberg, R.W. The World Ocean. Prentice Hall, 1973.
-Sieburch, J.M. Sea Microbes. Oxford University Press, 1979.
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ALGUNAS PÁGINAS DE INTERÉS:
iado.criba.edu.org/ecología.htmQuímica marina- ecología del zooplancton- dinámica
biogeoquímica- microbiología marina.
danival.org/micromar_madre_micromar.htmlBiotopo marino- microorganismos marinos- distribución de
microorganismos en el mar- ciclos de materia en el mar- producción de materia orgánica.
www.int-res.comAquatic Microbial Ecology.
Users.aber.ac.uk/lyt1/shallow_marine_sedimentation.htm