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Influencia recíproca (feedback) entre la mineralización del carbono bentónico y la estructura de la comunidad. Basado en el artículo de:. Daniel Duplisea Ecological Modelling, 110,19-43 -1998-. Índice. INTRODUCCIÓN ESTRUCTURA DEL MODELO -Carbono -Sulfuro -Feedback positivos

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  1. Influencia recíproca (feedback) entre la mineralización del carbono bentónico y la estructura de la comunidad Basado en el artículo de: Daniel Duplisea Ecological Modelling, 110,19-43 -1998-

  2. Índice • INTRODUCCIÓN • ESTRUCTURA DEL MODELO -Carbono -Sulfuro -Feedback positivos -Bacterias -Meiofauna -Macrofauna • ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD • SIMULACIONES • CONCLUSIONES

  3. INTRODUCCIÓN 1- Descripción del sistema: • Comunidad bentónica, animal, marina, costera y de clima templado. • Medio ambientede sedimentación química a costa de esta comunidad. -Feedback-

  4. ¿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.

  5. ¿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 C oxig NO3- C anox Mn+2 Fe+3 SO4-2 FERMENTACIÓN

  6. Interrelación entre las capas • La función de una capa es esencial para la otra.  • Grandes metazoos mezclan las capas. • Relaciones tróficas entre ellos.

  7. ESTRUCTURA DEL MODELO ARBA MACRO • Tipo de comunidad bentónica FABA OC MEIO ANBA AOC SUL Para aerób

  8. CARBONO • OC Carbono oxigénico o C de superficie compuesto por partículas detríticas. O O O O OC MACR MEIO ARBA FABA RIP Hacia AOC por interconversión

  9. AOC Carbono anoxigénico. Compartimento profundo de C que es reserva de alimento para anaerobios. O O AOC ANBA FABA RIP Enterramiento de C Hacia OC por interconversión

  10. 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- ANBA SUL Aerobias Por reacción química con el O2 Enterramiento de SUL Oxidación

  11. Dos feedback positivos • Acumulación de sulfuro • Bioturbación ACUMULACIÓN DE SULFURO ANBA SUL Aerobios + RIP OC AOC sedimentación O2 limitado

  12. BIOTURBACIÓN • Proceso en relación a la oxigenación de los sedimentos. MACRO Agitación de capas + + Organismos aerobios OC SUL

  13. Cuantificadores en los procesos de feedback • Usaremos dos parámetros, que son B y T. Toxicidad(T)= cTox. Log (SUL+1) Influye en: RIPaerobios Interconversión de C Bioturbación(B)= cBt. Log (MACR+1) Influye en: Interconversión de C

  14. CARBONO

  15. 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 AOCOC T Relación directa para el paso OCAOC

  16. SULFURO

  17. BACTERIAS • ARBA  Bacterias aerobias obligadas que reducen O2 • FABA Bacterias facultativas. Pueden oxidar C oxigénica o anoxigénicamente (respirando NO3-2) • ANBABacterias anaerobias obligadas que reducen SO4-2 Respiración OC y/o AOC BACTERIAS Muerte Natural Depredación

  18. 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 Respiración Muerte Natural Depredación Alimentación EJEMPLO EXCLUSIVO PARA ANAEROBIAS AnBa(t) = AnBa(t - dt) + AOC*(1/AnBaTo)*T*(1(AnBa/(AOC)))- AnBa*AnBaTasaResp- AnBa*(1/AnBaTo) - MeioPredAnBa* dt 34

  19. 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

  20. Bacterias aerobias

  21. Bacterias facultativas

  22. Bacterias anaerobias

  23. MEIOFAUNA • Organismos con un tamaño entre 5-500 m. • Forman parte de la fauna aeróbica. Respiración Muerte Natural Bacterias OC MEIOFAUNA Depredación HECES

  24. 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 AlimentaciónRespiraciónMuerteHeces Depred Pij=Preferencia sobre la presa Ij= Ingestión específica Fij= Parámetro relacionado con la biomasa de la presa (contiene otros parámetros que omito!!!) ij=Eficiencia de asimilación cE= Término de competencia intraespecífica Hj=Tasa producción de heces

  25. Dos modificaciones a la ecuación: • Término logístico • Tasa de respiración dXj/dt = [Rj·Xj·Fij·ij]·[1-Xj/Kj]- Rj·Xj- Zj·Xj-Hj·Xi- Cjk AlimentaciónRespiraciónMuerteHecesDepredación 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.

  26. Macrofauna • Se trata de invertebrados de tamaño >500m, que también forman parte de la fauna aeróbica. Respiración Muerte Natural ARBA FABA MEIO OC MACROFAUNA Depredación Heces

  27. dXj/dt=[Rj·Xj·Fij·ij]·[1-Xj/Kj]- Rj·Xj- Zj·Xj-Hj·Xi- CjkAlimentaciónRespiraciónMuerteHeces Depredación

  28. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD MACR • 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 -FABAo MEIO BACT CO2

  29. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD

  30. SIMULACIONES • Dos tipos: • 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.

  31. Simulación anual Representación del régimen de entrada de C y la Tª a lo largo del año

  32. Representación de la biomasa de los tres sistemas orgánicos a lo largo del año

  33. Representación de productos consumidos y producidos a lo largo del año Consum total de O2 ProdCO2 Consum O2 por los organ Razón OC:AOC

  34. Simulación variando flujo de C  K  K Representación del crecimiento de los organismos

  35. 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+6O26CO2+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.

  36. Consum total de O2 ProdCO2 Consum O2 y prod CO2 por aerobios Razón OC:AOC Representación de productos producidos y consumidos con diferentes entradas de C

  37. Conclusiones • Sistema bentónico: SUL-OC-AOC ARBA -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

  38. 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 H2Screa 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.

  39. 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.

  40. ALGUNASPÁGINAS DE INTERÉS: iado.criba.edu.org/ecología.htm Química marina- ecología del zooplancton- dinámica biogeoquímica- microbiología marina. danival.org/micromar_madre_micromar.html Biotopo marino- microorganismos marinos- distribución de microorganismos en el mar- ciclos de materia en el mar- producción de materia orgánica. www.int-res.com Aquatic Microbial Ecology. Users.aber.ac.uk/lyt1/shallow_marine_sedimentation.htm

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