36 - Guía Flujo de energía y materia en los ecosistemas - Camila Mella (3)

Vista previa del material en texto

ECOLOGÍA: Flujo de energía y materia en los ecosistemas
APRENDIZAJES ESPERADOS: Describen las características de los componentes de un ecosistema
INTRODUCCIÓN
La ecología se ocupa del estudio científico de las interrelaciones entre los organismos y sus ambientes, y por lo tanto de los factores físicos y biológicos que influyen en estas relaciones. Pero las relaciones entre los organismos y sus ambientes no son sino el resultado de la selección natural, de lo cual se desprende que todos los fenómenos ecológicos tienen una explicación evolutiva.
Quien popularizó el término “ecología” fue el naturalista alemán Ernst Haeckel quien la define como “el estudio de las interacciones de los organismos con su ambiente físico y entre si, y los resultados de estas interacciones”.
Los grupos de organismos pueden estar asociados en tres niveles de organización ecológica:
Poblaciones, comunidades y ecosistemas (Figura 1).
Podemos afirmar entonces que el principal objeto de estudio en ecología son los ecosistemas. Un ecosistema está formado por sus comunidades (biocenosis) y el lugar que ocupan (biotopo), donde las especies pueden establecer relaciones de dependencia entre ellas y con el ambiente.
En el concepto de ecosistema, los componentes físicos y biológicos del ambiente constituyen un único sistema interactivo. Al igual que la comunidad biótica, el ecosistema representa un concepto espacial, tiene líimites definidos.
Algunos componentes abióticos o biotopo son:
· Temperatura
· Humedad
· Radiación
· Humedad ambiental
· Presión atmosférica
· Sustancias orgánicas e inorgánicas
· Precipitaciones
· Incluye los ciclos biogeoquímicos
Los componentes bióticos y biocenosis son:
· Productores
· Consumidores
· Descomponedores
· Incluye a las redes o tramas tróficas
1. Componentes básicos de los ecosistemas
Utilizando los términos más sencillos, tanto los terrestres como los acuáticos, constan de tres componentes básicos.
1. Los organismos productores (autótrofos). Son las plantas verdes, fitoplancton y las cianobacterias. Estos organismos utilizan la energía del sol en la fotosíntesis para transformar los compuestos inorgánicos en compuestos orgánicos simples.
2. Los consumidores (heterótrofos). Utilizan los compuestos orgánicos producidos por los autótrofos como fuente de alimento. Con el tiempo, a través de la descomposición, los heterótorfos transforman estos compuestos orgánicos complejos en compuestos inorgánicos simples que son utilizados de nuevo por los productores. 
El componente heterotrófico del ecosistema se subdivide a menudo en dos subsistemas, consumidores y descomponedores. Los consumidores se alimentan en gran medida de tejido vivo, y los descomponedores disgregan la materia muerta transformándola en sustancias inorgánicas. No importa como los clasifiquemos, todos los organismos heterótrofos son consumidores, y todos de alguna manera actúan como descomponedores.
3. La materia abiótica. Está constituida por el suelo, los sedimentos, la materia particulada, la materia orgánica disuelta en los ecosistemas acuáticos, y los detritus en los ecosistemas terrestres. Toda la materia orgánica muerta deriva de restos de consumidores y plantas, y sobre ella actúan los descomponedores. Esta materia orgánica muerta es crítica para el reciclado interno de nutrientes en el ecosistema.
La fuerza motora del sistema es la energía del Sol. Esta energía, utilizada por los productores fluye desde los productores a los consumidores y a los descomponedores, y finalmente se disipa en forma de calor.
2. Circulación de la materia y flujo de energía en el ecosistema
Todo flujo de energía y circulación de la materia comienza con la incorporación de moléculas inorgánicas al ecosistema por los autótrofos, que son los seres vivos capaces de elaborar o sintetizar sus propios nutrientes, a través de la fotosíntesis o quimiosíntesis.
El flujo de la energía en las cadenas alimentarias es abierta, ya que en cada eslabón se disipa al ambiente producto de la pérdida de calor y gasto energético propio de los seres vivos que lo componen. Por lo que, y debe existir un constante ingreso de esta al ecosistema.
El esquema representa el flujo de la ENERGÏA
El esquema representa el flujo de la MATERIA
Mientras que el flujo de la materia es cerrado, ya que se recicla constantemente, y no se “pierde” en ningún eslabón
La representación del flujo de la materia y la energía está dada por las relaciones tróficas que se producen entre los seres vivos que forman una red o trama alimentaria.
Una red está formada por varias cadenas alimentarias. En una cadena alimentaria se observa una simplificación de la realidad o, mejor dicho, una abstracción, ya que un productor no está disponible exclusivamente para un herbívoro, ni la dieta de un consumidor está constituida solo por un tipo de alimento. En realidad, las relaciones en la comunidad están dadas por numerosas cadenas que se entrecruzan en complejas interrelaciones, formando la trama trófica.
Este esquema representa una CADENA ALIMENTARIA
El esquema muestra flujo de energía en los ecosistemas es a través de la cadena trófica (también denominada cadena alimenticia), a través de la cual circula la energía y los materiales entre los diferentes niveles tróficos. El nivel trófico es el compartimiento que agrupa organismos que se alimentan de manera similar. Los del nivel productor son todos autótrofos, mientras los consumidores son heterótrofos. De estos últimos se distingue el nivel consumidor I (herbívoro, presa), el nivel consumidor II (carnívoro, predador), el nivel consumidor III (carnívoro, depredador), el nivel consumidor IV (detritívoro, carroñero) y el nivel de descomponedores. Así, en cada nivel trófico, una parte importante de la energía recibida se disipa en diferentes procesos físicos, químicos y como calor.
Un ejemplo sería el siguiente:
Ahora observamos la misma cadena alimentaria inserta en una trama trófica
Actividad: Encierra con diferentes colores las cadenas alimentarias que componen la trama anterior. Completa el recuadro con algunas de ellas.
NIVELES TRÓFICOS
1° Nivel trófico: Productores (organismos autótrofos), son los encargados de ingresar la energía al ecosistema. Transforman la energía del ambiente y la transforman en energía química.
Organismos pertenecientes al reino vegetal, algunos protozoos (Ejemplo: euglenas), cianobacterias y bacterias quimiositetizadoras.
2° Nivel trófico: Consumidores primarios (organismos heterótrofos), se alimentan del productor, por lo tanto, es herbívoro.
Ejemplos: ______VACA__________________
3° Nivel trófico: Consumidores secundarios (organismos heterótrofos), se alimentan del consumidor primario, por lo tanto es carnívoro.
Ejemplos: ___ZORRO_____________________
4° Nivel trófico: Consumidores terciarios (organismos heterótrofos), se alimenta del consumidor secundario, por lo tanto es carnívoro.
Ejemplos: ___PUMA____________________
Otro nivel trófico son descomponedores, que se sustentan de despojos o desechos que no sol utilizados por animales, permitiendo que algunos elementos químicos de la materia orgánica vuelvan al ecosistema.
Generalmente actúan en todos niveles trófico y se consideran consumidores; e incluso un nivel trófico más.
Comprende a hongos y bacterias
*Los grandes animales cazadores que consumen incluso a otros depredadores, se denominan superdepredadores o consumidores cuatrenarios.
*Si los organismos se alimentan tanto de productores como de consumidores, se denominan omnívoros, porque son consumidores que se alimentan de organismos pertenecientes a más de un nivel.
Ejemplos: _________________________
Las cadenas tróficas no tienen más de 4 o 5 niveles tróficos debido a que un alto porcentaje de la energía que reciben los organismos se emplean en los procesos vitales y se libera al ambiente en forma de calor y solo un 10% de la energía, aproximadamente, es transferida a los siguientes niveles (Ley del 10%)
Detritívoros: (también llamados saprófagos) son organismos que se alimentande los desechos o detritos, de una comunidad (hojas, ramas y troncos de árboles muertos, heces fecales, exoesqueletos, etc.) incluyen a animales como buitres, el cóndor, los cangrejos, las lombrices de tierra, cochinillas de tierra, etc.
· Los detritívoros NO transforman la materia orgánica en inorgánica, por lo que no son considerados descomponedores
· Tampoco son depredadores porque esperan que su presa esté muerta
· Se pueden considera consumidores que utilizan presas muertas en lugar de vivas
Ejemplo de una trama trófica terrestre
Ejemplo de una trama trófica marina
3. Productividad
A) Producción primaria bruta. Es una medida de la energía solar total asimilada, por lo tanto, es equivalente a la fotosíntesis total
B) Producción primaria neta. Es la energía que permanece como materia orgánica almacenada (disponible para los heterótrofos) después de restar, a la producción primaria bruta, la energía que se gasta en reproducción y mantención (metabolismo)
La productividad primaria neta (PPN) es igual a la diferencia entre la productividad primaria bruta (PPB) y R, dónde R es la suma de las energías utilizadas en la reproducción y la mantención del organismo
C) Producción secundaria. Es la acumulación de energía por los organismos consumidores. Ésta depende de la eficiencia del proceso digestivo, del tipo de herbívoros, etc. Una vez que el herbívoro consume una planta, hay una gran cantidad de material que pasa por su cuerpo pero que no se asimila y que se elimina; de lo que asimila, debe destinar una porción a mantención y a reproducción. Solo de esto puede después formar nuevos tejidos (biomasa), crecer, depositar grasa, etc. Que es lo que quedará disponible al consumidor que se coma al herbívoro. En promedio, solo un 10% de la biomasa del primer nivel trófico se transforma en biomasa del segundo nivel. Uno de los factores que limitan la producción secundaria son las características metabólicas del consumidor.
Regla del 10%: No es ley porque no siempre se cumple exacto. Es aproximado
Es importante destacar que en el esquema de una trama trófica, el sentido de las flechas no indica quién se come a quién, sino más bien, hacía dónde fluye la energía. Por concepto de fotosíntesis, los productores solo pueden aprovechar y almacenar el 1% de la energía solar disponible (Producción Primaria Neta: PPN); alrededor del 98-99% se “pierde”. Del total almacenado, cerca del 90% se una en respiración y reproducción, mientras que solo el 10% queda disponible para ser transferido a los siguientes niveles tróficos. Es precisamente esta “ineficiencia” en el flujo energético de la comunidad lo que limita la cantidad de eslabones que posee una determinada red trófica.
ACTIVIDAD
1. El siguiente esquema muestra una red trófica
A) ¿Cuántos y que tipos de niveles trófico posee?
B) Si tomamos en cuenta el sentido de la transferencia de energía, ¿Qué factor disminuye y cuál aumenta?
C) ¿Por qué las aves, de la red trófica estudiada, son omnívoros?
¿Cómo se nutres los organismos?
Los quimioautótrofos. Organismos que utilizan CO2 como fuente de carbono y obtienen energía oxidando las sustancias inorgánicas de su medio ambiente, forma moléculas ricas en energía como glucosa y otras moléculas orgánicas
Los fotoautótrofos. Organismos que obtienen de la luz y carbono del CO2 haciendo la fotosíntesis
Los quimioheterótrofos. Organismos que deben obtener tanto el carbono como la energía de sustancias orgánicas
Los fotoheterótrofos. Organismos que obtienen energía de la luz, pero deben obtener su carbono de compuestos orgánicos elaborados por otros organismos. 
Utilizan compuestos como carbohidratos, ácidos grasos y alcoholes como “alimento” orgánico. 
Porcentaje de la radiación solar que es aprovechada por la fotosíntesis
La abundancia de seres vivos en el planeta podría llevar a pensar que la mayor parte de la energía que proviene del Sol se aprovecha para generar para generar vida, sin embargo no es así. Más de la mitad de la radiación solar no llega al suelo, pues aproximadamente el 35% de ella es reflejada por las nubes y por el polvo, y casi el 20% es absorbida por el vapor de agua y otras moléculas atmosféricas. De toda la energía solar que logra llegar hasta la superficie del planeta apenas entre el 1% y el 2% es aprovechada para la fotosíntesis. Es decir, que con alrededor del 1% de toda la energía que provee el Sol la vida abunda en el planeta.
La energía lumínica captada por las algas, plantas y bacterias fotosintetizadoras se utiliza en la producción de sustancias orgánicas; en ellas, la energía queda almacenada en forma química.
Al consumir organismos productores primarios aprovechan la energía contenida en las moléculas orgánicas ingeridas, utilizándolas en sus procesos vitales y en la síntesis de sustancias orgánicas. A su vez, los consumidores secundarios al alimentarse de consumidores primarios se sirven de las sustancias de estos como fuente de materia prima y de energía para sus actividades, y así sucesivamente..
La transferencia de energía en la cadena alimentaria es unidireccional: tiene su inicio con la captación de energía luminosa por los productores y termina con la acción de los descomponedores. En cada uno de los niveles tróficos parte de la energía almacenada en las moléculas se emplea para la realización de trabajo y se libera en forma de calor, como se presenta en la siguiente imagen:
4. Pirámides ecológicas
Una pirámide es una representación gráfica del número, biomasa y contenido energético en los niveles tróficos de un ecosistema. Cada nivel trófico está representado por una capa o segmento en la pirámide, en cuya base se ubican los productores, luego los herbívoros y finalmente los carnívoros.
A. PIRÁMIDES DE ENERGÍA
La transferencia neta de energía entre los niveles tróficos tiene una eficiencia aproximada de 10%, transferencia poco eficiente que se le llama “ley del 10%”. Esto significa que la energía almacenada en los consumidores primarios; los herbívoros, corresponde solo al 10% de la energía almacenada en los productores. En otras palabras, por cada 100 calorías de energía solar captada por el pasto, solo 10 calorías se convierten en biomasa de herbívoros y solo 1 de los carnívoros. La pirámide de energía muestra la cantidad máxima de energía en su base y que va disminuyendo siguiendo la ley del 10% en los niveles superiores. Esto ocurre porque gran parte de la energía se invierte en metabolismo de los organismos de cada nivel y se mide como calorías invertidas en la respiración.
B. PIRÁMIDES DE BIOMASA
La siguiente figura presenta una pirámide de biomasa la cual adopta la forma de una pirámide estrecha, ya sean los productores grandes o pequeños. En la misma figura se presenta una pirámide de biomasa invertida, esto ocurre cuando los productores tienen una tasa de reproducción muy elevada, como es el caso del fitoplancton en ecosistemas oceánicos. La masa de fitoplancton observable en cada momento puede ser menor que la masa de zooplancton que se alimenta de ella. Esto porque la tasa de crecimiento de la población de fitoplancton es mucho más alta que la de la población de zooplancton. Por ello, una pequeña fitomasa de fitoplancton puede suministrar alimentos a una biomasa de zooplancton.
C. PIRÁMIDES DE NUMEROS
Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos determinan la estructura de un ecosistema en función a la cantidad de organismos y la cantidad de biomasa presente lo cual también puede ser mostrado en pirámides.
La siguiente figura presenta pirámides de números para un ecosistema de una pradera de gramíneas, plantas pequeñas que se requieren en gran cantidad para mantener a los consumidores primarios (herbívoros). Por el contrario, se presenta otra pirámide de número donde los productores primarios son grandes por ejemplo, un árbol, productor que puede mantener a muchos consumidores primarios.
MAGNIFICACIÓN BIOLÓGICA
La pirámide de biomasa sirve para explicar la magnificación biológica o la concentración en la cadenade alimentos de sustancias que una vez liberadas al ambiente, los organismos de niveles tróficos inferiores incorporan, pero que no metabolizan y que, por el contrario, se acumula en su tejido graso, cuando esos individuos sean consumidos por los del nivel trófico superior, esta sustancia pasará a formar parte de sus cuerpos, pero la determinada cantidad de sustancia ahora estará distribuida en una menor cantidad de biomasa total, estando más concentrada y pudiendo causar daño. Un ejemplo famosos en relación a este tema fue el uso de DDT, un pesticida (actualmente prohibido en la mayoría de los países), que causó la muerte de muchas aves, las que habían comido peces y éstos se habían alimentado de organismos varios que también lo habían ingerido.
ACTIVIDAD
A continuación se presenta una pirámide de biomasa y otra de energía
A) En los bosques, la mayoría de la biomasa está fijada como madera, ¿cómo afecta esta situación a una gran mayoría de herbívoros?
B) ¿Por qué la comunidad marina produce una pirámide de biomasa invertida?
C) ¿Por qué la pirámide de energía en el océano no es invertida?