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El flujo de la energía en los ecosistemas

 

3.1. ESTRUCTURA TRÓFICA DE LOS ECOSISTEMAS: CADENAS Y REDES TRÓFICAS

 

            La materia y la energía circulan a través de la biosfera y los ecosistemas en forma de relaciones tróficas ("trofos" en griego significa "comer").

            Las relaciones tróficas se suelen representar mediante cadenas tróficas, donde cada organismo puede ser considerado como alimento de otros. En la representación gráfica de una cadena alimentaria o trófica la flecha indica el sentido en que se transfiere materia y energía de un sistema a otro.

            Las cadenas tróficas están formadas por varios eslabones o niveles tróficos. Son los siguientes:

 

 

1) Productores. Son organismos autótrofos capaces de captar y transformar la energía luminosa incidente en energía química mediante la fotosíntesis. Constituyen el primer nivel trófico.

 

CO2   +   H2O   —>       Materia orgánica  +   O2

 

La materia orgánica fabricada es utilizada por los propios organismos fotosintéticos para el mantenimiento de sus procesos vitales mediante la respiración que, tras ser utilizada en los procesos vitales, se transforma en calor.

 

Materia orgánica  +  O2   —>   CO2 + H2O + Energía

 

            La energía restante se acumula en las estructuras vivas, pudiendo ser transferida en forma de alimento a los seres heterótrofos.

2) Consumidores. Son organismos heterótrofos que se alimentan de otros seres vivos, animales o vegetales. Podemos distinguir varios niveles:

a) Consumidores primarios o herbívoros. Se alimentan directamente de los tejidos de los productores. Constituyen el segundo nivel trófico.

b) Consumidores secundarios o carnívoros. Se alimentan de los herbívoros y de sus parásitos. Constituyen el tercer nivel trófico.

c) Carnívoros finales. Se alimentan de los carnívoros y constituyen el cuarto nivel trófico.

d) Omnívoros. Son heterótrofos que se alimentan de más de un nivel trófico (productores y consumidores). Se trata de un mecanismo adaptativo que facilita la supervivencia. Como ejemplo podemos citar al ser humano.

e) Detritívoros. Consumen toda una serie de restos orgánicos (detritos), excrementos o cadáveres. En función del estado en que se encuentre la materia orgánica de la que se nutren, podemos clasificarlos en tres tipos:

 Carroñeros o necrófagos. Se alimentan de cadáveres recientes o poco descompuestos. Suelen actuar después de los carnívoros (buitres, hienas, larvas de insectos, córvidos...).

 Saprófagos. Se alimentan de restos de plantas o de cadáveres muy alterados (lombrices de tierra, larvas de escarabajos, ácaros,. . .).

 Coprófagos. Se alimentan de excrementos animales (escarabajos; conejos y liebres comen sus excrementos cuando contienen sustancias no digeridas).

3) Descomponedores. Son organismos capaces de transformar la materia orgánica en inorgánica (sales minerales), con lo que cierran el ciclo de la materia. La materia orgánica susceptible de ser degradada o descompuesta en materia inorgánica se denomina biodegradable.

            Los descomponedores se pueden dividir en dos grupos:

  Saprofitos. Son descomponedores heterótrofos fundamentalmente bacterias y hongos del suelo y bacterias en el agua. Estos efectúan una serie de transformaciones cuyo resultado final son moléculas sencillas, tanto orgánicas como inorgánicas.

  Mineralizadores. Son autótrofos quimiosintéticos. Obtienen la energía oxidando moléculas inorgánicas procedentes del metabolismo de otros organismos, que transforman en sales asimilables por los productores. Son las bacterias que cierran los ciclos de los ecosistemas.

            Las cadenas tróficas o alimentarias representan las transferencias lineales de energía en las que cada organismo es un eslabón. Distinguimos tres tipos:

    Cadenas de depredadores. (Productores àherbívoros à carnívoros).

   Cadenas de parásitos. En ellas el productor y el consumidor están parasitados.

  Cadenas de detritívoros. Comienzan en la materia orgánica muerta, continuando con diversos eslabones de microorganismos.

            Ya que, a medida que ascendemos a niveles superiores, las disponibilidades energéticas disminuyen, con frecuencia muchos animales utilizan más de una cadena para alimentarse. En la naturaleza no existen habitualmente cadenas tipo sino que un mismo productor puede ser el alimento de varios herbívoros, y estos ser la presa de diversos carnívoros, que a su vez podrán ser presas de otros. Estas conexiones entre cadenas alimentarias constituyen las redes tróficas que se rigen por la regla del 10 %.

 

 

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3.2.FLUJOS DE ENERGÍA ENTRE NIVELES TRÓFICOS

 

            El sentido de transferencia de energía en la cadena trófica es unidireccional y, por tanto, abierto.

 

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            De toda la energía que llega a la superficie terrestre procedente del Sol (47 %), solo el 0,2% es absorbida por las plantas verdes y algunas bacterias, y transformada en materia orgánica. Esta transformación es realizada por los autótrofos (productores), quienes transforman la energía química en materia orgánica (glúcidos, lípidos y proteínas) que ellos mismos fabrican a partir del agua, CO2 y sales minerales.

            Si representamos en un esquema no solo la energía sino también la materia, de ese esquema podemos deducir dos consecuencias:

a) El flujo de energía es unidireccional, acíclico y abierto. Esto es debido a las pérdidas que se van produciendo a lo largo de las cadenas tróficas (los seres vivos pierden energía en forma de calor). De aquí se deduce que, para que el ecosistema sea estable, es necesario un aporte exterior de energía procedente del Sol. Como resultado de esta disminución en el flujo de la energía, el número de eslabones tróficos ha de ser limitado (cinco como máximo).


b) El flujo de materia es cíclico y cerrado. Gracias a la actividad de los descomponedores, se transforma la materia orgánica (restos orgánicos) en materia inorgánica asimilable de nuevo por el ecosistema a través de los productores.

 

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            Suponiendo que el flujo solar sea constante, la cantidad de radiación solar que llega a la Tierra varía en función de la duración del día a causa de la rotación terrestre, la inclinación del eje de rotación y las estaciones del año debidas al movimiento de traslación alrededor del Sol.

            El objetivo fundamental de los ecosistemas, no es captar la máxima cantidad de energía, sino utilizar solamente la energía necesaria para el mantenimiento de la máxima cantidad de organismos que permiten el resto de los factores limitantes.

 

3.3 PIRÁMIDES TRÓFICAS

            Una pirámide trófica es una representación esquemática de las relaciones alimentarias que se establecen en un ecosistema. Cada uno de los escalones de la pirámide se corresponde con un nivel trófico. En la base se representan los productores; en el escalón más alto, los animales que no forman parte de la dieta de ningún otro. Todos los escalones tienen la misma altura y su anchura es proporcional al valor de la variable que se quiere representar.

 

3.3.1 TIPOS DE PIRÁMIDES TRÓFICAS

 

            Se pueden elaborar distintos tipos de pirámides tróficas en función de las variables que se utilicen: energía, biomasa, número de individuos, etc.

 

3.3.1.1 PIRÁMIDES DE ENERGÍA

 

             Las pirámides de energía son representaciones que muestran el flujo de energía de unos niveles a otros. En cada escalón se muestra la producción neta de cada nivel trófico expresada en unidades de producción.

             Como en el paso de un eslabón de la cadena trófica al siguiente la eficiencia es de aproximadamente el 10 %, las pirámides de energía nunca pueden ser invertidas, ya que la energía almacenada en un nivel siempre es superior a la que se almacena en el siguiente.

 

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3.3.1.2 PIRÁMIDES DE NÚMEROS

 

            Las pirámides de números representan el número de individuos que hay en cada nivel trófico. Se utilizan poco, ya que muestran una información muy fragmentaria de la estructura trófica del ecosistema.

 

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Pirámides de números

 

3.3.1.3 PIRÁMIDES DE BIOMASA

            Las pirámides de biomasa muestran la cantidad de biomasa en un momento de- terminado en una parte del ecosistema, pero en ellas no está representado el factor tiempo, no indican la producción ni la productividad.

 

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Pirámides de biomasa.

             En las pirámides de biomasa se pueden indicar los valores numéricos de cada nivel, y se pueden representar o grupos tróficos o una cadena trófica en concreto.

 

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3.4 EFICIENCIA ECOLÓGICA

            Es la cantidad de biomasa o energía que se transfiere de un nivel trófico al siguiente. La transferencia se produce cuando un ser vivo cede su materia orgánica a un depredador o un parásito. Este cociente entre salidas/entradas podemos expresarlo mediante la ecuación:

 

EFICIENCIA ECOLÓGICA = ENGORDE / ALIMENTO INGERIDO

 

 Eficiencia ecológica neta. El parámetro que se tiene en cuenta es la producción neta. Si se supone una producción neta en los autótrofos de 100 calorías, es de esperar una producción neta de 10 calorías al nivel de los herbívoros y únicamente de 1 caloría al nivel de los carnívoros.

 

Eficiencia ecológica = (PN del nivel n / PN del nivel n-1) x 100

 Eficiencia ecológica bruta. El parámetro utilizado es la producción bruta.

 

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            Desde el punto de vista del aprovechamiento energético, teniendo en cuenta la regla del 10 %, es más eficiente una alimentación a partir del primer nivel ya que se aprovecha más la energía y, por tanto, se podrá alimentar mayor número de individuos.

            REGLA DEL 10 %. La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10 % de la acumulada en él. Quiere esto indicar que de la energía disponible en un determinado nivel trófico, solo el 10 % es utilizada en la síntesis de nueva materia orgánica en el nivel siguiente. El resto (90 %) se consume en respiración, reproducción y excreción. El flujo de energía que atraviesa el ecosistema se divide por diez en cada paso. Esta energía se pierde en forma de calor y deja de ser utilizable. Por tanto, a mayor número de niveles tróficos en una red trófica, mayor es la pérdida de energía.

            Debido a ello, un herbívoro debe ingerir alrededor de 10 Kcal de energía de origen fotosintético para formar 1 Kcal de energía disponible para los carnívoros. De ahí la diferencia entre alimentarse de productores o de consumidores. Estas pérdidas que se producen en cada intercambio son el motivo por el que las cadenas tróficas tienen como máximo 5 niveles tróficos.