El flujo de energía en los ecosistemas

El flujo de energía es unidireccional. La energía procedente del sol entra en el ecosistema y se transfiere entre los distintos organismos vivos. Estos la emplean para realizar sus funciones vitales y, después, no puede volver a utilizarse.

• Los organismos fotosintéticos obtienen la energía directamente del sol (energía lumínica).
• La energía química almacenada por las plantas pasa a los animales herbívoros.
• La energía química almacenada por los herbívoros pasa a los animales carnívoros.
• A partir de la energía química se produce la actividad metabólica necesaria para los procesos vitales.
• Los desechos, residuos y cadáveres de los diferentes organismos sirven como fuente de energía a bacterias y hongos, que los emplean para su metabolismo.
• La energía se va perdiendo (en forma de calor) en las actividades metabólicas, la respiración y la locomoción.

La materia en los ecosistemas

La materia que se encuentra en los ecosistemas está constituida por moléculas y estas, a su vez, por elementos químicos. Las moléculas se transforman unas en otras constantemente, pero los elementos químicos son siempre los mismos.

Además del oxígeno y el hidrógeno, los elementos químicos más importantes son el carbono, el nitrógeno, el fósforo y el azufre. Todos ellos se transfieren de forma cíclica entre los seres vivos, la atmósfera, la hidrosfera, el suelo, los minerales y las rocas, formando diferentes moléculas.

Se denominan ciclos biogeoquímicos a los movimientos de los elementos químicos en la naturaleza, en los que participan tanto la materia viva como la inerte.

Ciclo del Carbono (C)

• El CO₂ atmosférico es utilizado por los organismos autótrofos, como las plantas y las algas, para fabricar moléculas orgánicas por medio de la fotosíntesis.
• Los animales toman el carbono en forma de materia orgánica, que pasa de unos a otros.
• El carbono es devuelto a la atmósfera como CO₂ a través de la respiración de todos los seres vivos implicados en el ciclo.
• Los residuos de la materia orgánica en descomposición son utilizados por bacterias y hongos.
• Parte del carbono de los residuos orgánicos puede quedar inmovilizada durante millones de años en forma de combustibles fósiles (carbón y petróleo) o de rocas carbonatadas (caliza).

Ciclo del Nitrógeno (N)

• El nitrógeno atmosférico, aunque es muy abundante, no puede ser utilizado directamente por las plantas.
• Solo las bacterias fijadoras de nitrógeno son capaces de usarlo y transformarlo en nitratos asimilables por los vegetales.
• Los descomponedores convierten los compuestos nitrogenados de la materia orgánica en amonio, que posteriormente es transformado por las bacterias nitrificantes en moléculas asimilables por los organismos autótrofos.
• Los residuos de la materia orgánica son transformados por las bacterias nitrificantes en moléculas asimilables.
• Parte del nitrógeno es devuelto a la atmósfera gracias a la acción de las bacterias desnitrificantes.

Ciclo del Fósforo (P)

• El fósforo no forma compuestos volátiles, por lo que la atmósfera no participa en este ciclo.
• Los organismos autótrofos lo toman en forma de fosfatos procedentes de la meteorización de las rocas fosfatadas.
• La descomposición de la materia orgánica libera fosfatos que pueden ser utilizados directamente por las plantas o bien ser arrastrados hasta el mar.
• Los organismos marinos transfieren el fosfato entre ellos, y las aves marinas lo devuelven a la tierra a través de sus excrementos (guano).

Ciclo del Azufre (S)

• Los organismos autótrofos obtienen el azufre en forma de sulfatos.
• El azufre se incorpora a las moléculas orgánicas y es transferido a otros seres vivos.
• El azufre que contienen los restos orgánicos en descomposición es liberado en forma de H₂S y oxidado por las bacterias del azufre, que lo transforman de nuevo en sulfatos o lo expulsan a la atmósfera en forma de SO₂.
• También puede pasar a la atmósfera en forma de SO₂ a través de las erupciones volcánicas.
• El SO₂ atmosférico es devuelto a los ecosistemas mediante la precipitación.

Niveles Tróficos

Son organismos que obtienen materia y energía de la misma forma:

1. Productores: Producen materia orgánica a partir de materia inorgánica. Son autótrofos (fotosintéticos como las plantas y el fitoplancton).
2. Consumidores primarios: Se alimentan de productores. Son heterótrofos herbívoros (ej. zooplancton).
3. Consumidores secundarios: Se alimentan de los consumidores primarios. Son carnívoros.
4. Consumidores terciarios: Se alimentan de los consumidores secundarios. Son superdepredadores.
5. Descomponedores: Bacterias y hongos. Se alimentan de restos de seres vivos y convierten la materia orgánica en materia inorgánica.

Las Cadenas Tróficas

Es la representación unidireccional de la transferencia de materia y energía de unos organismos a otros.

Ejemplo: Perejil → Caracol → Gorrión

Cadenas tróficas de herbívoros: Empiezan por un productor seguido de un consumidor primario. Suelen tener entre 3 y 5 eslabones, ya que se producen pérdidas de energía en cada paso.

Las Redes Tróficas

Son varias cadenas tróficas interrelacionadas entre sí.

Productividad de los Ecosistemas

La biomasa es la cantidad de materia que constituye un organismo, una población, un nivel trófico o un ecosistema.

Producción

• La producción bruta (PB) es la cantidad total de materia orgánica generada por un nivel trófico en un tiempo determinado.
• La producción neta (PN) es la materia orgánica disponible para el siguiente nivel: PN = PB – R (donde R es la respiración).
• La producción neta de un nivel trófico se mide como el incremento de la biomasa de este nivel en el tiempo. Se estima que un nivel trófico solo aprovecha el 10% de la energía producida por el nivel anterior (Regla del 10%).

Productividad

Se define mediante la fórmula: Productividad = (PN / B) × 100

• Especies eurioicas: Son especies muy tolerantes a los cambios ambientales.
• Especies estenoicas: Son especies poco tolerantes, con márgenes de supervivencia estrechos.

Las Pirámides Tróficas

Es una forma de representar los niveles tróficos. En ellas:

• Los descomponedores generalmente no aparecen.
• Los productores se sitúan en la base.
• Pueden ser de energía, biomasa o de número de individuos.
• La pirámide de energía nunca puede estar invertida.

Dinámica de las Poblaciones

El crecimiento de una población no es indefinido y sigue varias etapas:

1. Fase de latencia: Lento crecimiento inicial.
2. Fase exponencial: Crecimiento rápido.
3. Fase estacionaria: El crecimiento se ralentiza y fluctúa en torno a la población máxima.

La capacidad de carga (K) de una población es el tamaño máximo de esa población que un ecosistema puede soportar en un periodo determinado.

• Tasa de natalidad: (Nº de nacimientos / Población total) × 100
• Tasa de mortalidad: (Nº de muertes / Población total) × 100
• Potencial biótico (r): Diferencia entre la tasa de natalidad y la tasa de mortalidad.

Estrategas de la r

• Mayor tasa de reproducción.
• Mayor descendencia.
• Habitan ecosistemas cambiantes.
• Son oportunistas (ej. trébol, mosquito).

Estrategas de la K

• Menor tasa de reproducción.
• Menor descendencia y mayor cuidado parental.
• Habitan ecosistemas estables.
• Son especialistas (ej. linces, robles).

Tasa de crecimiento = (Natalidad + Inmigración) – (Mortalidad + Emigración)

• Si T.C. > 0: Población creciente.
• Si T.C. < 0: Población decreciente.

Dinámica de las Comunidades

Una sucesión ecológica es una secuencia de cambios graduales que un ecosistema experimenta a lo largo del tiempo.

• Clímax: Es el estado de equilibrio con el medio ambiente en el que ya no aparecen cambios importantes; se adquiere tras estados progresivamente más estables.
• Regresión: Es el cambio a un estado más primitivo. Puede ser natural (vulcanismo, cambio climático) o provocado por el hombre (deforestación, incendios).

Sucesión Primaria

Se da en un terreno virgen (dunas de arena, depósitos de lava o rocas desnudas).

Etapas:

1. Aparición de líquenes y musgos que facilitan la formación del suelo.
2. Asentamiento de plantas herbáceas que favorecen el desarrollo del suelo.
3. Desarrollo de matorrales y arbustos que darán profundidad al suelo.
4. Formación de un bosque. El suelo ha adquirido profundidad, capacidad de retención de agua y materia orgánica, creando un microclima menos luminoso y más húmedo.

Sucesión Secundaria

Se da después de una regresión. Aunque la vegetación sea eliminada de forma parcial o total, en el suelo se conservan semillas y esporas; por lo tanto, es más rápida que la primaria.

Características de las Sucesiones

• Aumento de la diversidad.
• Aumento de la biomasa.
• Disminución de la productividad (relación producción/biomasa).
• Sustitución progresiva de especies oportunistas por especialistas.
• Aumento de la estabilidad del ecosistema.

Etiquetas: biología, ciclos biogeoquímicos, ecología, niveles tróficos