Flujo de Energía y Ciclo de la Materia en los Ecosistemas
Los Nutrientes
Hay nutrientes que pueden escasear en algunos lugares, limitando la producción primaria de los ecosistemas. Destacan:
- El nitrógeno: Es un componente de la clorofila y de la enzima RuBisCO. Aunque el nitrógeno es muy abundante en la atmósfera, solo algunos microorganismos son capaces de aprovecharlo. Las plantas lo obtienen en forma de nitratos disueltos en el agua.
- El fósforo: Forma parte de compuestos como los ácidos nucleicos y el ATP. Se necesita en menor cantidad, pero la falta de fósforo limita la producción primaria en muchos lugares.
La Luz
La luz es la fuente de energía que hace posible la fotosíntesis y está relacionada con la producción primaria. La producción primaria crece linealmente con la intensidad lumínica, pero el crecimiento se va haciendo más lento hasta alcanzar una tasa máxima de fotosíntesis para el valor de intensidad de luz de saturación.
La luz es uno de los principales factores limitantes de los ecosistemas acuáticos.
Los Descomponedores
Los descomponedores son bacterias y hongos que, en los ecosistemas terrestres, se encuentran en el suelo y, en los ecosistemas acuáticos, están en los sedimentos del fondo.
Estos seres vivos se alimentan descomponiendo los restos orgánicos transformados por los detritívoros.
Los descomponedores utilizan materia orgánica no productiva, que acaban por transformar en compuestos inorgánicos y en sales minerales, cerrando el ciclo de la materia.
El papel de los descomponedores es esencial en los ecosistemas, porque son los responsables de regenerar los compuestos minerales que necesitan los autótrofos. Esto se llama mineralización.
Flujo de la Energía
El flujo de la energía en los ecosistemas tiene estas características:
- Es unidireccional. La energía siempre fluye desde los productores hasta los consumidores y finalmente hasta los descomponedores, pero nunca al revés.
- Es abierto. Es necesario un aporte continuado de energía para que los ecosistemas funcionen.
- La eficiencia va disminuyendo en los niveles tróficos sucesivos.
- La producción se reduce en cada nivel. Aproximadamente, la energía almacenada en un nivel trófico es solo un 10% de la almacenada en el nivel anterior.
Ciclo de la Materia
Los nutrientes minerales que obtienen las plantas del medio para sintetizar sus biomoléculas orgánicas realizan un recorrido por los diferentes niveles de consumidores, para alcanzar a los descomponedores. En este último nivel, se vuelven a liberar en el medio los nutrientes minerales, para poder ser de nuevo consumidos por los productores. Este recorrido recibe el nombre de ciclo de la materia.
Pirámides Tróficas
Representan las relaciones tróficas de un ecosistema, sin entrar en los detalles de las especies concretas y su situación en las redes tróficas, pero dando una imagen del papel global de los distintos niveles tróficos.
Pirámides de Números
En las pirámides de números, las longitudes de sus escalones son proporcionales al número de individuos de todas las especies de cada nivel trófico por unidad de superficie o volumen.
La forma de estas pirámides varía de unas comunidades a otras según el tamaño de los individuos.
Estas pirámides no representan de forma clara las relaciones tróficas, porque el tamaño de los individuos es importante para comprender sus necesidades alimenticias.
Pirámides de Biomasa
En estas pirámides, las longitudes de los escalones son proporcionales al peso seco de todos los individuos de cada nivel trófico por unidad de superficie o volumen.
Estas pirámides describen mejor las relaciones tróficas del ecosistema, porque nos indican la cantidad de materia orgánica que puede servir de alimento en cada nivel trófico, pero no expresan la cantidad que se transfiere de un nivel a otro.
Pirámides de Energía o de Producción
En estas pirámides, las longitudes de los escalones son proporcionales a la energía producida por unidad de tiempo de todos los individuos de cada nivel trófico por unidad de superficie o volumen.
Son las que proporcionan una mejor visión de conjunto de las relaciones tróficas de los ecosistemas, porque nos dan una idea de la energía que pasa de un nivel trófico al superior a través de la cadena de alimentos.
Las pirámides de energía se caracterizan por:
- Nunca son invertidas: los eslabones inferiores son siempre mayores que los superiores.
- No presentan variaciones estacionales: no presentan la situación de un momento concreto.
De la Biosfera a los Ecosistemas (Tema 10)
Llamamos biosfera a la capa de la Tierra en la que se encuentran los seres vivos. Se trata del subsistema de la Tierra que engloba a los seres vivos, y que mantiene relaciones con los otros tres subsistemas terrestres: la atmósfera, la hidrosfera y la geosfera.
La biosfera es una capa heterogénea; presenta un grosor variable; también sus características ambientales son variables. Los distintos territorios presentes en la Tierra difieren entre sí por la variedad de seres vivos que se encuentran en ellos.
Para que una parte de la Tierra sea habitable, debe cumplir como mínimo estas características:
- Disponer de agua.
- Tener unas temperaturas que permitan la existencia de agua en estado líquido.
- Estar dotada de una fuente de energía, normalmente es la luz del sol.
En la biosfera, la materia y la energía pasan de unos organismos a otros mediante las relaciones tróficas, en lo que se denomina el ciclo de la materia. La energía que obtienen los seres vivos alimentándose va transformándose en trabajo y calor, por lo que es imprescindible un aporte continuado de energía. Este proceso se llama flujo de la energía.
Ecosistemas
Ecosistema: Zona de la biosfera formada por seres vivos de distintas especies y un medio físico, entre las cuales se producen múltiples relaciones, intercambiándose materia y energía.
Los componentes de los ecosistemas son:
- Bióticos: La biocenosis está formada por los seres vivos de distintas especies que se relacionan entre sí dentro de un ecosistema.
- Abióticos: El biotopo es el espacio de un ecosistema formado por sus componentes químicos y sus factores físicos (temperatura, iluminación…).
Características de los ecosistemas:
- Sus componentes interaccionan entre sí: Sus componentes interaccionan de formas muy variadas y complejas, funcionando como una unidad.
- Son sistemas autorregulados: Las interacciones hacen que los ecosistemas tiendan a mantenerse estables en el tiempo.
- Su extensión es muy variable: Se procura que las características físicas de todo el biotopo sean semejantes: el clima debe ser común y no haber grandes variaciones de sus componentes químicos o seres vivos. Además, no debe ser demasiado complejo; la biosfera sí lo es para ser estudiada como un ecosistema.
- Son sistemas abiertos para la energía: Los ecosistemas funcionan reciclando la materia. Esta materia es aprovechada por otros organismos de la biocenosis, volviendo a producir finalmente los componentes minerales gastados del biotopo. Este proceso se llama ciclo de la materia.
Los Productores
Productores Quimiosintéticos
Son algunos representantes del reino Monera. No utilizan luz, obtienen la energía a partir de reacciones químicas de oxidación que catalizan. Se trata de reacciones exotérmicas en las que se libera energía que ellas pueden utilizar para fabricar los compuestos orgánicos que necesitan.
Productores Fotosintéticos
Las plantas, las algas unicelulares y pluricelulares y las cianobacterias realizan un mismo tipo de fotosíntesis oxigénica en la que la clorofila es el principal pigmento que absorbe la energía luminosa.
Los principales productores de los ecosistemas terrestres son las plantas y en los ecosistemas acuáticos es el fitoplancton. En todos ellos, el pigmento que absorbe la luz es la clorofila, y el agua es la fuente de protones y electrones, produciéndose el oxígeno como sustancia de desecho. El proceso consta de dos fases:
- Fijación del CO2 o fase oscura, en la que se produce glucosa. La enzima que cataliza la reacción de fijación de CO2 se llama RuBisCO.
- Reacciones luminosas o fase lumínica, que tiene lugar mediante la absorción de la luz por parte de la clorofila.
Los productores transforman la energía luminosa en energía química.
Biomasa
Es el peso de la materia orgánica acumulada por unidad de superficie. La biomasa de los productores se llama biomasa primaria.
El flujo de la energía de los ecosistemas comienza con la absorción de la luz solar por parte de los productores.
Producción
Es la tasa de almacenamiento de energía en forma de materia orgánica. La cantidad de materia orgánica fabricada por los productores por unidad de tiempo es la producción primaria.
Hay dos tipos de producción primaria:
- Producción primaria bruta (PPB): Es la cantidad total de energía fijada en materia orgánica.
- Producción primaria neta (PPN): Es la biomasa realmente acumulada por los productores.
Factores Limitantes de la Producción Primaria
La Temperatura y la Humedad
La producción primaria aumenta con la temperatura.
- Son necesarias unas temperaturas mínimas para que haya actividad fotosintética.
- La humedad tiene un efecto importante en la tasa de fotosíntesis.
Las temperaturas altas aumentan la producción cuando la disponibilidad de agua también es alta. En caso contrario, cuando la evapotranspiración supera la capacidad de renovar el agua de las plantas, sus estomas se cierran, disminuye la concentración de CO2 en las células de las hojas y la fotosíntesis se detiene. Comienza entonces la fotorrespiración, proceso similar a la respiración que no produce energía y provoca una disminución de la respiración.