FLUJO DE ENERGIA

Producción de los autótrofos

De la energía captada por los productores mediante la fotosíntesis, aporximadamente el 98% se pierde en forma de calor. El 2% restante se transforma en energía bioquñimica, aumentando la biomasa de los productores. Este aumento de biomasa constituye la producción primaria bruta.

De la producción primaria bruta se pierde, aproximadamente, la mitad de la energía en forma de calor durante la respiración (que supone la adaptación de la energía de los alimentos a las necesidades del ser vivo, y en ella desprende una gran cantidad de calor no utilizable), y el resto es la producción primaria neta (generalmente es el 1% de la energía captada en la fotosíntesis).

Producción de los herbívoros

De la energía captada por los herbívoros al alimentarse de los productores, aproximadamente un 60% no se asimila, pues se pierde en los excrementos y pasa a los descomponedores.

El 40% restante representa la producción bruta. De este 40%, en la respiración se gasta un 30%, y el 10% restante constituye la producción neta, es decir, el alimento teóricamente disponible para el siguiente nivel trófico.

Producción de los carnívoros

Al ser la carne más aprovechable que la materia vegetal, los carnívoros solamente pierden un 30% en forma de excrementos.

El 70% restante es asimilado, lo que constituye la producción bruta. De ésta, un 50% se gasta en la respiración, ya que el ritmo vital de los carnívoros es mayor que el de los herbívoros. Queda como producción neta un 20% de la biomasa captada en el alimento.

Como se puede observar, la energía inicial captada por los productores va perdiéndose paulatinamente en forma de calor, lo cual limita el número de niveles de las cadenas tróficas. Éstas no suelen tener más de cuatro o cinco niveles.

CADENAS TROFICAS

Una cadena alimenticia es la ruta del alimento desde un consumidor final dado hasta el productor. Por ejemplo, una cadena alimenticia típica en un ecosistema de campo pudiera ser:

pasto ---> saltamonte --> ratón ---> culebra ---> halcón

Aún cuando se dijo que la cadena alimenticia es del consumidor final al productor, se acostumbra representar al productor a la izquierda (o abajo) y al consumidor final a la derecha (o arriba). Ud. debe ser capaz de analizar la anterior cadena alimenticia e identificar los autótrofos y los heterótrofos, y clasificarlos como herbívoro, carnívoro, etc. Igualmente, debe reconocer que el halcón es un consumidor cuaternario.

Desde luego, el mundo real es mucho más complicado que una simple cadena alimenticia. Aún cuando muchos organismos tienen dietas muy especializadas (como es el caso de los osos hormigueros), en la mayoría no sucede así. Los halcónes no limitan sus dietas a culebras, las culebras comen otras cosas aparte de ratones, los ratones comen yerbas además de saltamontes, etc. Una representación más realista de quien come a quien se llama red alimenticia.

CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA DE LOS ECOSISTEMAS

CLASIFICACIÓN:Los ecosistemas han adquirido, políticamente, especial relevancia ya que en el Convenio sobre la Diversidad Biológica, ratificado por mas de 175 países en Río de Janeiro en Junio de 1992; se estableció la protección de los ecosistemas, los hábitats naturales y el mantenimiento de poblaciones viables de especies en entornos naturales.

Algunos de los sistemas de clasificación fisionómico-ecológicos disponibles son los siguientes:

• Clasificación fisonómica-ecológica de formaciones vegetales de la Tierra: un sistema basado en el trabajo de 1974 de Mueller-Dombois y Heinz Ellenberg,⁹ y desarrollado por la UNESCO. Describe la estructura de la vegetación y la cubierta sobre y bajo el suelo tal como se observa en el campo, descritas como formas de vida vegetal. Esta clasificación es fundamentalmente un sistema de clasificación de vegetación jerárquico, una fisionomía de especies independientes que también tiene en cuenta factores ecológicos como el clima, la altitud, las influencias humanas tales como el pastoreo, los regímenes hídricos, así como estrategias de supervivencia tales como la estacionalidad. El sistema se amplió con una clasificación básica para las formaciones de aguas abierta.¹⁰
• Sistema de clasificación de la cubierta terrestre («Land Cover Classification System», LCCS), desarrollado por la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO).

ESTRUCTURA:El ambiente ecológico aparece estructurado por diferentes interfases o límites más o menos definidos, llamados ecotonos, y por gradientes direccionales, llamados ecoclinas, de factores físicoquímicos del medio. Un ejemplo es el gradiente de humedad, temperatura e intensidad lumínica en el seno de un bosque, o el gradiente en cuanto a luz, temperatura y concentraciones de gases (por ejemplo O₂) en un ecosistema léntico.

La estructura física del ecosistema puede desarrollarse en la dirección vertical y horizontal, en ambos casos se habla estratificación.

• Estructura vertical. Un ejemplo claro e importante es el de la estratificación lacustre, donde distinguimos esencialmente epilimnion,mesolimnion (o termoclina) e hipolimnion. El perfil del suelo, con su subdivisión en horizontes, es otro ejemplo de estratificación con una dimensión ecológica. Las estructuras verticales más complejas se dan en los ecosistemas forestales, donde inicialmente distinguimos un estrato herbáceo, un estrato arbustivo y un estrato arbóreo.

• Estructura horizontal. En algunos casos puede reconocerse una estructura horizontal, a veces de carácter periódico. En los ecosistemas ribereños, por ejemplo, aparecen franjas paralelas al cauce fluvial, dependientes sobre todo de la profundidad del nivel freático. En ambientes periglaciales los fenómenos periódicos relacionados con los cambios de temperatura, helada y deshielo, producen estructuras regulares en el sustrato que afectan también a la biocenosis. Algunos ecosistemas desarrollan estructuras horizontales en mosaico, como ocurre en extensas zonas bajo climas tropicales de dos estaciones, donde se combina la llanura herbosa y el bosque o el matorral espinoso, formando un paisaje característico conocido como la sabana arbolada.

 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Estos ciclos estudian la forma en que recirculan en la biosfera los elementos básicos de la materia viva, con los cuales se conforman los nutrientes, con los que se alimentan los organismos, es por ello que también se les conoce como ciclos de nutrientes. 
A estos ciclos se les  denomina biogeoquímicos,  porque durante un tiempo se encuentran formando parte de los seres vivos a los que llegan por los vegetales generalmente y en otro momento, son parte de la materia inerte en el planeta y además se trasladan de unos a otros por medio de reacciones químicas.



Ciclo del nitrógeno:  

El nitrógeno se encuentra abundantemente en la atmósfera en forma diatómica como uno de los gases que forman parte de ella y constituye el 79% de los gases que se encuentran en el aire; es decir, el depósito principal del nitrógeno lo 45 constituye la atmósfera por lo que la circulación de este elemento se considera un ciclo de tipo gaseoso. 

El nitrógeno es un constituyente importante de los aminoácidos que formen proteínas en las seres vivos y son los vegetales, los que integran el nitrógeno a los ecosistemas al absorberlo por las raíces como nitratos, pero se requiere de transformaciones previas para ser transformado en nitratos.  Los vegetales lo absorben y lo fijan en los aminoácidos por medio de procesos bioquímicos, para que posteriormente los animales lo obtengan fundamentalmente como aminoácidos al consumir vegetales y fabriquen proteínas.  Al eliminar productos de desecho, estos llevan compuestos nitrogenados como urea, amoniaco, ácido úrico que liberan nitrógeno por acción bacteriana.  Al morir vegetales y animales los descomponedores lo liberan de la materia orgánica en forma de amoniaco que nuevamente se transforma en nitratos por acción bacteriana o bien en nitrógeno libre que vuelve a la atmósfera. 

1) Depósito de N2
2) Tipos de fijación de N2
3) Absorción de N2 por vegetales y animales 
4) Descomposición de productos nitrogenados que eliminan los seres vivos 
5) Descomposición de nitrógeno 

Ciclo de carbono:

El carbono es el elemento más importante en la formación de la materia orgánica, ya que todo el fenómeno bioquímico de la vida se basa en el reciclaje de este elemento.  La mayor parte del carbono que se encuentra en el planeta, en forma de gas, está en la atmósfera en forma de bióxido de carbono (CO2), el que es un gas y la forma sólida está en los depósitos de petróleo o de carbón natural. 

El carbono llega a los seres vivos por medio de los vegetales que capturan CO2, y mediante la fotosíntesis, utilizando también agua; transforman estas moléculas en carbohidratos con los que las plantas realizan sus funciones vitales. 

Posteriormente, los vegetales sirven de alimento a los consumidores y el carbono pasa a los animales.  Después, al respirar los organismos liberan nuevamente CO2.  Al analizar las reacciones de la fotosíntesis y la respiración puede apreciarse este proceso.

1) Depósito atmosférico de CO2
2) Fijación por los vegetales para formar glucosa. 
3) Formación de CO2 por respiración. 
4) Desprendimiento industrial de CO2
5) Desprendimiento de CO2 por emanaciones volcánicas. 
6) Formación de petróleo que contiene hidrocarburos utilizados como combustibles después. 
7) Disolución en agua cornobi. 

Ciclo de fósforo:  

 El fósforo en los seres vivos forma parte de los ácidos nucleicos, ADN y ARN, compuestos muy importantes porque son moléculas transmisoras de la información genética.  Asimismo, forma parte de las moléculas que transfieren energía en las reacciones celulares (ATP y ADP).  Casi todas las reacciones celulares necesitan fósforo. 

El ciclo del fósforo inicia cuando éste es disuelto, de los sedimentos, por el agua rrastrándolo hacia el mar, donde puede quedar disuelto o puede sedimentarse en los fondos marinos.   El fósforo disuelto que no llega al mar es absorbido por las raíces de los vegetales incorporándose a su organismo.  Posteriormente, el fósforo llega a los animales cuando estos ingieren vegetales.  Al morir vegetales y animales, o al excretar productos de desecho, las bacterias fosfatizantes degradan la materia orgánica y la transforman en fosfatos inorgánicos que pueden volver a diluirse para, de esta manera cerrar el ciclo. 

El fósforo que se disuelve y va al mar puede devolverse al ciclo por medio de aves marinas y por los peces que lo eliminan como productos de desecho.  Son conocidos los 50 depósitos de guano del Perú,  que es el excremento de aves marinas y que el ser humano utiliza para fertilizar; por consiguiente, decimos que las aves marinas desempeñan un papel importante en el reciclaje del fósforo; sin embargo, actualmente la articipación de las aves es cada vez menor, tal vez por la alarmante desaparición de éstas, causada por la contaminación en los litorales, frecuentados por el hombre. 

En cuanto a los peces, a pesar de que el hombre pesca grandes cantidades de ellos, se calcula que ya poca cantidad de este nutriente regresa al ciclo por este medio.  De esta manera, la posibilidad de reciclar el fósforo disminuye continuamente y se sabe que la agricultura intensa disminuye los depósitos disponibles de fosfato disueltos. 

1) Depósito principal en rocas, huesos o guano. 
2) Erosión por aire o lluvia para formar fosfatos disueltos. 
3) Absorción por vegetales de fosfatos disueltos. 
4) Consumo de vegetales por animales, el fosfato se ha transformado en DNA y otros compuestos orgánicos. 
5) Descomposición de organismos muertos por medio de bacterias fosfatizantes. 
6) Arrastre hacia el mar de organismos muertos o sus desperdicios formando depósitos. 
7) Fijación en peces y aves marinas.

Ciclo del azufre:   
 Este elemento es importante bioquímicamente puesto que forma parte de las proteínas, y es parte de la molécula de algunos aminoácidos.  
Ecológicamente hay compuestos de azufre que actúan combinándose con otros y que tienen gran repercusión ecológica. 
Asimismo, el azufre circula por el ecosistema siguiendo las redes tróficas y al llegar a los 
descomponedores éstos los liberan al medio en forma de sulfatos (SO= 4) principalmente, 
y de ahí es absorbido por los vegetales para llegar después a todos los seres vivos.  Sin embargo, hay microorganismos, generalmente bacterias, que usan y lo transforman 52 primero en azufre sin combinar y luego en sulfuro de hidrógeno (H2S), que es sumamente tóxico para los seres vivos y de olor desagradable. 
Este fenómeno se produce en ausencia de oxígeno, por ejemplo, en zonas fangosas.  
Este compuesto, sulfuro de hidrógeno, puede combinarse con fierro y formar un sólido (FeS o Pirita) que va al fondo de los fangos anaerobios y permanece ahí hasta que por fenómenos químicos se descomponen y vuelve a formarse al azufre.  El bióxido de azufre (SO2) y trióxido de azufre (SO3) se producen por la acción del ozono sobre el sulfuro de hidrógeno que se oxida.  También puede producirse el bióxido de azufre por la combustión de petróleo de baja calidad.  Los óxidos se combinan con agua en forma de vapor o en forma de lluvia para producir hasta ácidos sulfúrico que es uno de los componentes corrosivos de la lluvia ácida. 

1) Acción de tiobacilos transformando sedimentos en sulfatos. 
2) Absorción de sulfatos por los vegetales. 
3) Consumo de vegetales por animales. 53
4) Acción de descomponedores sobre desechos de organismos para formar nuevamente 
sulfatos. 
5) Formación de azufre y sulfuro de hidrógeno y de fierro. 
6) Depósitos en fondos marinas. 
7) Oxidación del H2S para formar bióxido y trióxido de azufre. 
8) Combinación de agua y óxidos para formar ácidos sulfuroso y sulfúrico produciendo 
lluvia ácida. 
9) Combustión industrial formando bióxido y trióxido de azufre. 

LEY DEL DIEZMO ECOLOGICO

Hemos dicho que en la medida que la energía pasa de un nivel trófico a otro, la mayor parte de ella se pierde en la respiración. Es una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica ya que en cada transferencia hay una perdida considerable de energía. Es lo que se conoce como la Ley del Diez por Ciento.

Al aplicar las leyes de la termodinámica al flujo de energía y materia y a la formación de biomasa, se ha considerado que al pasar de un nivel trófico a otro se obtiene sólo el 10% de la energía que se obtuvo en el nivel precedente, lo que significa que, de un 100% de energía capturada, los organismos ocupan el 90% en su metabolismo, movimiento, transporte, etc. almacenando en su estructura un 10% del total consumido para ser aprovechado por el siguiente nivel trófico. El enunciado de este fenómeno dice en concreto: Sólo el 10% de la energía fijada en un nivel trófico es utilizado por el siguiente nivel.

Analizando este enunciado observamos que un productor aprovecha el 90% de la energía solar que fija para realizar sus funciones de sobrevivencia y en caso de servir de alimento a algún herbívoro esto sólo podrá utilizar el 10% de toda la energía que fijó el vegetal. A su vez el herbívoro utiliza el 90% de esa cantidad que recibió para sobrevivir, y en caso de servir de alimento a algún carnívoro éste, sólo podrá utilizar el 10% de la cantidad que recibió el herbívoro.

PRODUCTIVIDAD

Como resultado del flujo de energía y materia, se fija energía solar y se trasforma en biomasa por acción de los vegetales o productores y denomina productividad primaria a la cantidad de energía solar fijada en forma de compuestos orgánicos por el vegetal y se mide por la velocidad con la cual un ecosistema acumula biomasa (Vázquez T.G.A.M). 

La productividad primaria depende de varios factores, entre los que destacan: la cantidad de vegetales y la energía solar que llega a una zona. 

Considerando estos elementos entendemos que la productividad no es igual en todos los lugares del planeta, ya que sabemos que en lugares del planeta, ya que sabemos que en lugares tropicales la productividad será mayor y disminuirá en donde la radiación solar no llega con eficiencia, por ejemplo, en los polos y en los océanos. 

Sin embargo, la materia orgánica formada, por fotosíntesis en el vegetal es utilizada por el mismo mediante su respiración para transformarla en la energía necesaria para realizar sus procesos vitales, al procesar esa materia orgánica y liberar la energía que contiene transformándola en ATP  a la vez parte de esa energía, en forma de calor. De esta forma la productividad primaria disminuirá, para dejar una productividad primaria neta que resulta de restar la materia orgánica utilizada por el vegetal para sobrevivir, de la cantidad total que produjo al fijar energía durante la fotosíntesis, así la productividad primaria, puede clasificarse en productividad bruta, toda la energía que fija el vegetal y 38 productividad neta la que resulta de restar la energía que se consume en los procesos vitales de la que se hubiera fijado. 

La productividad neta es entonces el resultado de la diferencia entre energía total fijada por el vegetal y la que consume para realizar procesos vitales como ya se ha 

mencionado.  Asimismo este proceso del vegetal son los que le permiten fabricar tejidos, crecer y reproducirse.  Al crecer aumenta la biomasa y al reproducirse generan una renovación de ésta. 

Como resultado de estos procesos el vegetal sobrevive y es utilizado como alimento para los herbívoros y estos a la vez vuelven a producir transformaciones para dar lugar a la productividad secundaria. 

Cuando los herbívoros se alimentan a partir de los vegetales, digieren y asimilan una parte del alimento y el resto es devuelto al medio en forma de excremento.  La parte asimilada constituye la producción secundaria y será lo que realmente ocupan los animales para crecer, respirar y reproducirse.  Por otra parte, para medir la biomasa se utilizan unidades de peso y para la productividad se usan unidades de calor como calorías, kilocalorías, etcétera. 

Así en resumen la productividad se divide en: 

a) Productividad primaria o la cantidad de energía que fija el vegetal en forma de 

biomasa en un lapso de tiempo determinado. 

b) Productividad primaria bruta que es toda la energía que fija el vegetal. 

c) Productividad primaria neta que resulta de restar de la productividad primaria bruta, la energía utilizada por el vegetal para sus procesos vitales. 

d) Productividad secundaria es la energía fijada en un nivel superior al de los 

productores.