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Capítulo 54. Ecosistemas

El flujo de energía

De la energía solar que alcanza la superficie de la Tierra, una fracción muy pequeña es derivada a los sistemas vivos. Aun cuando la luz caiga en una zona con vegetación abundante como en una selva, un maizal o un pantano, sólo aproximadamente entre el 1 y el 3% de esa luz (calculado sobre una base anual) se usa en la fotosíntesis §. Aun así, una fracción tan pequeña como ésta puede dar como resultado la producción –a partir del dióxido de carbono, el agua y unos pocos minerales– de varios millares de gramos (en peso seco) de materia orgánica por año en un solo metro cuadrado de campo o de bosque, un total de aproximadamente 120 mil millones de toneladas métricas de materia orgánica por año en todo el mundo.

Eugene P. Odum, uno de los investigadores norteamericanos que más aportó a la comprensión de la dinámica de funcionamiento de los ecosistemas §, utilizó una serie de diagramas de flujo para representarla.

Diagrama de flujo de un ecosistema.

 

El diagrama anterior muestra el flujo unidireccional de energía y el reciclado de materiales. PG = producción bruta; PN = producción neta; P = producción heterotrófica; R = respiración.

El paso de energía de un organismo a otro ocurre a lo largo de una cadena trófica o alimentaria § que consiste en una secuencia de organismos relacionados unos con otros como presa § y predador §. El primero es comido por el segundo, el segundo por el tercero y así sucesivamente en una serie de niveles alimentarios o niveles tróficos. En la mayoría de los ecosistemas, las cadenas alimentarias están entrelazadas en complejas tramas, con muchas ramas e interconexiones. La relación de cada especie con otra en esta trama alimentaria es una dimensión importante de su nicho ecológico.

Diagrama de una red trófica en la tundra ártica, durante la primavera y el verano.

 

Las flechas indican la dirección del flujo de energía. Esta red alimentaria está muy simplificada. En realidad, forman parte de ella un número de especies de plantas y animales mucho mayor que el representado.

El primer nivel trófico § de una trama alimentaria siempre está ocupado por un productor § primario. En tierra, el productor primario habitualmente es una planta; en ecosistemas acuáticos, habitualmente, un alga. Estos organismos fotosintéticos usan energía lumínica para hacer carbohidratos y otros compuestos, que luego se transforman en fuentes de energía química. Los productores sobrepasan en peso a los consumidores §; el 99% de toda la materia orgánica del mundo vivo está constituida por plantas y algas. Todos los heterótrofos § combinados sólo dan cuenta del l % de la materia orgánica.

La productividad bruta § es una medida de la tasa a la cual los organismos asimilan energía en un determinado nivel trófico. Una cantidad más útil –y a menudo más fácil de medir– es la productividad neta §. que es comparable a la tasa de ganancia neta. Habitualmente se la expresa como la cantidad de energía medida en calorías o en unidades equivalentes de energía, como el kilojoule en los compuestos químicos.

La biomasa § es un término abreviado y útil que significa el peso seco total de todos los organismos que se mide en un momento dado. La productividad neta es una medida de la tasa a la cual los organismos almacenan energía, que luego queda a disposición de los organismos del siguiente nivel trófico.

En los ecosistemas agrícolas, el peso seco del total de plantas al final de la estación de crecimiento representa la producción primaria neta de esa estación y suministra una buena base de comparación entre distintos ambientes. Habitualmente, de ese valor se excluyen las raíces porque es difícil extraerlas de la mayoría de los suelos. Esto puede conducir a gruesas subestimaciones en, por ejemplo, la vegetación natural de los ecosistemas de desierto.

Los consumidores primarios (herbívoros) comen a los productores primarios. Un carnívoro que come a un herbívoro es un consumidor secundario, y así sucesivamente. En promedio, aproximadamente el 10% de la energía transferida en cada nivel trófico es almacenada en tejido corporal; del 90% restante, parte se usa en el metabolismo del organismo y parte no se asimila. Esta energía no asimilada es utilizada por los detritívoros § y, finalmente, por los descomponedores §.

La eficiencia ecológica es el producto de las eficiencias con las cuales los organismos explotan sus recursos alimentarios y los convierten en biomasa: eficiencias de explotación, asimilación y producción neta. La eficiencia ecológica depende principalmente de la eficiencia de asimilación –que es la proporción de energía consumida que se asimila–, y la eficiencia de producción neta –que es la proporción de energía asimilada que se gasta en crecimiento, almacenamiento y reproducción. En las plantas, la eficiencia de producción es la relación entre la productividad neta y la productividad bruta. Este índice varía entre un 30 y un 85%.

El valor energético de las plantas para sus consumidores depende de la proporción de materiales indigeribles que ellas contienen. El alimento de origen animal se digiere más fácilmente que el de origen vegetal.

La brevedad de las cadenas tróficas, es decir, el hecho de que sean tan cortas, fue atribuida desde hace tiempo a la ineficiencia involucrada en la transferencia de energía de un nivel trófico a otro, una explicación que, como tantas otras en ecología, está ahora sufriendo una revisión crítica. Sin embargo, en general, sólo un 10% de la energía almacenada en una planta se convierte en biomasa animal en el herbívoro que come esa planta. Se encuentra una relación semejante en cada nivel sucesivo.

El cálculo empírico del 10% es sólo una estimación grosera. Las mediciones reales muestran amplias variaciones en las eficiencias de transferencia, desde menos del 1% a más del 20%, dependiendo de las especies de que se traten. El flujo de energía con grandes pérdidas en cada pasaje al nivel sucesivo puede ser representado en forma de pirámide.

Pirámide del flujo de energía para un ecosistema de río en Florida, EEUU.

 

Una proporción relativamente pequeña de la energía del sistema es transferida en cada nivel trófico. Gran parte de la energía se invierte en el metabolismo y se mide como colorías perdidas en la respiración.

Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos determinan la estructura de un ecosistema en función de la cantidad de organismos y de la cantidad de biomasa presente.

Pirámides numéricas.

Pirámides numéricas para a) un ecosistema de pradera graminosa en la que el número de productores primarios (gramíneas) es grande y b) un bosque templado en el que un solo productor primario, un árbol, puede soportar a un número grande de herbívoros.

Pirámides de biomasa.

 

Pirámides de biomasa para:

  1. plantas y animales de un campo en Georgia, EEUU y
  2. plancton del Canal de la Mancha.

Estas pirámides reflejan la masa presente en un momento dado; de aquí, la relación aparentemente paradójica entre el fitoplancton § y el zooplancton §.

Dado que la tasa de crecimiento de la población § de fitoplancton es mucho más alta que la de la población de zooplancton, una pequeña biomasa de fitoplancton § puede suministrar alimento para una biomasa mayor de zooplancton §. Al igual que las pirámides de números, las pirámides de biomasa indican sólo la cantidad de material orgánico presente en un momento; no dan la cantidad total de material producido o, como hacen las pirámides de energía, la tasa a la cual se produce.

La tasa de transferencia de energía de un nivel a otro proporciona un segundo índice de la dinámica energética del ecosistema. Una baja tasa de transferencia suele significar que el tiempo de residencia en el nivel de origen es elevado, es decir, que ese nivel dispone de mecanismos de almacenamiento de la energía. Tales mecanismos pueden ser la producción de madera, de humus y toda otra estructura resistente a la acción de predadores y descomponedores. Puede calcularse:

Tiempo de residencia (años) = Energía almacenada en biomasa (kJ.m-2)

Productividad neta (kJ. m-2 año-1)

 

Autoevaluación del capítulo 54

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