La principal fuente de energía del ecosistema procede del sol. La energía del sol se transforma en energía química durante la fotosíntesis. Las plantas del medio terrestre convierten la energía del sol. Mientras, en los ecosistemas acuáticos, las plantas acuáticas, las microalgas (fitoplancton), las macroalgas y lascianobacterias convierten la energía del sol. A continuación, los consumidores pueden utilizar la energía transformada de los productores en la red trófica.
Transferencia de energía en los ecosistemas
Según cómo obtengan la nutrición, podemos dividir los organismos vivos en tres grupos principales: productores, consumidores y saprobiontes (descomponedores).
Productores
Un productor es un organismo que fabrica su alimento, como la glucosa, durante la fotosíntesis. Entre ellos se encuentran las plantas fotosintéticas. Estos productores también se denominan autótrofos.
Un autótrofo es cualquier organismo que puede utilizar compuestos inorgánicos, como el carbono del dióxido de carbono, para fabricar moléculas orgánicas, como la glucosa.
Algunos organismos utilizan tanto formas autótrofas como heterótrofas para obtener energía. Los heterótrofos son organismos que ingieren materia orgánica de los productores. Por ejemplo, la planta jarro realiza tanto la fotosíntesis como consume insectos.
Los autótrofos no son sólo organismos fotosintéticos(fotoautótrofos). Otro grupo con el que te puedes encontrar son los quimioautótrofos. Los quimioautótrofos utilizan energía química para producir su alimento. Estos organismos suelen residir en entornos duros, por ejemplo, las bacterias oxidantes del azufre que se encuentran en entornos anaeróbicos marinos y de agua dulce.
Sumerjámonos más profundamente en el océano, donde no llega la luz solar. Aquí es donde conocerás a los quimioautótrofos que habitan en las fuentes termales de aguas profundas y en los respiraderos hidrotermales. Estos organismos crean alimento para los habitantes de las profundidades, como los pulpos de aguas profundas (Figura 1) y los gusanos zombi. ¡Estos habitantes tienen un aspecto bastante raro!
Además, las partículas orgánicas, que pueden ser vivas y no vivas, se hunden en el fondo del océano para proporcionar otra fuente de alimento. Esto incluye bacterias diminutas y bolitas que se hunden producidas por copépodos y tunicados.
Fig. 1 - Un pulpo dumbo que habita en las profundidades marinas
Consumidores
Losconsumidores son organismos que obtienen su energía para la reproducción, el movimiento y el crecimiento consumiendo otros organismos. También los denominamos heterótrofos. Hay tres grupos de consumidores en los ecosistemas:
- Herbívoros
- Carnívoros
- Omnívoros
Herbívoros
Los herbívoros son organismos que se comen al productor, como las plantas o las macroalgas. Son los consumidores primarios de la red trófica.
Carnívoros
Los carnívoros son organismos que consumen a los herbívoros, carnívoros y omnívoros para obtener su nutrición. Son losconsumidores secundarios y terciarios (y así sucesivamente). En las pirámides alimentarias hay un número limitado de consumidores porque la transferencia de energía disminuye hasta que no es suficiente para sostener otro nivel trófico. Las pirámides tróficas suelen detenerse después del consumidor terciario o cuaternario.
Losniveles tróficos se refieren a las distintas etapas de una pirámide alimentaria.
Omnívoros
Los omnívoros son organismos que consumen tanto productores como otros consumidores. Por tanto, pueden ser consumidores primarios. Por ejemplo, los humanos somos consumidores primarios cuando comemos verduras. Cuando los humanos consumimos carne, lo más probable es que seamos consumidores secundarios (ya que consumimos principalmente herbívoros).
Saprobiontes
Los saprobiontes, también conocidos como descomponedores, son organismos que descomponen la materia orgánica en compuestos inorgánicos. Para digerir la materia orgánica, los saprobióticos liberan enzimas digestivas, que descomponen el tejido del organismo en descomposición. Los principales grupos de saprobiontes son los hongos y las bacterias.
Los saprobiontes son extremadamente importantes en los ciclos de nutrientes, ya que liberan nutrientes inorgánicos, como iones de amonio y fosfato, de vuelta al suelo, a los que los productores pueden acceder de nuevo. Así se completa todo el ciclo de nutrientes, y el proceso vuelve a empezar.
Transferencia de energía y productividad
Las plantas sólo pueden captar entre el 1% y el 3% de la energía solar, y esto ocurre debido a cuatro factores principales:
Las nubes y el polvo reflejan más del 90% de la energía solar, y la atmósfera la absorbe.
Otros factores limitantes pueden limitar la cantidad de energía solar que pueden captar, como el dióxido de carbono, el agua y la temperatura.
Puede que la luz no llegue a la clorofila de los cloroplastos.
La planta sólo puede absorber determinadas longitudes de onda (700-400 nm). Las longitudes de onda no utilizables se reflejarán.
La clorofila se refiere a los pigmentos de los cloroplastos de las plantas. Estos pigmentos son necesarios para la fotosíntesis.
Los organismos unicelulares, como las cianobacterias, también contienen pigmentos fotosintéticos. Entre ellos están la clorofila-α y el β-caroteno .
Producción primaria neta
La producción primarianeta (PPN) es la energía química almacenada después de la que se pierde durante la respiración, y suele rondar el 20-50%. Esta energía está a disposición de la planta para su crecimiento y reproducción.
Utilizaremos la siguiente ecuación para explicar la PPN de los productores:
Laproducción primaria bruta (PPB ) representa la energía química total almacenada en la biomasa vegetal. Las unidades para la NPP y la GPP se expresan como unidades de biomasa por superficie terrestre y tiempo, como g/m2/año. Por su parte, la respiración es la pérdida de energía. La diferencia entre estos dos factores es tu NPP. Aproximadamente el 10% de la energía estará disponible para los consumidores primarios. Mientras, los consumidores secundarios y terciarios obtendrán hasta un 20% de los consumidores primarios.
Esto se debe a lo siguiente:
No se consume todo el organismo: algunas partes no se comen, como los huesos.
Algunas partes no pueden digerirse. Por ejemplo, el ser humano no puede digerir la celulosa presente en las paredes celulares de las plantas.
La energía se pierde en los materiales excretados, como la orina y las heces.
La energía se pierde en forma de calor durante la respiración.
Aunque los humanos no podemos digerir la celulosa, ¡nos ayuda en la digestión! La celulosa ayudará a lo que hayas consumido a desplazarse por el tubo digestivo.
La NPP de los consumidores tiene una ecuación ligeramente distinta:
Como ahora comprenderás, la energía disponible será cada vez menor en cada nivel trófico superior.
Niveles tróficos
Un nivel trófico se refiere a la posición de un organismo dentro de la cadena/pirámide alimentaria. Cada nivel trófico tendrá una cantidad diferente de biomasa disponible. Las unidades para la biomasa en estos niveles tróficos incluyen kJ/m3/año.
Labiomasa es la materia orgánica formada por organismos vivos, como plantas y animales.
Para calcular el porcentaje de eficacia de la transferencia de energía en cada nivel trófico, podemos utilizar la siguiente ecuación:
Cadenas tróficas
Una cadena/pirámide alimentaria es una forma simplificada de describir la relación alimentaria entre productores y consumidores. Cuando la energía asciende a niveles tróficos superiores, una gran cantidad se pierde en forma de calor (alrededor del 80-90%).
Redes alimentarias
Una red alimentaria es una representación más realista del flujo de energía dentro del ecosistema. La mayoría de los organismos tendrán múltiples fuentes de alimento y muchas cadenas alimentarias estarán enlazadas. Las redes alimentarias son extremadamente complejas. Si tomamos como ejemplo a los seres humanos, consumiremos muchas fuentes de alimentos.
Fig. 2 - Una red alimentaria acuática y sus distintos niveles tróficos
Utilizaremos la Figura 2 como ejemplo de una red alimentaria acuática. Aquí los productores son la cola de mapache, la cola de algodón y las algas. Las algas son consumidas por tres herbívoros diferentes. Estos herbívoros, como el renacuajo de rana toro, son consumidos después por múltiples consumidores secundarios. Los depredadores ápice (depredadores en la cima de la cadena/red alimentaria) son los seres humanos y la gran garza azul. Todos los residuos, incluidas las heces y los organismos muertos, serán descompuestos por los descomponedores, en el caso de esta cadena alimentaria concreta, las bacterias.
Impacto humano en las redes tróficas
Los seres humanos han tenido un impacto significativo en las redes tróficas, alterando a menudo el flujo de energía entre los niveles tróficos. Algunos ejemplos son
- Consumo excesivo. Esto ha provocado la eliminación de organismos importantes en el ecosistema (por ejemplo, la sobrepesca y la caza ilegal de especies en peligro de extinción).
- Eliminación de depredadores ápice. Esto conduce a un exceso de consumidores de nivel inferior.
- Introducción de especies no autóctonas. Estas especies alóctonas alteran los animales y cultivos autóctonos.
- Contaminación. Un consumo excesivo provocará un exceso de residuos (por ejemplo, basura y contaminación por la quema de combustibles fósiles). Un gran número de organismos serán sensibles a la contaminación.
- Uso excesivo de la tierra. Esto provoca eldesplazamientoy la pérdida de hábitats.
- El cambio climático. Muchos organismos no pueden tolerar los cambios climáticos, lo que provoca el desplazamiento de sus hábitats y la pérdida de biodiversidad.
El vertido de petróleo de Deepwater Horizon en el Golfo de México fue el mayor. La plataforma petrolífera explotó y el petróleo se vertió en el océano. El vertido total se estimó en 780.000 , lo que tuvo un impacto perjudicial en la fauna marina. El vertido afectó a más de 8.000 especies, incluyendo arrecifes de coral que se decoloraron o dañaron hasta 4000 pies de profundidad, atunes azules que experimentaron latidos irregulares, paros cardiacos, entre otros problemas.
Flujo de energía en el ecosistema - Conclusiones clave
- Un ecosistema es una interacción entre los organismos (bióticos) y su entorno físico (abiótico). Los ecosistemas regulan el clima, el aire, el suelo y la calidad del agua.
- Los autótrofos cosechan energía del sol/fuentes de energía química. Los productores transforman la energía en compuestos orgánicos.
- La energía se transfiere de los productores cuando los consumidores los consumen. La energía viaja dentro de la red trófica a los distintos niveles tróficos. Los descomponedores devuelven la energía al ecosistema.
- Los seres humanos han tenido un impacto negativo en las redes tróficas. Algunos de los efectos son el cambio climático, la pérdida de hábitats, la introducción de especies no autóctonas y la contaminación.
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