Relación entre ecosistemas, flujo de energía y

Relación entre ecosistemas, flujo
de energía y ciclos biogeoquímicos
Tipo de ecosistemas
• Acuáticos. Dulce acuícolas, manglares,
marinos.
• Terrestres o aéreos: desierto, estepas,
bosques, selvas, etc.
Dinámica de los Ecosistemas
• La de poseer una organización. Y esta organización se
mantiene gracias a los aportes continuos de
información que toma del exterior y, muy
especialmente, a los procesos de autorregulación
que tienen lugar en su interior. Mediante estos
procesos el sistema controla el resultado de sus
acciones anteriores y regula sus acciones futuras,
tomando como referencia la información que tiene
de las pasadas.
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Procesos en el Ecosistema- Flujo de energía
Una de las interacciones más importantes entre los organismos vivos y su ambiente está en la provisión de
alimento. Esto implica no sólo el suministro de energía para sobrevivir sino también de
materia prima para la producción de los tejidos celulares y, siendo indispensable también
para la fabricación de gametos garantizando de esta forma la reproducción y, por ende, la
continuidad de las especies. Sobre la tierra, la fuente última de energía para la vida es la radiación
solar o luz y ésta es finalmente reirradiada de nuevo al espacio como calor.
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Fuente de energía
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En el ambiente hay básicamente dos fuentes de energía: autótrofa y heterótrofa. La producción
autótrofa de materia orgánica rica en energía se lleva a cabo dentro del ecosistema por las
plantas verdes en presencia de luz por vía del proceso de fotosíntesis. También se produce algo
de energía en los ecosistemas marinos profundos alrededor de chimeneas hidrotérmicas por
bacterias oxidantes de azufre. Las plantas verdes y las bacterias quimiosintéticas se llaman
autótrofas. Por el contrario, una fuente de energía heterótrofa es aquella en que la energía química se
importa como materia orgánica que se originó de la producción primaria de un autótrofo.
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Fotosíntesis
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Todas las plantas verdes crean su propio alimento mediante una compleja serie de reacciones
químicas impulsadas por la radiación solar. Mucha de la energía solar que incide en la tierra
se encuentra en la parte ultravioleta e infrarroja del espectro, la cual no es efectiva para la
fotosíntesis. Cerca del 45% de la energía radiante total se encuentra entre la parte visible del
espectro (400-700 nm), la cual se absorbe por los pigmentos fotosintéticos.
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Cerca del 30% de esta energía disponible se disipa en absorción inactiva, con el restante 70%
útil para la formación de intermediarios fotoquímicos que transfieren su energía a la
fotosíntesis. Después de unas complicadas transferencias de energía, en las cuales se produce
una importante pérdida, sólo el 9 % de la energía del sol puede transformarse en compuestos
estables de carbono, oxígeno e hidrógeno (CH2O). Esta energía se convierte en unos 165 g de
materia orgánica/m2 día (límite superior de la producción bruta) que debe repartirse en la
planta, entre la respiración y la producción neta.
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Aunque puede parecer que la eficiencia teórica del 9% sea excesivamente pequeña, la
fotosíntesis es uno de los procesos fotoquímicos más eficientes que se conocen. Los
organismos fotosintéticos pueden llamarse organismos transformadores al presentar la única
forma biológica importante por la cual la vasta energía solar es transformada en energía de
enlace químico que mantiene la vida. Por estas razones la producción primaria es un proceso
clave en los ecosistemas.
Eficiencia de la FOTOSÍNTESIS
• Eficiencia: Con este término se quiere expresar el aprovechamiento
real de los flujos de energía por parte de los organismos, agrupados
en sus respectivos niveles tróficos. La energía que fluye a lo largo de
una pirámide trófica se va reduciendo progresivamente a medida
que se acerca a su cúspide. Esto es así porque no todo el alimento
consumido (es decir, la parte de biomasa tomada del nivel inferior)
se aprovecha totalmente para producir nueva biomasa (o sea para
el crecimiento de los organismos y para la reproducción).
• En cada paso, en cada salto de un nivel trófico a otro, se pierde una
determinada cantidad de energía, la cual se disipa mayormente en
forma de calor, y no puede ser aprovechada por el ecosistema, sino
que se difunde por el medio, desvaneciéndose.
Conociendo las fuentes de entrada y salida de energía en el sistema, pueden
realizarse estimaciones acerca de la producción máxima posible en la Tierra a
partir de la eficiencia máxima potencial de la fotosíntesis (Loomis y Williams
1963). La incidencia máxima de energía solar sobre la superficie del globo puede
calcularse en unas 7000 kcal/m2 día y dicho valor puede alcanzarse en latitudes
templadas durante el verano, o las zonas tropicales en cualquier día despejado
(Szeicz 1968). Este valor, es pues, el limite superior de la entrada de energía en el
ecosistema. Mucha de esta energía, sin embargo, se encuentra en la parte
ultravioleta o infrarroja del espectro, la cual no es efectiva en la fotosíntesis.
Cerca del 45% de la energía radiante total, como se ha mencionado
anteriormente, es absorbida por los pigmentos fotosintéticos. Como resultado de
esto, podemos determinar, que el 55% de la energía restante queda sin utilizarse.
• La mayoría de las hojas verdes absorben la gran parte de energía (cerca
del 90%) en la parte visible del espectro y reflejan y transmiten la mayor
parte de la luz en la sección ultravioleta e infrarrojo. De las 7000 kcal
iniciales, cerca de 2755 kcal pueden invertirse potencialmente en el
proceso de la fotosíntesis (Mahler y Cordes 1966). De la energía radiante
total que llega a los productores primarios en un día muy claro y soleado,
solo el 28% se absorbe de una forma que pueda llegar a formar parte de la
energía del ecosistema.
• Un máximo teórico del 9% de la energía del sol puede transformarse en
compuestos estables de carbono (C), oxígeno (O2) e hidrógeno (H). Estas
635 kcal/m2 día, el límite superior de la producción bruta, se convierte en
una masa de unos 165 g de materia orgánica/m2 día que se deberá
repartir en la planta, entre la respiración y la producción neta.
• Aunque pueda parecer que la eficiencia teórica del 9% y la eficiencia
efectiva de un 4,5% sean excesivamente pequeñas, la fotosíntesis es uno
de los procesos fotoquímicos mas eficientes que se conocen (Price 1970
• En estos mecanismos de regulación se basa uno de los modelos
básicos en ecología: El modelo se basa en que el número de presa
aumenta proporcionalmente al aumento del número de
depredadores. Evidentemente, esto provocará una disminución del
número de presas, lo que conlleva que ya no habrá suficiente
alimento para todos los depredadores, y su población, por tanto,
disminuirá. Al disminuir la presión de la caza sobre su número, la
población de depredadores iniciándose así otra vez el circuito.
• De esta manera los ecosistemas se autorregulan y mantienen un
equilibrio dinámico, del que no se apartan demasiado. Por esta
razón, al estudiar un ecosistema en un momento determinado
sabemos que, con toda probabilidad, podrá evolucionar en unas
direcciones determinadas, siempre que las influencias exteriores no
sean suficientemente fuertes como para desequilibrar el sistema de
un modo catastrófico.
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Cuanto más complejo es un ecosistema, mayor es
la cantidad de información que contiene y, por
tanto, menor es su dependencia del medio
externo porque es mayor su capacidad de
autorregulación.
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Con ello se consigue su objetivo principal, que es
la persistencia, la capacidad de sobrevivir y
perdurar.
Elementos químicos en el ecosistema.
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Los seres vivos están formados por elementos químicos, fundamentalmente por oxígeno,
hidrógeno, carbono y nitrógeno que, en conjunto, suponen más del 95% de peso de los seres
vivos. El resto es fósforo (P), azufre (S), calcio (Ca), potasio (K), y un largo etcétera de
elementos presentes en cantidades muy pequeñas, aunque algunos de ellos muy
importantes para el metabolismo.
Estos elementos también se encuentran en la naturaleza no viva, acumulados en depósitos.
Así, en la atmósfera hay O2, N2 y CO2. En el suelo H2O, nitratos, fosfatos y otras sales. En las
rocas fosfatos, carbonatos, etc.
Transferencia cíclica de los elementos
Algunos seres vivos son capaces de captarlos de los depósitos inertes en los que se
acumulan. Después van transfiriéndose en las cadenas tróficas de unos seres vivos a otros,
siendo sometidos a procesos químicos que los van situando en distintas moléculas.
• Así, por ejemplo, el N es absorbido del suelo por las raíces de las
plantas en forma de nitrato; en el metabolismo de las plantas pasa
a formar parte de proteínas y ácidos nucleicos (químicamente
hablando ha sufrido una reducción); los animales tienen el N en
forma de proteínas y ácidos nucleicos, pero lo eliminan en forma de
amoniaco, urea o ácido úrico en la orina. El ciclo lo cierran bacterias
del suelo que oxidan el amoniaco a nitratos. Por otros procesos el N
puede ser tomado del aire por algunas bacterias que lo acaban
dejando en forma de nitratos o también puede ser convertido a N2
gas por otras bacterias que lo devuelven a la atmósfera.
• Los ciclos de los elementos mantienen una estrecha relación con el
flujo de energía en el ecosistema, ya que la energía utilizable por los
organismos es la que se encuentra en enlaces químicos uniendo los
elementos para formar las moléculas.
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La energía sigue un curso unidireccional a través del ecosistema, pero muchas sustancias ciclan una
y otra vez por medio del sistema. Tales materiales incluyen agua (H2O), nitrógeno (N2), carbono
(CO), fósforo (P), potasio (K), azufre (S), magnesio (Mg), calcio (Ca), sodio (Na), cloro (Cl) y también
algunos otros metales, como el hierro (Fe) y el cobalto, que son necesarios para los organismos
vivos, aunque en pequeñas cantidades.
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Los movimientos de las sustancias inorgánicas constituyen lo que se denominan ciclos
biogeoquímicos, debido a que abarcan elementos constitutivos del ecosistema que pueden ser
objeto de estudio tanto de Geología como de la Biología. Las divisiones del entorno geológico son:
la atmósfera
la corteza sólida de la tierra
los océanos, lagos y ríos
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Los componentes biológicos de los ciclos biogeoquímicos incluyen los productores, consumidores
y detritívoros (tanto los carroñeros, como los descomponedores).
Como resultado del trabajo metabólico de los descomponedores, se liberan sustancias inorgánicas
de los compuestos orgánicos y retornando de esta manera al suelo o al agua. Desde allí, los
materiales inorgánicos pasan nuevamente a los tejidos de los productores, donde prosiguen hacia
los consumidores y luego a los detritívoros, a partir de los cuales retornan nuevamente a los
productores, iniciándose de esta manera el ciclo.