Flujo de energía
Introducción
En esta sección se tratará de explicar
la manera por la cual la energía fluye por un ecosistema. La comprensión del
concepto de flujo energético permite comprender el estado de equilibrio de los
ecosistemas, como puede ser afectado por las actividades humanas y la manera en
que las sustancias contaminantes se mueven a través del ecosistema.
Los organismos pueden ser productores o consumidores en
cuanto al flujo de energía a través de un ecosistema. Los productores
convierten la energía ambiental en enlaces de carbono, como los encontrados en
el azúcar glucosa. Los ejemplos más destacados de productores son las plantas;
ellas usan, por medio de la fotosíntesis, la energía de la luz solar para
convertir el dióxido de carbono en glucosa (u otro azúcar).
Las algas y las cianobacterias también
son productores fotosintetizadores, como las plantas. Otros
productores son las bacterias que viven en algunas profundidades oceánicas.
Estas bacterias toman la energía de productos químicos provenientes del
interior de la Tierra y con ella producen azúcares. Otras bacterias que viven
bajo tierra también pueden producir azúcares usando la energía de sustancias
inorgánicas. Otro término para productores es autótrofos.
Los consumidores obtienen
su energía de los enlaces de carbono originados por los productores. Otro
término para un consumidor es heterótrofo. Es posible distinguir
4 tipos de heterótrofos en base a lo que comen:
|
Consumidor
|
Nivel
trófico
|
Fuente
alimenticia
|
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1.
Herbívoros
|
primario
|
plantas
|
|
2.
Carnívoros
|
secundario
o superior
|
animales
|
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3.
Omnívoros
|
todos los
niveles
|
plantas y
animales
|
|
4.
Detritívoros
|
---------------
|
detrito
|
El nivel trófico se
refiere a la posición de los organismos en la cadena alimenticia, estando los
autótrofos en la base. Un organismo que se alimente de autótrofos es llamado herbívoro o consumidor
primario; uno que coma herbívoros es un carnívoro o consumidor
secundario. Un carnívoro que coma carnívoros que se alimentan de herbívoros
es un consumidor terciario, y así sucesivamente.
Es importante observar que muchos
animales no tienen dietas especializadas. Los omnívoros (como
los humanos) comen tanto animales como plantas. Igualmente, los carnívoros
(excepto algunos muy especializados) no limitan su dieta sólo a organismos de
un nivel trófico. Las ranas y sapos, por ejemplo, no discriminan entre insectos
herbívoros y carnívoros; si es del tamaño adecuado y se encuentra a una
distancia apropiada, la rana lo capturará para comérselo sin que importe el
nivel trófico.
Flujo de Energía a través del Ecosistema
El diagrama anterior muestra como la
energía (flechas oscuras) y los nutrientes inorgánicos (flechas claras) fluyen
a través del ecosistema. Debemos, primeramente, aclarar algunos conceptos. La
energía "fluye" a través del ecosistema como enlaces carbono-carbono.
Cuando ocurre respiración, los enlaces carbono-carbono se rompen y el carbono
se combina con el oxígeno para formar dióxido de carbono (CO2). Este
proceso libera energía, la que es usada por el organismo (para mover sus
músculos, digerir alimento, excretar desechos, pensar, etc.) o perdida en forma
de calor. Las flechas oscuras en el diagrama representa el movimiento de esta
energía. Observe que toda la energía proviene del sol, y que el destino final
de toda la energía es perderse en forma de calor. ¡La energía no se recicla en
los ecosistemas!
Los nutrientes inorgánicos son el otro
componente mostrado en el diagrama. Ellos son inorgánicos debido a que no
contienen uniones carbono-carbono. Algunos de estos nutrientes inorgánicos son
el fósforo en sus dientes, huesos y membranas celulares; el nitrógeno en sus
aminoácidos (las piezas básicas de las proteínas); y el hierro en su sangre
(para nombrar solamente unos pocos nutrientes inorgánicos). El flujo de los
nutrientes se representa con flechas claras. Observe que los autótrofos
obtienen estos nutrientes inorgánicos del 'almacén' de nutrientes inorgánicos
(usualmente el suelo o el agua que rodea la planta). Estos nutrientes
inorgánicos son pasados de organismo a organismo cuando uno es consumido por otro.
Al final, todos los organismos mueren y se convierten en detrito, alimento para
los descomponedores. En esta etapa, la energía restante es extraída (y perdida
como calor) y los nutrientes inorgánicos son regresados al suelo o agua para ser
utilizados de nuevo. Los nutrientes inorgánicos son reciclados, la energía
no.
Para resumir: En el flujo de energía y
de nutrientes inorgánicos, es posible hacer algunas generalizaciones:
- La
fuente primaria (en la mayoría de los ecosistemas) de energía es el sol.
- El destino
final de la energía en los ecosistemas es perderse como calor.
- La
energía y los nutrientes pasan de un organismo a otro a través de la
cadena alimenticia a medida que un organismo se come a otro.
- Los
descomponedores extraen la energía que permanece en los restos de los organismos.
- Los
nutrientes inorgánicos son reciclados pero la energía no.
Cadenas y Redes Alimenticias
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 ---> saltamontes --> ratón --->
culebra ---> halcón
Aun 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. Aun cuando muchos organismos
tienen dietas muy especializadas (como es el caso de los osos hormigueros), en
la mayoría no sucede así. Los halcones 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, como se muestra a continuación:
Solamente cuando vemos una
representación de una red alimenticia como la anterior, es que la definición
dada arriba de cadena alimenticia tiene sentido. Podemos ver que una red
alimenticia consiste de cadenas alimenticias interrelacionadas, y la única manera
de desenredar las cadenas es de seguir el curso de una cadena hacia atrás hasta
llegar a la fuente.
La red alimenticia anterior consiste de cadenas
alimenticias de pastoreo ya que en la base se encuentran productores
que son consumidos por herbívoros. Aun cuando este tipo de cadenas es
importante, en la naturaleza son más comunes las cadenas alimenticias
con base en los detritos en las cuales se encuentran descomponedores
en la base.
Pirámides
Un concepto muy importante es el de biomasa.
Un principio general es que, mientras más alejado esté un nivel trófico de su
fuente (detrito o productor), menos biomasa contendrá (aquí entendemos por
biomasa al peso combinado de todos los organismos en el nivel trófico). Esta
reducción en la biomasa se debe a varias razones:
- no
todos los organismos en los niveles inferiores son comidos
- no todo
lo que es comido es digerido
- siempre
se pierde energía en forma de calor
Es importante recordar que es más fácil
detectar la disminución en el número si lo vemos en términos de biomasa. No es
confiable el número de organismos en este caso debido a la gran variación en la
biomasa de organismos individuales. Por ejemplo, algunos animales
pequeños se alimentan de los frutos de árboles. En términos de peso combinado,
los árboles de un bosque superan a los animales pero, de hecho, hay más
individuos de los animales que de los árboles; ahora bien, un árbol individual
puede ser muy grande, con un peso de cientos de kilos, mientras que un animal
individual (en el caso que estamos analizando) puede pesar, quizás, un kilo.
Hay unas pocas excepciones al esquema
de pirámide de biomasa. Una de ellas se encuentra en sistemas acuáticos donde
las algas pueden ser superadas, en número y en masa, por los organismos que se
alimentan de las algas. Las algas pueden soportar la mayor biomasa del
siguiente nivel trófico solamente porque ellas pueden reproducirse tan rápidamente
como son comidas. De esta manera, ellas nunca son completamente consumidas. Es
interesante notar que esta excepción a la regla de la pirámide de biomasa
también es una excepción parcial a por lo menos 2 de las 3 razones para la
pirámide de biomasa dadas arriba. Aunque no todas las algas son consumidas, sí
lo son la mayoría de ellas, y aunque no son totalmente digeribles, las algas
son, en términos generales, mucho más nutritivas que las plantas leñosas (la
mayoría de los organismos no pueden digerir la madera y extraer energía de
ella).
La magnificación biológica es
la tendencia de los contaminantes a concentrarse en niveles tróficos sucesivos.
Con mucha frecuencia, esto va en detrimento de los organismos en los cuales se
concentran estos materiales ya que casi siempre las sustancias contaminantes
son tóxicas.
La biomagnificación sucede cuando los
organismos en la base de la cadena alimenticia concentran el material por
encima de su concentración en el suelo o agua que los rodea. Como vimos antes,
los productores toman los nutrientes inorgánicos de su ambiente. Ya que una
deficiencia de estos nutrientes puede limitar el crecimiento del productor, los
productores harán el mayor esfuerzo para obtener los nutrientes; con
frecuencia, gastan considerable energía para incorporarlos en sus cuerpos y,
aún incorporar más de lo necesario en el momento y lo almacenan. El problema se
presenta cuando un producto contaminante, como el DDT o mercurio, se presenta
en el ambiente. Estos contaminantes se asemejan, químicamente, a nutrientes
inorgánicos esenciales por lo que son incorporados y almacenados "por
error". Este es el primer paso en la biomagnificación; el contaminante se
encuentra a una concentración mayor dentro del productor que en el ambiente.
La segunda etapa de la biomagnificación
sucede cuando es comido el productor. En nuestra discusión sobre la pirámide de
biomasa vimos que relativamente poca energía pasa de un nivel trófico al
siguiente. Esto significa que un consumidor (de cualquier nivel) tiene que
consumir mucha biomasa del nivel trófico inferior. Si esa biomasa contiene el
contaminante, éste será consumido en grandes cantidades por el consumidor. Los
contaminantes que se biomagnifican tienen otra característica: no solamente son
adquiridos por los productores sino que, también son absorbidos y almacenados
en los cuerpos de los consumidores. Esto sucede con frecuencia con
contaminantes solubles en grasas como el DDT o los PCB. Estos materiales son
adquiridos a través de los productores y se mueven a la grasa de los
consumidores. Si el consumidor es capturado y comido, su grasa es digerida y el
contaminante se traslada a la grasa del nuevo consumidor. De esta manera,
aumenta la concentración del contaminante en los tejidos grasos de los
consumidores. Usualmente los contaminantes solubles en agua no puede
biomagnificarse de esta manera debido a que se disuelven en los fluidos
corporales del consumidor. Ya que todos los organismos pierden agua al
ambiente, los contaminantes se pierden junto con el agua. Pero, la grasa no se
pierde.
El "mejor" ejemplo de
biomagnificación es la del DDT. Este pesticida (insecticida) de larga duración
permitió mejorías en la salud humana en muchos países por eliminación de
insectos como los mosquitos que transmiten enfermedades. El DDT es efectivo
debido a que no se descompone en el ambiente; es tomado por los organismos del
ambiente e incorporado en su grasa. En muchos organismos (incluyendo humanos),
no hace un daño real pero, sin embargo, en otros el DDT es letal o puede tener
efectos a largo plazo más insidiosos. Por ejemplo, en las aves el DDT
interfiere con el depósito de calcio en las cáscaras de los huevos. Los huevos
puestos son muy suaves y se rompen fácilmente; las aves afectadas de esta
manera no son capaces de reproducirse y esto causa una reducción en el número
de ellas. Estos casos eran tan claros en 1960 que llevaron a la científica
Rachel Carson a postular una "primavera silenciosa" sin el canto de
las aves. Su libro "Silent Spring" condujo a la prohibición
del DDT, la búsqueda de pesticidas que no biomagnifiquen, y el nacimiento del
movimiento ambiental "moderno". Luego de esta prohibición, algunas
aves como el águila calva de Estados Unidos, ha podido recuperarse.
Irónicamente, muchos de los pesticidas que reemplazaron al DDT son más
peligrosos para los humanos.
Resumen:
Para que haya biomagnificación de un
contaminante, deben darse las siguientes condiciones:
- El
contaminante debe tener una larga vida.
- El
contaminante debe ser concentrado por los productores.
- El
contaminante debe ser soluble en grasa.
La civilización humana depende de la
agricultura. Solamente con la agricultura podrían unas pocas personas alimentar
al resto de la población; el resto de la población que no tiene que producir
alimentos puede entonces dedicarse a hacer todas las cosas que asociamos con
"civilización". Agricultura significa manipular el ambiente para
favorecer las especies de plantas que comemos. En esencia, los humanos
manipulamos la competencia, permitiendo que prosperen las especies favorecidas
(cultivos) y reprimiendo aquellas especies que podrían competir con ellas
(malezas). Es decir, con la agricultura estamos creando un ecosistema muy
simple; como mucho, solamente tiene tres niveles - productores (cultivos),
consumidores primarios (ganado, humanos) y consumidores secundarios (humanos).
Con esto, poca energía se pierde antes de llegar a los humanos ya que hay muy
pocos niveles tróficos.
Esto es bueno para los humanos pero,
¿qué tipo de "ecosistema" hemos creado? Los ecosistemas agrícolas
tienen varios problemas. En primer lugar, creamos monocultivos (campos
con un solo cultivo); esto hace más fácil sembrar, desyerbar, y cosechar, pero
también coloca muchas plantas similares en un área pequeña, creando una
situación ideal para las enfermedades y las plagas de insectos. En los
ecosistemas naturales, las plantas de una especie están, con frecuencia,
esparcidas. Los insectos, que comúnmente se especializan en alimentarse de una
especie vegetal en particular, tienen problemas en encontrar las plantas
esparcidas. Sin alimento, las poblaciones de insectos se mantienen a raya.
Ahora bien, en un campo de maíz, aún el insecto más inepto puede encontrar una
nueva planta con un simple salto. Igualmente, las enfermedades se diseminan más
fácilmente si las plantas están próximas. Es necesario usar muchos productos
químicos (pesticidas) para mantener el monocultivo.
Otro problema con la agricultura humana
es que dependemos de relativamente pocas especies vegetales alimenticias. Si en
un año fallan, a nivel mundial, los cultivos de maíz y arroz, nos veríamos en apuros
para alimentar a todo el mundo (aunque hay que reconocer que tampoco estamos
haciendo un buen trabajo ahora). Los ecosistemas naturales usualmente tienen
fuentes alternativas de alimento en caso de que una fuente falte.
Finalmente, un problema asociado con los
agros ecosistemas es el problema del reciclaje de los nutrientes inorgánicos.
En un ecosistema natural, cuando una planta muere cae al suelo y se descompone,
y sus nutrientes inorgánicos son regresados al suelo del que fueron tomados. En
agricultura, sin embargo, cosechamos el cultivo, llevamos lejos la cosecha y,
al final, los eliminamos por los sistemas sanitarios siendo arrastrados por los
ríos hacia el océano. Aparte del problema de contaminación del agua que esto
crea, es obvio que los nutrientes no son regresados a los campos. Ellos tienen
que ser repuestos por medio de fertilizantes químicos, lo que significa
minería, transportación, electricidad, etc., sin olvidar que los fertilizantes
químicos tienden a disolverse y contaminar, aún más, las aguas.
Se dispone de algunas soluciones a
estos problemas pero, al mismo tiempo, ellas crean nuevos problemas. La
agricultura de labranza cero usa herbicidas para eliminar las malezas; entonces
se siembra el cultivo a través de las plantas muertas sin labrar el suelo. Esto
reduce la erosión del suelo pero los mismos herbicidas pueden dañar los
ecosistemas. En muchas áreas se ha usado las aguas servidas de ciudades para
que sirvan de fertilizantes. Esto reduce las necesidades de fertilizantes
químicos pero requiere de demasiada energía para transportar el material.
Además, si no se tiene cuidados, productos como químicos para el hogar y
metales pesados pueden contaminar esos productos que se biomagnificarían en los
cultivos que luego nos comeríamos.
Bibliografia: http://www.jmarcano.com/nociones/trofico2.html
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