El flujo de energía en los ecosistemas
En un potrero de Guanacaste, los pastos captan energía del Sol durante todo el verano. Si usted pudiera medir cuánta de esa energía llega a un gavilán que caza lagartijas en ese mismo potrero, le sorprendería lo poca que es: por cada 1.000 unidades de energía que entran en las plantas, al gavilán le llega aproximadamente una. ¿Por qué se pierde tanta energía en el camino? Esa es la clave para entender cómo funciona un ecosistema.
Productores y productividad primaria
Los productores son los organismos fotosintéticos: plantas, algas y fitoplancton. Capturan la energía de la luz solar y la guardan en moléculas orgánicas (azúcares). A esa energía fijada por unidad de superficie y de tiempo se le llama productividad primaria. Se mide en kJ/m²·año, kcal/m²·año o g/m²·año.
Pero los productores también respiran: igual que usted, rompen parte de sus azúcares en la respiración celular para obtener energía útil. Por eso se distinguen dos medidas.
¿Por qué cambia la productividad de un ecosistema a otro?
La fotosíntesis necesita luz, agua, CO₂ y nutrimentos, y funciona mejor con temperaturas favorables. Esos factores (luz, agua, temperatura y nutrimentos) hacen que la productividad varíe mucho:
| Ecosistema | Factor que más limita | Productividad |
|---|---|---|
| Bosque lluvioso (Braulio Carrillo) | casi ninguno (mucha luz, agua y calor) | muy alta |
| Manglar del golfo de Nicoya | pocos: mucha agua y luz | alta |
| Bosque seco de Guanacaste (época seca) | agua | baja |
| Mar abierto del Pacífico (lejos de la costa) | nutrientes (nitrógeno, fósforo, hierro) | baja por m² |
Eficiencia fotosintética
No toda la luz que llega a las plantas se convierte en energía disponible. La eficiencia fotosintética es el cociente entre la PPN y la energía lumínica que recibe el productor, expresado en porcentaje: $$\text{eficiencia fotosintética} = \dfrac{\text{PPN}}{\text{energía lumínica recibida}} \times 100\,\%$$ No debe confundirse con la eficiencia ecológica, que compara un nivel trófico con el siguiente.
Defina producción primaria bruta y producción primaria neta, y explique qué parte de la energía fijada por los productores queda realmente disponible para los herbívoros…
Defina producción primaria bruta y producción primaria neta, y explique qué parte de la energía fijada por los productores queda realmente disponible para los herbívoros y qué parte consumen las propias plantas.
Unas praderas fijan $12\,000\ \text{kJ/m}^2$ al año de producción primaria bruta, pero las plantas consumen el $60\ \%$ en su propia respiración. Calcule la producción…
Unas praderas fijan $12\,000\ \text{kJ/m}^2$ al año de producción primaria bruta, pero las plantas consumen el $60\ \%$ en su propia respiración. Calcule la producción primaria neta disponible para el resto del ecosistema y explique en qué se invierte la fracción respirada.
Un encinar y una zona de mar abierto alejada de la costa tienen productividades primarias netas muy distintas. Explique qué es la productividad primaria neta y razone…
Un encinar y una zona de mar abierto alejada de la costa tienen productividades primarias netas muy distintas. Explique qué es la productividad primaria neta y razone qué factores abióticos la limitan en cada uno de estos dos ecosistemas.
Niveles tróficos, redes y desintegradores
Una cadena trófica muestra una sola línea de «quién se come a quién»: pasto → ratón de campo → culebra → lechuza. Pero casi ningún animal come una sola cosa. Las cadenas se entrelazan y forman una red (o trama) alimenticia, que describe mejor al ecosistema real. Las flechas indican hacia dónde viaja la energía: del alimento al que lo come.
Los desintegradores cierran la red: transforman restos de animales, hojarasca y excrementos en nutrientes que los productores vuelven a absorber.
Esto también explica por qué una red con muchas conexiones resiste mejor: si desaparece una especie, los demás consumidores tienen otras presas alternativas.
Defina nivel trófico y construya una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque tropical seco de Guanacaste, indicando a qué nivel pertenece cada eslabón y…
Defina nivel trófico y construya una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque tropical seco de Guanacaste, indicando a qué nivel pertenece cada eslabón y el tipo de alimentación de cada organismo.
Clasifique estos organismos de una dehesa en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: encina, conejo, zorro, buitre, lombriz de tierra y…
Clasifique estos organismos de una dehesa en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: encina, conejo, zorro, buitre, lombriz de tierra y hongo. Justifique cada clasificación.
Diferencie una cadena trófica de una red trófica, y razone por qué los ecosistemas con redes muy entrelazadas resisten mejor la desaparición de una especie que los que…
Diferencie una cadena trófica de una red trófica, y razone por qué los ecosistemas con redes muy entrelazadas resisten mejor la desaparición de una especie que los que tienen cadenas simples y lineales.
La eficiencia de transferencia
No toda la energía de un nivel llega al siguiente. Al porcentaje que sí pasa se le llama eficiencia ecológica de transferencia (o rendimiento ecológico):
Dos transferencias seguidas: $0{,}10 \times 0{,}10 = 0{,}01$, es decir, el $1\%$ de la energía original.
En una pradera, los productores fijan $20\,000\ \text{kcal/m}^2$ al año y los herbívoros asimilan $2\,000\ \text{kcal/m}^2$ en el mismo periodo. Calcule el rendimiento…
En una pradera, los productores fijan $20\,000\ \text{kcal/m}^2$ al año y los herbívoros asimilan $2\,000\ \text{kcal/m}^2$ en el mismo periodo. Calcule el rendimiento ecológico de esa transferencia, expresado en porcentaje.
En un ecosistema los productores fijan $15\,000\ \text{kJ/m}^2$ al año, los herbívoros asimilan $1\,500\ \text{kJ/m}^2$ y los carnívoros $120\ \text{kJ/m}^2$ en el mismo…
En un ecosistema los productores fijan $15\,000\ \text{kJ/m}^2$ al año, los herbívoros asimilan $1\,500\ \text{kJ/m}^2$ y los carnívoros $120\ \text{kJ/m}^2$ en el mismo periodo. Calcule el rendimiento ecológico de cada transferencia y comente si se ajustan a la regla general.
Un ecosistema acuático presenta estas energías anuales por nivel: productores, $50\,000\ \text{kJ}$; herbívoros, $4\,800\ \text{kJ}$; carnívoros, $450\ \text{kJ}$.…
Un ecosistema acuático presenta estas energías anuales por nivel: productores, $50\,000\ \text{kJ}$; herbívoros, $4\,800\ \text{kJ}$; carnívoros, $450\ \text{kJ}$. Calcule el rendimiento de cada transferencia y comente si se ajustan a la regla del $10\ \%$.
De un ecosistema de estepa se conocen estos datos anuales: productores, $10\,000\ \text{kJ/m}^2$; herbívoros, $1\,200\ \text{kJ/m}^2$; carnívoros, $60\ \text{kJ/m}^2$.…
De un ecosistema de estepa se conocen estos datos anuales: productores, $10\,000\ \text{kJ/m}^2$; herbívoros, $1\,200\ \text{kJ/m}^2$; carnívoros, $60\ \text{kJ/m}^2$. Calcule el rendimiento de cada transferencia y razone por qué la segunda es mucho menor, pensando en la digestibilidad de la dieta y en el gasto en actividad de los carnívoros.
De un lago se miden estos flujos anuales: productores, $8\,000\ \text{kJ/m}^2$; herbívoros, $900\ \text{kJ/m}^2$; carnívoros, $110\ \text{kJ/m}^2$; además, los…
De un lago se miden estos flujos anuales: productores, $8\,000\ \text{kJ/m}^2$; herbívoros, $900\ \text{kJ/m}^2$; carnívoros, $110\ \text{kJ/m}^2$; además, los descomponedores reciben $3\,000\ \text{kJ/m}^2$ de restos procedentes de todos los niveles. a) Calcule el rendimiento de las dos transferencias entre niveles. b) Explique qué papel cumplen los descomponedores en el balance energético del lago. c) Prediga qué ocurriría con el ciclo de nutrientes y con los niveles tróficos si los descomponedores desaparecieran.
La pirámide de energía
Si cada transferencia deja pasar solo una pequeña fracción, ¿qué forma tiene la energía disponible por niveles? Si apila un piso por nivel trófico, con el ancho proporcional a la energía, obtiene una pirámide.
Explique, recurriendo al concepto de rendimiento ecológico, por qué las cadenas tróficas de los ecosistemas rara vez tienen más de cuatro o cinco niveles.
Explique, recurriendo al concepto de rendimiento ecológico, por qué las cadenas tróficas de los ecosistemas rara vez tienen más de cuatro o cinco niveles.
Observe la pirámide de energía del esquema: a) Identifique qué nivel trófico ocupa cada piso (A, B, C y D). b) Calcule el valor que falta en el nivel D ($?$) suponiendo…
Observe la pirámide de energía del esquema:
- a) Identifique qué nivel trófico ocupa cada piso (A, B, C y D).
- b) Calcule el valor que falta en el nivel D ($?$) suponiendo que todas las transferencias tienen el mismo rendimiento que la primera.
Pirámides de biomasa y de densidad
La biomasa es la masa de materia viva de un nivel. Disminuye al subir de nivel porque en cada transferencia se pierde energía y, con ella, se puede sostener menos masa viva.
En un muestreo en el mar abierto del Pacífico se registran $4\ \text{g/m}^3$ de fitoplancton y $12\ \text{g/m}^3$ de zooplancton que se alimenta de él. ¿Cómo puede una cantidad tan pequeña de productores sostener a una masa tres veces mayor de consumidores?
Interpretar una tabla con varios ecosistemas
Los datos de energía por nivel suelen presentarse en tablas con más de dos columnas. Para interpretarlas, compare cada columna con la anterior y calcule el porcentaje que pasa de un nivel al siguiente.
| Nivel trófico | Pastizal (kJ/m²·año) | Laguna (kJ/m²·año) | Bosque lluvioso (kJ/m²·año) |
|---|---|---|---|
| Productores | 10.000 | 8.000 | 40.000 |
| Consumidores primarios | 1.000 | 1.200 | 3.600 |
| Consumidores secundarios | 100 | 180 | 400 |
Explique qué es la biomasa de un nivel trófico y por qué, en la mayoría de los ecosistemas terrestres, la biomasa total disminuye al subir de nivel en la cadena trófica.
Explique qué es la biomasa de un nivel trófico y por qué, en la mayoría de los ecosistemas terrestres, la biomasa total disminuye al subir de nivel en la cadena trófica.
Diferencie las pirámides ecológicas de energía, de biomasa y de números. Explique en qué situación la pirámide de biomasa puede aparecer invertida (ponga un ejemplo…
Diferencie las pirámides ecológicas de energía, de biomasa y de números. Explique en qué situación la pirámide de biomasa puede aparecer invertida (ponga un ejemplo marino) y por qué la pirámide de energía no se invierte nunca.
En un robledal, un solo roble puede alimentar a miles de orugas y estas a decenas de pájaros insectívoros. Dibuje con palabras la pirámide de números resultante,…
En un robledal, un solo roble puede alimentar a miles de orugas y estas a decenas de pájaros insectívoros. Dibuje con palabras la pirámide de números resultante, explique por qué aparece «invertida» en su base y razone si también lo estaría la pirámide de biomasa de ese mismo robledal.
Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.
Compare la pirámide de biomasa de un pastizal con la de una zona oceánica de fitoplancton: a) explique por qué la pirámide oceánica puede estar invertida en un instante…
Compare la pirámide de biomasa de un pastizal con la de una zona oceánica de fitoplancton: a) explique por qué la pirámide oceánica puede estar invertida en un instante dado mientras que la del pastizal no; b) razone qué propiedad del fitoplancton (su enorme velocidad de reproducción) lo permite; c) explique por qué la pirámide de energía de ese mismo océano, en cambio, es siempre normal.
Flujo abierto de energía y ciclo de materia
Cascadas tróficas
Como los niveles están conectados, quitar uno afecta a los demás. Si la sobrepesca elimina a los grandes peces depredadores, sus presas (peces más pequeños y herbívoros) aumentan; al haber más herbívoros, comen más algas y estas disminuyen. Este efecto en cadena se llama cascada trófica.
Explique, usando los conceptos de energía útil y de calor disipado, por qué la energía atraviesa el ecosistema en un solo sentido (flujo abierto) mientras que la materia…
Explique, usando los conceptos de energía útil y de calor disipado, por qué la energía atraviesa el ecosistema en un solo sentido (flujo abierto) mientras que la materia puede circular una y otra vez (ciclo cerrado).
Las colonias de aves marinas acumulan guano en las islas donde crían. Explique qué flujo de materia y de energía representa ese guano entre el ecosistema marino y el…
Las colonias de aves marinas acumulan guano en las islas donde crían. Explique qué flujo de materia y de energía representa ese guano entre el ecosistema marino y el terrestre, y qué papel juegan las aves como «vectores» que conectan ambos sistemas.
La sobrepesca elimina a los grandes peces depredadores de una zona costera. Prediga qué ocurrirá con los niveles tróficos inmediatamente inferiores y razone cómo esa…
La sobrepesca elimina a los grandes peces depredadores de una zona costera. Prediga qué ocurrirá con los niveles tróficos inmediatamente inferiores y razone cómo esa «cascada trófica» puede acabar afectando incluso a las algas del fondo.
Suponiendo un rendimiento ecológico del $10\ \%$ en cada transferencia, calcule cuántos kilogramos de productores hacen falta para generar $1\ \text{kg}$ de biomasa de…
Suponiendo un rendimiento ecológico del $10\ \%$ en cada transferencia, calcule cuántos kilogramos de productores hacen falta para generar $1\ \text{kg}$ de biomasa de un depredador situado en el cuarto nivel trófico de una cadena. Comente lo que el resultado implica para la conservación de los grandes depredadores.
Un campo de cultivo fija $20\,000\ \text{kJ/m}^2$ al año. a) Suponiendo un rendimiento del $10\ \%$ por transferencia, calcule cuántos $\text{kJ}$ quedan en forma de…
Un campo de cultivo fija $20\,000\ \text{kJ/m}^2$ al año. a) Suponiendo un rendimiento del $10\ \%$ por transferencia, calcule cuántos $\text{kJ}$ quedan en forma de carne de pollo tras una transferencia (del cultivo al pollo) y qué superficie hace falta para obtener $2\,000\ \text{kJ}$ de esa carne. b) Calcule la superficie necesaria para obtener esas mismas $2\,000\ \text{kJ}$ consumiendo directamente el vegetal. c) Comente lo que la comparación implica para la alimentación de la población mundial.
La frase «coma de niveles tróficos bajos» se usa como consejo ambiental. Analícela científicamente: qué fundamento tiene desde el flujo de energía, qué matices habría…
La frase «coma de niveles tróficos bajos» se usa como consejo ambiental. Analícela científicamente: qué fundamento tiene desde el flujo de energía, qué matices habría que añadir (pesca de especies de nivel bajo pero sobreexplotadas, ganado que pasta en terrenos no aptos para el cultivo) y qué otros factores, además del nivel trófico, determinan el impacto de un alimento.
Vuelva al principio: el gavilán recibe solo 1 de cada 1.000 unidades de energía de las plantas porque está en el cuarto nivel (pasto → saltamontes → lagartija → gavilán). Con la regla del 10 % en cada transferencia: $1.000 \times 0{,}10 \times 0{,}10 \times 0{,}10 = 1$ unidad.