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3° básico · Ciencias Naturales
Ecología y sostenibilidad · La dinámica de los ecosistemas

El flujo de energía en los ecosistemas

Te conviene dominar: Los componentes del ecosistema (1° básico (Ciclo Básico))
Te conviene dominar: Los componentes del ecosistema (2° básico (Ciclo Básico))

En una milpa de Chimaltenango, las plantas de maíz captan energía del Sol durante toda la temporada de lluvias. Si pudieras medir cuánta de esa energía llega a un gavilán que caza culebras que se comen a los ratones de esa misma milpa, te 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 tú, gastan parte de esa energía en la respiración celular. Solo lo que les sobra queda disponible para el resto del ecosistema.

Diagrama de balance: la productividad primaria bruta (PPB) de los productores se reparte en la energía que gastan en su respiración y la productividad primaria neta (PPN) que queda disponible. PPB: energía fijada total productores R PPB − R respiración PPN disponible

¿Por qué cambia la productividad de un ecosistema a otro?

La fotosíntesis necesita luz, agua y CO₂, y funciona mejor con temperaturas favorables. Por eso la productividad varía mucho:

Ecosistema Factor que más limita Productividad
Selva tropical del Petén casi ninguno (mucha luz, agua y calor) muy alta
Humedales del Río Dulce pocos: mucha agua y luz alta
Corredor Seco (oriente del país) agua muy baja
Mar abierto (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.

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Explica, 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…

Explica, 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).

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Niveles tróficos, redes y descomponedores

Una cadena trófica muestra una sola línea de «quién se come a quién»: pasto → ratón de campo → culebra → gavilán. Pero casi ningún animal come una sola cosa. Las cadenas se entrelazan y forman una red trófica (o red alimentaria), que describe mejor al ecosistema real. Las flechas indican hacia dónde viaja la energía: del alimento al que lo come.

Los descomponedores cierran la red: transforman restos de animales, hojarasca y excrementos en nutrientes que los productores vuelven a absorber.

Todo ecosistema tiene dos partes. La biocenosis es el conjunto de seres vivos y sus roles tróficos (productores, consumidores y descomponedores). El biotopo son los componentes físicos y químicos donde viven: suelo, agua, luz, temperatura, aire y minerales. La energía y la materia pasan de uno a otro.

Esto también explica por qué una red con muchas conexiones resiste mejor: si desaparece una especie, los demás consumidores tienen otras presas alternativas.

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Define nivel trófico y construye una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque de pino-encino de las tierras altas de Guatemala, indicando a qué nivel…

Define nivel trófico y construye una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque de pino-encino de las tierras altas de Guatemala, indicando a qué nivel pertenece cada eslabón y el tipo de alimentación de cada organismo.

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Clasifica estos organismos de un bosque de pino-encino en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: encino, conejo, zorro, zopilote,…

Clasifica estos organismos de un bosque de pino-encino en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: encino, conejo, zorro, zopilote, lombriz de tierra y hongo. Justifica cada clasificación.

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Diferencia una cadena trófica de una red trófica, y razona por qué los ecosistemas con redes muy entrelazadas resisten mejor la desaparición de una especie que los que…

Diferencia una cadena trófica de una red trófica, y razona por qué los ecosistemas con redes muy entrelazadas resisten mejor la desaparición de una especie que los que tienen cadenas simples y lineales.

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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):

Regla del 10 %: de los productores a los herbívoros y de los herbívoros a los carnívoros pasa aproximadamente el 10 % de la energía en cada transferencia. productor 10% herbívoro 10% carnívoro

Dos transferencias seguidas: $0.10 \times 0.10 = 0.01$, es decir, el $1\%$ de la energía original.

La pirámide de energía

Si cada transferencia deja pasar solo una pequeña fracción, ¿qué forma tiene la energía disponible por niveles? Si apilas un piso por nivel trófico, con el ancho proporcional a la energía, obtienes una pirámide.

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Explica 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.

Explica 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.

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Pirámides de biomasa y de números

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 mar abierto 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?

Dos pirámides de biomasa: en un pastizal la biomasa disminuye hacia los niveles superiores; en el fitoplancton marino la biomasa de los productores (4 g/m³) es menor que la de los consumidores primarios (12 g/m³), y la pirámide aparece invertida. Productores Consumidores 1.º Consumidores 2.º pastizal: normal 12 g/m³ 4 g/m³ fitoplancton: biomasa invertida
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Explica 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.

Explica 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.

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Flujo abierto de energía y ciclo de materia

Esquema comparativo: la energía fluye en una sola dirección, del Sol al calor disipado, mientras que la materia recorre un ciclo cerrado que se repite. energía: flujo abierto (sol → calor) sol calor materia: ciclo cerrado

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.

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Explica, 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…

Explica, 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).

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Las colonias de aves marinas acumulan guano en las islas donde crían. Explica 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. Explica 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.

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La sobrepesca elimina a los grandes peces depredadores de una zona costera. Predice qué ocurrirá con los niveles tróficos inmediatamente inferiores y razona cómo esa…

La sobrepesca elimina a los grandes peces depredadores de una zona costera. Predice qué ocurrirá con los niveles tróficos inmediatamente inferiores y razona cómo esa «cascada trófica» puede acabar afectando incluso a las algas del fondo.

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Se introducen truchas en una laguna de alta montaña que carecía de peces y albergaba abundantes anfibios y grandes crustáceos planctónicos. a) Predice qué ocurrirá con…

Se introducen truchas en una laguna de alta montaña que carecía de peces y albergaba abundantes anfibios y grandes crustáceos planctónicos. a) Predice qué ocurrirá con las poblaciones de anfibios y de zooplancton. b) Razona cómo el cambio en el zooplancton puede repercutir en el fitoplancton y en la claridad del agua (cascada trófica). c) Argumenta qué debería hacerse desde la gestión ambiental y por qué estas introducciones deportivas fueron habituales durante décadas.

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La frase «come de niveles tróficos bajos» se usa como consejo ambiental. Analízala científicamente: qué fundamento tiene desde el flujo de energía, qué matices habría…

La frase «come de niveles tróficos bajos» se usa como consejo ambiental. Analízala 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 potreros no aptos para el cultivo) y qué otros factores, además del nivel trófico, determinan el impacto de un alimento.

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Vuelve al principio: el gavilán recibe solo 1 de cada 1,000 unidades de energía de las plantas porque está en el cuarto nivel (maíz → insecto o ratón → culebra o ave pequeña → gavilán). Con la regla del 10 % en cada transferencia: $1{,}000 \times 0.10 \times 0.10 \times 0.10 = 1$ unidad.

Resumen

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