El flujo de energía en los ecosistemas
En una milpa de maíz de Estelí, las plantas captan energía del Sol durante todo el verano. Si pudieras medir cuánta de esa energía llega a un gavilán que caza ratones en ese mismo campo, 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.
Conceptos básicos de ecología
La ecología estudia las relaciones de los seres vivos entre sí y con el ambiente donde viven. Sirve para entender cómo se cuida la Madre Tierra: si no sabes cómo funciona un bosque o un lago, no puedes protegerlo.
El hábitat es el lugar donde vive una especie (el guardabarranco vive en bosques y cafetales). El nicho ecológico es el papel que cumple: qué come, cuándo, con quién compite y qué aporta al ecosistema.
Los seres vivos se organizan en niveles, de lo pequeño a lo grande:
Una población son los individuos de una especie en un lugar (los monos congos de un bosque). Una comunidad reúne todas las poblaciones que conviven allí. La comunidad junto con su ambiente forma la ecósfera (ecosistema), y todos los ecosistemas del planeta forman la biosfera.
En un ecosistema hay factores bióticos (los seres vivos: plantas, animales, hongos, bacterias) y factores abióticos (los que no tienen vida: luz, temperatura, agua, suelo, viento).
Clasifica estos organismos de un bosque seco (tipo dehesa) en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: encina, conejo, zorro, buitre,…
Clasifica estos organismos de un bosque seco (tipo dehesa) en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: encina, conejo, zorro, buitre, lombriz de tierra y hongo. Justifica cada clasificación.
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, 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 y CO₂, y funciona mejor con temperaturas favorables. Por eso la productividad varía mucho:
| Ecosistema | Factor que más limita | Productividad |
|---|---|---|
| Bosque húmedo de Indio Maíz | casi ninguno (mucha luz, agua y calor) | muy alta |
| Humedales del río San Juan | pocos: mucha agua y luz | alta |
| Bosque seco del Corredor Seco (época seca) | agua | muy baja |
| Mar Caribe 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.
Niveles tróficos, redes y descomponedores
Una cadena trófica muestra una sola línea de «quién se come a quién»: pasto → ratón → culebra → lechuza. 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.
Esto también explica por qué una red con muchas conexiones resiste mejor: si desaparece una especie, los demás consumidores tienen otras presas alternativas.
Define nivel trófico y construye una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque seco tropical del Pacífico de Nicaragua, indicando a qué nivel pertenece cada…
Define nivel trófico y construye una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque seco tropical del Pacífico de Nicaragua, indicando a qué nivel pertenece cada eslabón y el tipo de alimentación de cada organismo.
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.
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. Calcula 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. Calcula 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. Calcula el rendimiento ecológico de cada transferencia y comenta 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, $450\ \text{kJ}$. Calcula el rendimiento de cada transferencia y comenta 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, $60\ \text{kJ/m}^2$. Calcula el rendimiento de cada transferencia y razona 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) Calcula el rendimiento de las dos transferencias entre niveles. b) Explica qué papel cumplen los descomponedores en el balance energético del lago. c) Predice 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 apilas un piso por nivel trófico, con el ancho proporcional a la energía, obtienes una pirámide.
Explica, recurriendo al concepto de rendimiento ecológico, por qué las cadenas tróficas de los ecosistemas rara vez tienen más de cuatro o cinco niveles.
Explica, recurriendo al concepto de rendimiento ecológico, por qué las cadenas tróficas de los ecosistemas rara vez tienen más de cuatro o cinco niveles.
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 el Mar Caribe 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?
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.
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.
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).
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.
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.
Suponiendo un rendimiento ecológico del $10\ \%$ en cada transferencia, calcula cuántos kilogramos de productores hacen falta para generar $1\ \text{kg}$ de biomasa de…
Suponiendo un rendimiento ecológico del $10\ \%$ en cada transferencia, calcula 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. Comenta lo que el resultado implica para la conservación de los grandes depredadores.
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.
Un campo de cultivo fija $20\,000\ \text{kJ/m}^2$ al año. a) Suponiendo un rendimiento del $10\ \%$ por transferencia, calcula 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, calcula 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) Calcula la superficie necesaria para obtener esas mismas $2\,000\ \text{kJ}$ consumiendo directamente el vegetal. c) Comenta lo que la comparación implica para la alimentación de la población mundial.
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 pastizales no aptos para el cultivo) y qué otros factores, además del nivel trófico, determinan el impacto de un alimento.
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.