El flujo de energía en los ecosistemas
En una milpa de Chalatenango, las plantas de maíz captan energía del Sol durante toda la época lluviosa. Si pudieras medir cuánta de esa energía llega a un gavilán que caza ratones en 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 vos, 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 nuboso de Montecristo | casi ninguno (mucha humedad y luz) | muy alta |
| Manglar de la bahía de Jiquilisco | pocos: mucha agua y luz | alta |
| Bosque seco en la época seca | agua | 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.
Definí producción primaria bruta y producción primaria neta, y explicá qué parte de la energía fijada por los productores queda realmente disponible para los herbívoros…
Definí producción primaria bruta y producción primaria neta, y explicá 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. Calculá 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. Calculá la producción primaria neta disponible para el resto del ecosistema y explicá 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. Explicá qué es la productividad primaria neta y razoná qué…
Un encinar y una zona de mar abierto alejada de la costa tienen productividades primarias netas muy distintas. Explicá qué es la productividad primaria neta y razoná qué factores abióticos la limitan en cada uno de estos dos ecosistemas.
Niveles tróficos, redes y descomponedores
Una cadena trófica muestra una sola línea de «quién se come a quién»: pasto → conejo → zorro → águila. 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.
Definí nivel trófico y construí una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque de pino y encino de El Salvador, indicando a qué nivel pertenece cada eslabón…
Definí nivel trófico y construí una cadena trófica de cuatro eslabones propia de un bosque de pino y encino de El Salvador, indicando a qué nivel pertenece cada eslabón y el tipo de alimentación de cada organismo.
Clasificá estos organismos de un bosque seco (como los que hay en El Salvador) en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: roble,…
Clasificá estos organismos de un bosque seco (como los que hay en El Salvador) en productores, consumidores (indicando su nivel trófico) y descomponedores: roble, conejo, zorro, zopilote, lombriz de tierra y hongo. Justificá cada clasificación.
Diferenciá una cadena trófica de una red trófica, y razoná por qué los ecosistemas con redes muy entrelazadas resisten mejor la desaparición de una especie que los que…
Diferenciá una cadena trófica de una red trófica, y razoná 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. Calculá 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. Calculá 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. Calculá el rendimiento ecológico de cada transferencia y comentá 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, $450\ \text{kJ}$. Calculá el rendimiento de cada transferencia y comentá 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, $60\ \text{kJ/m}^2$. Calculá el rendimiento de cada transferencia y razoná 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) Calculá el rendimiento de las dos transferencias entre niveles. b) Explicá qué papel cumplen los descomponedores en el balance energético del lago. c) Predecí 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 apilás un piso por nivel trófico, con el ancho proporcional a la energía, obtenés una pirámide.
Explicá, recurriendo al concepto de rendimiento ecológico, por qué las cadenas tróficas de los ecosistemas rara vez tienen más de cuatro o cinco niveles.
Explicá, recurriendo al concepto de rendimiento ecológico, por qué las cadenas tróficas de los ecosistemas rara vez tienen más de cuatro o cinco niveles.
Fijate en la pirámide de energía del esquema: a) Identificá qué nivel trófico ocupa cada piso (A, B, C y D). b) Calculá el valor que falta en el nivel D ($?$) suponiendo…
Fijate en la pirámide de energía del esquema:
- a) Identificá qué nivel trófico ocupa cada piso (A, B, C y D).
- b) Calculá 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 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 frente a la costa salvadoreña (datos inventados con fines de práctica) 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?
Explicá 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.
Explicá 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.
Diferenciá las pirámides ecológicas de energía, de biomasa y de números. Explicá en qué situación la pirámide de biomasa puede aparecer invertida (poné un ejemplo…
Diferenciá las pirámides ecológicas de energía, de biomasa y de números. Explicá en qué situación la pirámide de biomasa puede aparecer invertida (poné un ejemplo marino) y por qué la pirámide de energía no se invierte nunca.
En un encinar, una sola encina puede alimentar a miles de orugas y estas a decenas de páridos. Dibujá con palabras la pirámide de números resultante, explicá por qué…
En un encinar, una sola encina puede alimentar a miles de orugas y estas a decenas de páridos. Dibujá con palabras la pirámide de números resultante, explicá por qué aparece «invertida» en su base y razoná si también lo estaría la pirámide de biomasa de ese mismo encinar.
Podés hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.
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.
Explicá, 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…
Explicá, 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 anidan. Explicá 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 anidan. Explicá 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.
Suponiendo un rendimiento ecológico del $10\ \%$ en cada transferencia, calculá cuántos kilogramos de productores hacen falta para generar $1\ \text{kg}$ de biomasa de…
Suponiendo un rendimiento ecológico del $10\ \%$ en cada transferencia, calculá 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. Comentá 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, calculá 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, calculá 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) Calculá la superficie necesaria para obtener esas mismas $2\,000\ \text{kJ}$ consumiendo directamente el vegetal. c) Comentá lo que la comparación implica para la alimentación de la población mundial.
La frase «comé de niveles tróficos bajos» se usa como consejo ambiental. Analizala científicamente: qué fundamento tiene desde el flujo de energía, qué matices habría…
La frase «comé de niveles tróficos bajos» se usa como consejo ambiental. Analizala 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.
Volvé 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.