Conceptos Fundamentales de Ecología: Relaciones Tróficas, Dinámica de Ecosistemas y Parámetros Energéticos

Conceptos Básicos de los Ecosistemas

• Biosfera: Conjunto formado por todos los seres vivos que habitan la Tierra.
• Ecosistema: Es un sistema natural integrado por componentes vivos y no vivos que interactúan entre sí.
• Ecosfera: Conjunto formado por todos los ecosistemas que constituyen la Tierra o, lo que es lo mismo, el gran ecosistema planetario.
• Bioma (o Biomasa en el texto): Diferentes ecosistemas que hay en la Tierra.

Relaciones Tróficas

Representan el mecanismo de transferencia energética de unos organismos a otros en forma de alimento; suelen representarse en cadenas tróficas.

• Productores: Forman el primer nivel trófico y son los organismos autótrofos, destacando los fotosintéticos. Los principales organismos fotosintéticos son las plantas superiores en los ecosistemas terrestres y el fitoplancton, constituido por un conjunto de algas microscópicas y cianobacterias que viven flotando a la deriva en las zonas iluminadas marinas.
• Consumidores: Organismos heterótrofos que utilizan la materia orgánica, tomándola directa o indirectamente de los autótrofos para realizar sus funciones vitales por mecanismos respiratorios.
• Descomponedores: Encargados de transformar la materia orgánica en sales minerales que la constituían, con lo que cierran el ciclo de la materia.

Ciclo de la Materia y Flujo de Energía

Los ecosistemas siguen unos principios de sostenibilidad naturales: reciclar al máximo la materia de forma que se obtengan nutrientes, que no escapen a otro lugar, que no se produzcan desechos inutilizables y utilizar la luz solar como fuente de energía.

• El reciclado de la materia: La materia orgánica es biodegradable; se degrada o transforma en materia inorgánica por la acción de los descomponedores. El ciclo de la materia tiende a ser cerrado.
• Flujo de la materia y energía: La energía solar que entra en la cadena trófica por la fotosíntesis se transforma en energía química contenida en la materia orgánica, forma en la que pasa de unos a otros eslabones mediante el alimento y sale en forma de calor. El flujo de la energía es abierto. Además, dicho flujo va disminuyendo desde los productores hasta los últimos niveles con arreglo a la regla del 10%.
• La regla del 10%: Dice que, como regla general, la energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él.

Parámetros Tróficos

Medidas para evaluar tanto la rentabilidad de cada nivel trófico como la de un ecosistema completo.

• Biomasa: Es la cantidad en peso de materia orgánica viva de cualquier nivel trófico o cualquier ecosistema.
• Producción: Este concepto representa la cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico.
  • Producción primaria: Es la energía fijada por los organismos autótrofos.
  • Producción secundaria: Es la correspondiente al resto de los niveles tróficos.
  • Producción bruta (Pb): Es la cantidad de energía fijada en cada nivel trófico por unidad de tiempo.
  • Producción neta (Pn): Es la energía almacenada en cada nivel trófico por unidad de tiempo. Representa el aumento de la biomasa por unidad de tiempo: Pn = Pb - R (siendo R la energía que se consume en la respiración).

Transferencia en la Cadena Trófica

• Primer nivel: Solo un pequeño porcentaje (entre el 2% y el 5%) de la energía solar incidente es aprovechado en el proceso de fotosíntesis y transformado en materia orgánica.
• Resto de los niveles: No toda la energía de alta calidad acumulada por los productores en forma de biomasa se transfiere a los herbívoros, tan solo un 10%.

Productividad, Tiempo de Renovación y Eficiencia

• Productividad: Es la relación que existe entre la producción neta y la biomasa, es decir, entre los intereses y el capital: Pn / B.
• Tiempo de renovación: Es el periodo que tarda en renovarse un nivel trófico o un sistema: B / Pn; se puede medir en días, años, etc.
• Eficiencia: Es el rendimiento de un nivel trófico o de un sistema y se calcula mediante el cociente salida / entradas.
  • La eficiencia de los productores se calcula mediante la relación energía asimilada / energía incidente.
  • El cociente Pn / Pb mide la cantidad de energía incorporada a cada nivel.
  • La rentabilidad de los consumidores se valora en la relación Pn / alimento total ingerido o engorde / alimento ingerido.
  • Eficiencia ecológica: Es la fracción de la producción neta de un nivel trófico que se convierte en producción neta del nivel siguiente, es decir: (Pn / Pn del nivel anterior) × 100. En el caso del ser humano, desde el punto de vista del aprovechamiento energético, es más eficiente una alimentación herbívora; sin embargo, para una alimentación completa es necesario añadir unos 60 g de proteínas al día.

Bioacumulación

Es el proceso de acumulación de sustancias tóxicas, metales pesados o compuestos orgánicos sintéticos en organismos vivos, en concentraciones cada vez mayores y superiores a las registradas en el medio ambiente. Ocurre cuando las sustancias ingeridas no pueden ser descompuestas ni excretadas. Se mide mediante el factor de bioconcentración: la relación existente entre las concentraciones del organismo y las del agua o aire circundante.

Pirámides Ecológicas

• Pirámides de energía: Representan el contenido energético de cada nivel.
• Pirámides de biomasa: Elaboradas en función de la biomasa acumulada en cada nivel (pueden ser invertidas).
• Pirámides de números: Se realizan mediante el recuento del número total de individuos que constituyen cada nivel (pueden ser invertidas).

Factores Limitantes y Producción Primaria

La Ley del Mínimo

El crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante. Esto quiere decir que, si todos los factores y elementos están en cantidades necesarias excepto uno de ellos, este último que escasea se denomina factor limitante.

Principales factores limitantes de la producción primaria: Humedad, temperatura, falta de nutrientes o falta de luz.

Energías Externas de Apoyo o Auxiliares

Energías de procedencia solar que son necesarias para la producción primaria: mueven el ciclo del agua, originan vientos y desplazamientos del agua, condicionan las variaciones de temperatura y las lluvias, etc. También se llaman así a las aportadas por los seres humanos en las explotaciones agrarias para luchar contra los factores limitantes e incrementar su cosecha: uso de maquinaria, sistemas de riego contra la falta de humedad, etc.

Temperatura y Humedad

Estos factores limitan la producción primaria en las áreas continentales, y la eficiencia aumenta al incrementarse ambos parámetros.

Falta de Nutrientes

• Afloramiento: El agua profunda asciende desde el fondo hacia la superficie, arrastrando con ella los nutrientes que fertilizan el fitoplancton.
• Plataformas costeras: Son zonas de productividad elevada porque el oleaje agita los fondos y, además, disponen de los nutrientes que han sido arrastrados por los ríos hasta ellas.

Unidades de Captación

Constituidas por moléculas de clorofila y otros pigmentos fotosintéticos, y por un solo centro de reacción para todos ellos, constituido por una clorofila especial en la que la energía lumínica comienza su transformación en energía química. La disposición de las unidades fotosintéticas constituye en sí misma un factor limitante para el que en la actualidad no existe solución técnica.