Ecosistemes i Flux d'Energia: Cadenes i Xarxes Tròfiques

Introducció

La biosfera és el conjunt format per tots els éssers vius que habiten la Terra. Des d'un punt de vista termodinàmic, la biosfera es pot considerar un sistema obert, ja que intercanvia matèria i energia amb l'entorn. L'energia solar que hi entra es transforma en matèria orgànica mitjançant el procés de fotosíntesi.

Un ecosistema és un sistema natural integrat per components vius i no vius que interactuen entre si. Segons aquesta definició, un ecosistema o sistema ecològic és qualsevol àrea de la natura en la qual existeixen uns components biòtics (vegetals, animals i microorganismes) que es relacionen entre si; i altres components abiòtics (humitat, temperatura, gasos, nutrients, salinitat i tipus de terra) que interactuen amb els components biòtics, condicionant-ne o limitant-ne l'existència.

L'ecosfera és el conjunt format per tots els ecosistemes que constitueixen la Terra, o, el que és el mateix, l'ecosfera és el gran ecosistema planetari. L'ecosfera es considera com un sistema tancat des d'un punt de vista termodinàmic, ja que és obert per a l'energia (hi entra energia solar i en surt calor) i tancat per a la matèria.

Els biomes són els diferents ecosistemes que hi ha a la Terra. La selva tropical, el bosc temperat, el desert, la taigà, la tundra i la sabana són els principals biomes terrestres.

Relacions tròfiques

Les relacions tròfiques representen el mecanisme de transferència energètica d'uns organismes a altres en forma d'aliment.

A. Productors

Constitueixen el primer nivell tròfic i són els organismes autòtrofs. Entre ells destaquen els fotosintètics. Els organismes autòtrofs es divideixen en:

• Fotosintètics: Dependents de la llum.
• Quimiosintètics: Independents de la llum. L'energia necessària per a la síntesi de matèria orgànica l'obtenen a partir de l'oxidació de certes molècules inorgàniques (compostos de sofre, nitrogen, ferro, etc.).

Els principals organismes fotosintètics són les plantes superiors en els ecosistemes terrestres, i el fitoplàncton, constituït per un conjunt d'algues microscòpiques i cianobacteris, que viuen flotant a la deriva a les zones il·luminades marines. Part de la matèria orgànica sintetitzada és utilitzada pels propis organismes fotosintètics per al procés de la respiració. La respiració suposa una degradació de l'energia que, després de ser utilitzada en els processos vitals, es transforma en calor.

B. Consumidors

Dins dels consumidors es poden distingir:

• Herbívors o consumidors primaris: s'alimenten dels productors i constitueixen el segon nivell.
• Carnívors o consumidors secundaris: s'alimenten dels herbívors i constitueixen el tercer nivell.
• Carnívors finals: s'alimenten dels carnívors i constitueixen el quart nivell.

Encara que fins aquí hem parlat de les cadenes tròfiques, seria més propi parlar de xarxes tròfiques, ja que cada nivell sol tenir ramificacions, com els omnívors, carronyaires o necròfags, i els sapròfits o detritívors.

C. Descomponedors

Constitueixen un tipus especial d'organismes detritívors que s'encarreguen de transformar la matèria orgànica en les sals minerals que la constituïen, amb la qual cosa tanquen el cicle de la matèria.

Cicle de matèria i flux d'energia

A. Reciclatge de la matèria

La matèria és biodegradable, cosa que significa que pot ser degradada i transformada en matèria inorgànica a causa de l'acció d'uns organismes concrets anomenats descomponedors. El cicle de la matèria tendeix a ser tancat.

B. Flux de l'energia

L'energia solar que entra a la cadena tròfica mitjançant la fotosíntesi és transformada en energia química continguda en la matèria orgànica, forma amb la qual passa d'un nivell a l'altre amb l'aliment, i en surt en forma de calor. El flux de l'energia és obert. Al contrari del que passa amb la matèria, l'energia que passa d'uns nivells a altres no constitueix un cicle tancat, sinó que es tracta d'un flux obert i unidireccional. La regla del 10% diu que, de manera general, «l'energia que passa d'un nivell a un altre és aproximadament el 10% de la que té acumulada». Tota cadena tròfica ha de complir la primera llei de la termodinàmica. El seu flux va disminuint en degradar-se'n part en la respiració i en desprendre's com a calor. Per tant, l'energia entrant a la cadena tròfica és igual a l'acumulada en cada nivell en forma de matèria orgànica, més la despresa com a calor.

C. Paràmetres tròfics

Es denominen paràmetres tròfics les mesures emprades per a avaluar tant el rendiment de cada nivell tròfic com el de l'ecosistema complet.

Biomassa (B)

La biomassa és la quantitat en pes de matèria orgànica viva de qualsevol nivell tròfic. La biomassa es mesura en quilograms, grams, mil·ligrams, etc. Normalment, en calcular-la fem referència a la seva quantitat per unitat d'àrea o volum. En la biomassa s'emmagatzemen grans quantitats d'energia d'alta qualitat en els enllaços químics que uneixen els compostos orgànics dels quals està constituïda. En forma de biomassa és com es transfereix l'energia d'uns nivells a uns altres al llarg d'una cadena tròfica.

Producció (P)

La producció primària és l'energia fixada pels organismes autòtrofs i la producció secundària la corresponent a la resta dels nivells tròfics. En els dos casos cal diferenciar entre:

• Producció bruta (Pb): Aquest concepte representa el total fotosintetitzat per dia o any. Si es tracta de la dels consumidors, correspondrà a la quantitat d'aliment assimilat respecte al total ingerit.
• Producció neta (Pn): És l'energia emmagatzemada en cada nivell per cada unitat de temps. És l'energia que queda després de restar de la producció bruta l'energia consumida en el procés respiratori (R). Pn = Pb - R

Amb els paràmetres tròfics podem descriure amb més claredat com té lloc el flux d'energia.

• Primer nivell: Només un petit percentatge de l'energia solar incident és aprofitada en el procés de fotosíntesi i transformada en matèria orgànica. El total de matèria orgànica correspon a la producció primària bruta, de la qual cal restar la despesa respiratòria o energia necessària perquè el productor realitzi els processos vitals. El resultat final és la producció primària neta o emmagatzemada per unitat de temps.
• Resta dels nivells: No tota l'energia d'alta qualitat acumulada pels productors en forma de biomassa es transfereix als herbívors, tan sols ho fa un 10%. Això es deu al fet que no tots els organismes dels primers nivells, o no en la seva totalitat, són ingerits pels següents, sinó que sempre hi ha pèrdues energètiques. El total digerit i fixat a l'ésser viu correspon a la producció secundària bruta, de la qual, com ja sabem, cal restar la despesa respiratòria, i resulta la producció secundària neta.