El flujo de energía en los sistemas naturales

El flujo de energía a través de los ecosistemas es el factor más importante en su organización. De la energía solar que alcanza la superficie de la tierra, una fracción muy pequeña -una estimación del 0,1 % sobre una base mundial- es derivada a los sistemas vivos. Aun cuando la luz caiga en la zona en la que la vegetación es abundante como en una selva, un maizal, o una marisma, solo aproximadamente entre el 1 y el 3 % de salud (calculado sobre una base anual) se usa en la fotosíntesis. Aun así, una fracción tan pequeña como ésta puede dar como resultado la producción -a partir del dióxido de carbono, el agua y otros pocos minerales- de varios millares de gramos (en peso seco) de materia orgánica por año en un solo metro cuadrado de campo o de bosque, un total de aproximadamente 120.000.000.000 de materia orgánica por año en todo el mundo.

Niveles tróficos y el flujo de energía

El paso de energía de un organismo a otro ocurre a lo largo de una cadena alimentaria determinada, o sea, una secuencia de organismos relacionados unos con otros como presa y depredador. El primero es comido por el segundo, el segundo por el tercero y así sucesivamente en una serie de niveles alimentarios o niveles tróficos. En la mayoría de los ecosistemas, las cadenas alimentarias están enlazadas en complejas tramas alimentarias, con muchas ramas e interconexiones. Una trama de este tipo puede implicar a más de 100 especies diferentes, y se caracteriza porque los depredadores toman más de un tipo de presa y cada tipo de presa es explotada por varias especies diferentes de depredadores. La relación de cualquier especie con otra en esta trama alimentaria es una dimensión importante de su nicho ecológico.

Productores

El primer nivel trófico de una trama alimentaria siempre está ocupado por un productor primario. Es decir, es el primer eslabón del flujo de energía. En tierra, el productor primario habitualmente es una planta; en ecosistemas acuáticos, habitualmente, un alga. Éstos organismos fotosintéticos usan energía lumínica para hacer carbohidratos y otros compuestos, que luego se transforman en fuentes de energía química. Los productores sobrepasan en peso a los consumidores; el 99 % de toda la materia orgánica del mundo vivo está constituida por plantas y algas. Todos los heterótrofos combinados solo dan cuenta del 1 % de la materia orgánica.

Los ecólogos hablan de la productividad de un nivel trófico, de una comunidad o de un ecosistema. La productividad bruta es una medida medida de la tasa a la cual los organismos asimilan energía en un nivel trófico particular, por ejemplo. Podría considerarse análoga a la tasa de ingreso bruto de un negocio. Una cantidad más útil -que a menudo es más fácil de medir- es la productividad neta. La productividad neta es la productividad bruta menos el costo de todas las actividades metabólicas de los organismos en cuestión; este costo podría considerarse equivalente al costo comercial. La productividad neta es así comparable con la tasa de ganancia neta.

Habitualmente se la expresa como la cantidad de energía (medida en calorías) almacenada en los compuestos químicos o como el incremento de la biomasa (medida en gramos o en toneladas métricas) en un periodo determinado. (La biomasa es un término abreviado y conveniente que significa el peso seco total de todos los organismos que se mide en cualquier momento dada la produce.) La productividad neta es una medida de la tasa a la cual los organismos almacenan energía, que luego queda a disposición de los organismos del siguiente nivel trófico. En los ecosistemas agrícolas, el cultivo en pie al final de la estación de crecimiento representa la producción primaria neta de esa estación.

La productividad primaria varía enormemente de un tipo de ecosistema a otro. En los ecosistemas terrestres de los factores claves que influyen en la productividad son la intensidad y la duración de la luz solar, la temperatura y la precipitación. En los ecosistemas acuáticos, la disponibilidad de elementos minerales esenciales es más frequentemente el principal factor que afecta a la productividad.

Consumidores

La energía ingresa en el mundo animal a través de las actividades de los herbívoros, animales que comen plantas o algas. Son los eslabones intermedios del flujo de energía. Un herbívoro puede ser una oruga, un elefante, un erizo de mar, un caracol o un ratón de campo; cada tipo de ecosistema tiene su complemento característico de herbívoros. Del material orgánico consumido por los herbívoros, gran parte se elimina sin digerir. La mayoría de la energía química del alimento digerido se utiliza para mantener los procesos metabólicos del animal e impulsar sus actividades cotidianas: la búsqueda de alimento, la ingestión y digestión de este, el apareamiento y cuidado de la progenie, la huida de depredadores, etc.

Aunque esta energía generalmente se describe como «pérdida» por respiración, es importante comprender que, para el organismo individual, esta es la energía esencial de la cual depende su vida. Una fracción de la energía química consumida por el herbívoro se convierte en nueva biomasa animal. El incremento de la biomasa animal es la suma del incremento en peso de los animales individuales más el peso de la nueva progenie. Representa la energía disponible para el siguiente nivel trófico.

El siguiente nivel, el de consumidores secundarios, está constituido por carnívoros, animales que comen a otros animales. El carnívoro que debora a un herbívoro puede ser un león, una carpa, una estrella de mar, un petirrojo, o una araña. En cada caso, solo una pequeña parte de la sustancia orgánica del cuerpo del herbívoro se incorpora al cuerpo del carnívoro.

Algunas cadenas tróficas tienen terceros y cuartos niveles de consumidores, pero, independientemente del ecosistema, cinco eslabones son habitualmente el límite. Un estudio de 102 depredadores máximos (animales de la cúspide de la cadena, libres de depredación) demostró que habitualmente solo hay tres eslabones (cuatro niveles) en una cadena alimentaria -de plantas a herbívoros, a carnívoros y a carnívoro-. Para un solo depredador máximo había más de cinco eslabones (seis especies) implicados. Con cada nivel trófico más alto hay una disminución en la cantidad total de energía almacenada en la biomasa Animal y, por tanto, a disposición de otros consumidores.

Detritívoros

Los detritívoros son organismos que viven de los desechos, o detritos, de una comunidad -hojas, ramas y troncos de árboles muertos, la raíces de plantas anuales, heces, esqueletos y hasta exosqueletos mudados por los insectos- y son el último eslabón del flujo de energía. Incluyen a carroñeros grandes como los buitres, chacales, cangrejos, y lombrices de tierra, así como descomponedores, tales como los hongos y las bacterias. Los carroñeros pueden ser con ser considerados Como consumidores que utilizan presas muertas en lugar de presas vivas. Los descomponedores también son consumidores, pero con una diferencia: han desarrollado especializaciones que les permiten explotar fuentes de energía química, tales como productos desecho celulósicos y nitrogenados, que no se pueden que no pueden ser utilizados por los animales.

En una comunidad de selva, más del 90 % de la producción primaria neta es consumida finalmente por detritívoros en lugar de herbívoros. Parte de esta energía fluye a través de la red trófica por intermedio de consumidores que se alimentan de detritívoros, mientras que el resto se utilizan los procesos metabólicos de los propios de detritívoros. Como resultado, esencialmente toda la energía almacenada en la materia orgánica solo queda sin ser utilizada cuando es atrapada en un ambiente tal como una turbera muy ácida, en el que no puede vivir la mayoría de los detritívoros.

Fuente: Biología. Curtis & Barnes.