Conceptos Clave en Ecología: Flujo de Energía y Ciclos Biogeoquímicos

Conceptos Fundamentales en Ecología: Flujo de Energía y Ciclos Biogeoquímicos

Definiciones Clave

• Productividad: Relación que existe entre producción neta y biomasa.
• Tiempo de Renovación: Tiempo que tarda en renovarse un nivel o sistema.
• Eficiencia Ecológica: Cociente entre la energía fijada en un nivel trófico y la energía que llega a ese nivel.

Fotosíntesis y Respiración Celular

La fotosíntesis se produce en los cloroplastos. La energía luminosa es captada por la clorofila de las células verdes de las plantas y utilizada para regenerar moléculas de ATP y NADPH (Fase luminosa). En una segunda fase, la energía química contenida en el ATP y el NADPH es utilizada para reducir moléculas de CO₂ hasta gliceraldehído, a partir del cual se sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente glucosa. Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas.

La respiración se realiza en las mitocondrias. Se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía.

Regla del 10%

La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él.

Pirámides Ecológicas

• Pirámides de Energía: Sigue la regla del 10%. La base representa la cantidad de energía en ese nivel.
• Pirámides de Biomasa: Representa la biomasa acumulada en ese nivel. En sistemas acuáticos, la base puede ser más pequeña que el siguiente escalón.
• Pirámides de Números: Representa el número de individuos en un nivel trófico.

Factores que Regulan la Producción Primaria

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 (Luz, Nutrientes, Temperatura, Agua y CO₂).

• Luz: Una mayor cantidad de luz provoca un aumento de la productividad hasta cierto nivel, sobrepasado el cual no aumenta la productividad.
• Agua: Permite el crecimiento, al servir de vehículo a las sales minerales y sin ella los estomas se cierran e impiden el paso de CO₂.
• Temperatura: Un aumento incrementa la producción, pero si aumenta en exceso, decrece bruscamente.
• Concentración de CO₂: Niveles altos de CO₂ aumentan la productividad, como ocurre en invernaderos.
• Nitrógeno y Fósforo: Son factores limitantes muy importantes. En ecosistemas marinos son mucho más condicionantes debido a la dificultad para el reciclado.

Ciclos Biogeoquímicos

Son los caminos realizados por la materia, cuando pasan por la atmósfera, hidrosfera y litosfera. Tienden a ser cerrados. Las actividades humanas ocasionan la apertura y aceleración de los mismos, lo que contraviene el principio de sostenibilidad de los ecosistemas: Reciclar al máximo la materia para obtener nutrientes, que no se escapen y que no se produzcan desechos.

Ciclo del Carbono

• Ciclo Biológico: Fotosíntesis que fija carbono y respiración que lo devuelve.
• Ciclo Biogeoquímico: Atmósfera e hidrosfera intercambian CO₂ por difusión. Paso del CO₂ de la atmósfera a la litosfera: el CO₂ se disuelve en agua que ataca rocas (carbonatadas y silicatadas) formando compuestos que irán al mar. Retorno del CO₂ a la atmósfera mediante erupciones.

Ciclo del Fósforo

La reserva principal de fósforo la constituyen los fosfatos (litosfera). Existe mucho más N que P en la Tierra, pero los organismos necesitamos más P que N; por ello, es el principal factor limitante para la producción de biomasa.

Ciclo del Nitrógeno

• El N se encuentra en grandes cantidades en forma de gas, pero es inaccesible para la mayoría de seres vivos.
• Es, después del P, el principal condicionante de la producción de biomasa. Es imprescindible para la construcción de aminoácidos y ácidos nucleicos.
• El ciclo consta de 4 procesos:
  • Fijación (N₂ → NOx): Se puede realizar en la atmósfera, pero la mayor parte la realizan microorganismos.
  • Amonificación (Orgánico → NH₃): La realizan bacterias que producen amoniaco proveniente de la descomposición de seres vivos.
  • Nitrificación: La realizan bacterias que transforman el amoniaco en primer lugar en nitritos (NO₂) y después en nitratos (NO₃).
  • Desnitrificación: La realizan bacterias anaeróbicas que descomponen los nitratos en N₂.

Ciclo del Azufre

• El S se encuentra mayoritariamente en la hidrosfera.
• Las plantas y microorganismos pueden incorporar directamente sulfato.
• El sulfuro de hidrógeno puede generar lluvias ácidas.