Ecología: Ecosistemas, Cadenas Tróficas y Ciclos Biogeoquímicos

1. El medio ambiente y la ecología

1.- El medio ambiente es el lugar que ocupan los seres vivos y está formado por todo lo que rodea a un organismo e influye en su vida: otros seres vivos, condiciones físicas y químicas del entorno...

La ecología es la rama de la biología que estudia las relaciones de los seres vivos entre sí, y de estos con el medio ambiente. Las unidades fundamentales del estudio son los ecosistemas.

1.1. Biosfera, ecosistema y poblaciones

1.1.- La biosfera es el lugar de la Tierra donde se desarrolla la vida. Un ecosistema es una parte de la biosfera delimitada para su estudio. Está formado por dos componentes fundamentales: el biotopo y la biocenosis.

Todos los seres vivos de la misma especie que coexisten en un ecosistema forman una población. Tantas poblaciones como especies diferentes.

1.2. Biotopo y biocenosis

1.2.- El biotopo es el medio físico: el medio aire, el agua... Los factores físico-químicos son la luz, la temperatura, el agua y la salinidad. Algunos de ellos pueden limitar el crecimiento de una especie: factor limitante.

La biocenosis presenta una estructura vertical (en un bosque, con estratos de vegetación) y horizontal (al azar, uniforme y agregada).

2. Flujo de energía y circulación de la materia

2.- La circulación de la energía se da en un único sentido, mientras que la materia fluye de forma cíclica. Existen tres niveles tróficos: productores, consumidores y descomponedores.

2.1. Productores

2.1.- Los productores son autótrofos: elaboran materia orgánica a partir de materia inorgánica utilizando energía del sol y de reacciones químicas (fotosíntesis y quimiosíntesis). Estas moléculas orgánicas son utilizadas por todos los seres vivos en la respiración celular para obtener energía. Una parte de esta se pierde en forma de calor. En la fotosíntesis se libera oxígeno, mientras que en la respiración se consume (21 % de la atmósfera).

2.2. Consumidores

2.2.- Los consumidores son seres vivos heterótrofos que no son capaces de elaborar su propia materia orgánica, por lo que deben comer a otros para conseguirla.

• Primarios: herbívoros.
• Secundarios: carnívoros.
• Finales: otros carnívoros.

Los consumidores secundarios o finales pueden ser depredadores cuando cazan y matan a su presa; carroñeros, si se alimentan de cadáveres; o parásitos cuando no matan a nadie.

2.3. Descomponedores

2.3.- Los descomponedores son organismos heterótrofos que obtienen los nutrientes de la descomposición de otros restos orgánicos.

3. Pirámides tróficas

3.- Las pirámides tróficas son representaciones gráficas que permiten estudiar y comparar los distintos niveles tróficos en un ecosistema.

• Pirámides de números: sirven para representar el número de individuos de cada nivel trófico. Pueden estar invertidas.
• Pirámides de biomasa: muestran la biomasa, o cantidad de materia orgánica por unidad de superficie o volumen, presente en cada nivel trófico. La biomasa incluye tanto los seres vivos como los restos. La biomasa de los niveles tróficos de la base suele ser mayor que la de los superiores, aunque algunos ecosistemas marinos presentan pirámides invertidas.
• Pirámides de energía: representan la energía que se transfiere a cada nivel. En ningún caso puede ser invertida, ya que la energía que pasa a un nivel superior jamás puede ser mayor que la que pasa a un nivel inferior.

4. Cadenas y redes tróficas

4.1.- Cadena trófica: es la secuencia lineal de relaciones alimentarias entre los seres vivos de un ecosistema.

4.2.- Red trófica: es el conjunto de relaciones alimentarias entre los organismos de la comunidad. Cada especie tiene una estrategia de supervivencia, que describe su nicho ecológico: la función que ejerce la especie en el ecosistema. Las especies generalistas tienen recursos abundantes, mientras que las especialistas dependen de recursos muy específicos. Una especie puede ocupar distintos nichos en función del cambio de su hábitat.

4.3. Métodos para determinar la alimentación en animales

• Observación directa.
• Análisis del contenido del estómago.
• Estudio de los excrementos.
• Análisis de egagrópilas.

5. Eficiencia ecológica y producción

5.1.- La eficiencia ecológica es la división entre la energía asimilada y la energía consumida por un nivel trófico o un ecosistema. La regla del 10 % establece que solo el 10 % de la energía transferida en cada nivel trófico se almacena en el tejido corporal. El 90 % restante se usa en el metabolismo o se expulsa en forma de excrementos. Esta regla condiciona que la mayoría de cadenas tróficas tengan de 3 a 5 eslabones.

5.2.- La producción es la cantidad de biomasa generada en un ecosistema por unidad de tiempo. Existen dos tipos:

• Producción primaria: originada por los autótrofos.
• Producción secundaria: generada por los consumidores y descomponedores.

La producción bruta (PB) es toda la energía asimilada. La producción neta (PN) es la producción bruta menos la consumida en la respiración celular (R) y en la ingesta de biomasa por los consumidores (IC):

PN = PB − (R + IC)

5.3.- La producción neta del ecosistema (PN) es la cantidad de energía asimilada en la fotosíntesis menos la que se pierde en la respiración de todos los niveles tróficos:

PN = fotosíntesis − R

5.4.- La productividad de un ecosistema se calcula dividiendo la PN entre su biomasa. La tasa de renovación representa la velocidad con la que se regenera la biomasa:

Tasa de renovación = (PN × 100) / biomasa

6. Ciclos biogeoquímicos

6.- Un ciclo biogeoquímico es el recorrido que sigue un elemento químico pasando por el medio físico y los organismos.

6.1. El ciclo del carbono

6.1.- El carbono es el elemento más abundante en los seres vivos. Se encuentra en forma de dióxido de carbono, tanto en la atmósfera como disuelto en el agua, y formando parte de las rocas calcáreas, el carbón y el petróleo.

Etapas del ciclo del carbono

• Fotosíntesis: los organismos autótrofos fijan el CO₂ produciendo moléculas orgánicas. Los organismos heterótrofos obtienen el carbono ingiriendo alimentos orgánicos formados anteriormente.
• Respiración: los seres vivos utilizan el oxígeno para obtener energía. En este proceso se libera dióxido de carbono.
• Incorporación del carbono inorgánico: los organismos acuáticos no lo pueden transformar en materia orgánica; al morir, depositan sus conchas en las cuencas de sedimentación, donde se forman rocas calcáreas por litogénesis.
• Fermentación: la descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno produce dióxido de carbono y otras moléculas orgánicas.
• Combustión: el carbón y el petróleo se originan por la descomposición de restos de seres vivos. En su combustión se libera dióxido de carbono, que regresa en forma de gas a la atmósfera.

6.2. El ciclo del nitrógeno

El nitrógeno es el principal componente de la atmósfera, ya que constituye el 78 % de su volumen gaseoso. En el ciclo del nitrógeno se diferencian cinco etapas.