Organización trófica de las comunidades: cascadas tróficas, control top-down y bottom-up y transferencia de energía

Organización trófica de las comunidades

El análisis de la estructura de comunidades puede estudiarse desde el punto de vista trófico. Se recurre a la agregación de individuos en categorías taxonómicas. El problema es la adscripción de una especie a uno de los pocos niveles tróficos de la comunidad biológica.

Efectos directos e indirectos

Efectos directos: efectos predecibles cuando se retiran experimentalmente especies de la comunidad. Ej.: si se retira un depredador se espera un aumento de presas.

Efectos indirectos: son normales en la naturaleza. Cuando se retira un DEP, las presas también; estos efectos son más importantes que los otros. Ej.: la sakra (Sakr1a sp.) puede aumentar la abundancia de otro competidor, que a su vez causa que otro competidor disminuya su abundancia.

Especies clave

Especies clave: aquellas cuya actividad determina la estructura de la comunidad. Normalmente se identifican mediante experimentos de retirada. Su retirada conduce a la extinción o a cambios importantes en varias especies. Las especies clave no tienen que ser depredadores; pueden ser plantas, y ocurren en cualquier nivel trófico, con poca biomasa.

Control bottom-up y top-down

Control bottom-up: la estructura de la comunidad se controla de abajo hacia arriba, por los niveles tróficos inferiores. Ej.: el número de autótrofos se ve limitado por los nutrientes minerales; los autótrofos están por debajo de herbívoros y depredadores.

Top-down: los niveles tróficos superiores pueden modificar abundancias y biomasas de niveles inferiores. Estos controles son más claros cuando los productores primarios son de vida corta. Una especie o grupo de especies de cada nivel trófico tendrá efectos muy fuertes sobre los recursos del nivel trófico inferior, para producir efectos de cascada hacia abajo. Por ejemplo, la cascada trófica: el número de herbívoros depende de la cantidad de depredadores.

Cascada trófica

CASCADA TRÓFICA: ocurre en:

• Hábitats homogéneos y simples,
• La dinámica de las poblaciones de presas es relativamente rápida en comparación con la de los consumidores,
• Los niveles tróficos tienden a ser discretos y las interacciones entre especies fuertes. Ej.: comunidades plagiks de lagos. Domina top-down.

Bottom-up en rocas intermareales

BOTTOM-UP: niveles o aporte de nutrientes en sustratos rocosos intermareales provoca cambios cualitativos o cuantitativos en la estructura de las comunidades intermareales. Favorece la invasión de las comunidades. Ejemplo: el aumento en la producción primaria provoca un aumento de la abundancia o diversidad de especies herbívoras.

¿Qué domina la dinámica de las poblaciones de depredadores o de los recursos?: la dinámica en función del número de niveles tróficos, lo que significa que la importancia de los controles top-down frente a bottom-up puede depender del número de niveles tróficos. Un nivel trófico tiene aparente control bottom-up. Dos niveles tróficos, aparente control top-down. Cuando tenemos cuatro niveles tróficos hay relación entre consumidores secundarios y herbívoros, y entre carnívoros y plantas.

La productividad del medio también determina el tipo de control que se produce.

Cadenas y redes tróficas

CADENAS Y REDES TRÓFICAS (RT): en el océano el tamaño de los organismos tiende a crecer con el nivel trófico, relación especialmente estricta en sistemas pelágicos al no existir productores primarios de tamaño grande. La relación nivel trófico-tamaño individual da lugar a una relación inversa entre abundancia y nivel trófico. La biomasa vegetal es mucho mayor que la de herbívoros, y ésta que la de carnívoros, por existir pérdida de energía en la transferencia entre niveles tróficos. Se estima la eficiencia neta del 10%; el otro 90% se va en respirar.

• Producción bruta: cantidad de energía fijada por unidad de tiempo.
• Producción neta: energía almacenada en cada nivel, potencialmente disponible para siguientes niveles tróficos, es decir, consumida menos respirada, respecto a la producción bruta.
• Productividad: velocidad de renovación de la biomasa: producción / biomasa.

R. T: varias cadenas tróficas conectadas en la que cualquier organismo puede estar depredado por otra siempre que los tamaños lo permitan.

Características de las redes tróficas pelágicas

Características de R.T. pelágicas: eficiencias netas cercanas al 20% (fito y herbívoros), muy alta velocidad de renovación de la biomasa, la disminución progresiva de biomasa entre niveles sucesivos; a diferencia de sistemas terrestres, la biomasa de heterótrofos no es necesariamente menor que la de productores primarios.

Bucle microbiano

BUCLE MICROBIANO (visión moderna): incorpora la MO disuelta en la red trófica pelágica. Comprende el picoplancton (0,2-2 μm; bacterias, cianobacterias) y nanoplancton (2-20 μm; flagelados, ciliados). Incorpora hasta un 50% de la energía en la red trófica pelágica; domina en ecosistemas de poca turbulencia, mucha estratificación vertical, oligotróficos, bajo nivel de producción primaria y con elevada diversidad.

Transferencia entre niveles tróficos

Coste alimenticio ingerido: I = E + R + G, donde I (cantidad ingerida), E (egestión), R (respiración), G (crecimiento).

Eficiencia ecológica: E = cantidad de energía extraída del nivel trófico / cantidad de energía suministrada al mismo nivel. Depende del número de niveles tróficos y del tamaño de los productores primarios.

Predicción de productividad (tasa de producción de biomasa): P = B Eⁿ, donde B (biomasa de fitoplancton) y N (número de conexiones o niveles).

Tipos extremos de funcionamiento de comunidades

Planctónicas / pelágicas: en la naturaleza se sitúan en una situación intermedia.

• Ecosistemas de baja turbulencia, mucha estratificación, oligotróficos y baja producción primaria: fitoplancton de pequeño tamaño y mucha diversidad; redes tróficas complejas microbianas con mucha importancia del bucle microbiano; el mantenimiento de estas redes implica elevados gastos totales de actividad heterotrófica en relación a bajas tasas de producción primaria. Todo esto lleva como resultado a un reciclaje importante de materiales de capa superficial que impide la acumulación de biomasa de fitoplancton; domina la producción regenerada.
• Ecosistemas eutróficos, afloramientos, aporte de nutrientes en capa superficial que favorece el crecimiento del fitoplancton: fitoplancton de tamaño grande, baja diversidad, consumo de microfitoplancton por mesozooplancton, cortas redes tróficas herbívoras, no importa el bucle microbiano; tasas de actividad heterotrófica inferiores a las de producción primaria. Domina la producción nueva; la parte de biomasa de fitoplancton que se acumula puede ser exportada o explotada por diversas especies tróficas superiores.

Sistemas oceánicos

SISTEMA OCEÁNICO ABIERTO (90%): baja productividad primaria; tiene 5-6 niveles tróficos entre fitoplancton y humanos (consumidores secundarios); eficiencia de transferencia trófica baja; baja producción pesquera.

SISTEMA DE PLATAFORMA CONTINENTAL (10%): producción dos veces mayor, 4 niveles tróficos debido a mayor aporte de nutrientes, eficiencia mayor, producción pesquera mucho más elevada gracias a mayor productividad primaria y menos niveles tróficos.

ZONAS DE AFLORAMIENTOS COSTEROS (0,1%): productividad primaria extremadamente alta (praderas de kelp), mayor eficiencia ecológica, 3 niveles tróficos (productores primarios de gran tamaño), producción pesquera hasta 100 veces mayor que en el océano abierto.