Ciclos de la Materia

EL ORDEN ECOSISTÉMICO
EL FUNCIONAMIENTO DEL ECOSISTEMA
LOS CICLOS DE LA MATERIA
INTRODUCCIÓN
Se sabe que al sistema vivo entran aproximadamente treinta elementos de los noventa y dos construidos
por la naturaleza: desde el hidrógeno hasta el uranio. Los restantes, que vienen después del uranio en la
tabla periódica, han sido sintetizados por el hombre y no nos interesan por el momento para el análisis.
Algunos de los elementos, como son el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y el carbono se utilizan en casi
todos los procesos, otros sólo en algunos casos específicos. El hierro, por ejemplo, es usado por algunas
especies para transportar el oxígeno. Otros elementos sólo entran en mínimas cantidades, pero estas trazas
son indispensables en el funcionamiento de algunos organismos.
Todos estos elementos son manejados por el sistema con la máxima economía. El sistema puede
desperdiciar energía, pero no puede desperdiciar los elementos escasos o que se requieren en varios
momentos del proceso. De ahí que la vida ha encontrado formas de reciclaje de los elementos materiales
dentro de la mayor eficiencia posible. Como ya se anotaba más arriba el reciclaje evita que el sistema
acumule basuras.
El ciclo del nitrógeno
Para entender los ciclos de los elementos podemos estudiar brevemente el ciclo del nitrógeno. Este
elemento es indispensable para la construcción de proteínas, que forman gran parte de los organismos
vivientes. El gran depósito de nitrógeno es la atmósfera, compuesta aproximadamente por un 80% por este
elemento.
Sin embargo, el nitrógeno atmosférico tiene que ser transformado para que pueda servir al sistema vivo. En
esta función se han especializado algunas bacterias y las algas verdeazules. Cuando el organismo muere y
empieza a descomponerse se puede convertir en elemento tóxico. Otras bacterias están encargadas de
transformarlo para que pueda ser utilizado de nuevo por los organismos. Lo reducen a amoníaco, nitritos y
nitratos, para ser expulsado de nuevo a la atmósfera y reiniciar el ciclo.
El proceso de la vida depende no sólo del acto creador de la fotosíntesis, sino, también, del proceso por
medio del cual las bacterias y los organismos foto y químio-sintéticos fijan el nitrógeno atmosférico.
Ninguno de los organismos superiores tiene la capacidad de sintetizar el nitrógeno y por tanto, también en
este sentido dependen de minúsculos organismos. Incorporar el nitrógeno al sistema requiere un gasto de
energía. Por el contrario, la segunda parte del ciclo, o sea la desintegración del nitrógeno desde las proteínas
hasta los nitratos produce energía que es aprovechada por los organismos desintegradores.
Parte del nitrógeno se pierde en el océano, arrastrado con los sedimentos de los ríos. Esta pérdida es
compensada en el sistema por el nitrógeno que introducen en la atmósfera los gases volcánicos.
El rayo, por su parte, es uno de los mecanismos naturales para la fijación del nitrógeno. Podemos anotar de
paso, que lo que llamamos catástrofes, no son, en ocasiones, más que fenómenos cíclicos de renovación de
los elementos necesarios para la vida. El hombre, por tanto, tiene que aprender a vivir con ellos.
El ciclo del azufre
El ciclo del azufre es interesante de estudiar, porque enlaza el aire, el agua y la tierra. El depósito principal
son algunas formaciones rocosas, con cantidades menores en forma de gases atmosféricos.
En este caso también intervienen pequeños organismos para convertir el azufre en forma disponible para la
asimilación por parte de los organismos vivos. Estos microorganismos se van reemplazando en su tarea a la
manera de los competidores en una carrera de relevos. Ellos forman un círculo, tal como puede observarse
en la siguiente figura:
SO4
S
S
H2S
Los sulfatos, al igual que los nitratos y los fosfatos son la combinación apropiada para que los materiales
sean incorporados a las proteínas de los organismos autótrofos.
El ciclo del oxígeno
La vida también se alimenta de la muerte y de esta forma pueden describirse los ciclos de los otros
elementos.
Son especialmente importantes para entender los problemas ambientales los ciclos del dióxido de carbono y
del oxígeno. Estos dos elementos forman un equilibrio que ha durado millones de años en formarse. En el
estado actual de la vida está regulado por el intercambio entre los autótrofos y los heterótrofos.
Las proporciones actuales en que están combinados estos elementos en la atmósfera han sido construidas
por el mismo sistema vivo durante millones de años. La atmósfera primitiva era muy distinta a la actual.
Estaba cargada de amoníaco y de otros gases. La vida tal como la conocemos, no hubiese podido formarse
en ese ambiente.
Los organismos unicelulares estuvieron expulsando oxígeno durante millones de años. Ellos dominaron la
evolución durante un período cuatro veces más largo que los escasos seiscientos millones de años de la vida
multicelular. Su trabajo básico resultó en la modificación de la composición de la atmósfera. Gracias a ellos
la vida actual pudo empezar a construirse.
Hoy en día, el balance entre oxígeno y CO2 se conserva aproximadamente estable. Esta estabilidad sólo es
afectada por el aumento del CO2 producido por la quema de los combustibles fósiles por parte del hombre.
Sin embargo, el equilibrio entre producción orgánica y respiración no parece ser exacto. Cada año se
produce a través de la fotosíntesis unos cien mil millones de toneladas de materia orgánica. Una cantidad un
poco menor se vuelve a oxidar, produciendo CO2 y agua. Es este pequeño exceso de producción de materia
orgánica, que libera oxígeno gaseoso y elimina CO2 lo que ha hecho posible la evolución y la vida tal como la
conocemos.
El ciclo del agua
Casi todos los elementos pueden verse en la misma forma, integrándose a los grandes ciclos de los procesos
vivos.
El agua, absorbida por la energía solar de las grandes planicies marinas, es elevada a la atmósfera y
condensada en esas fuentes de energía que son las nubes. Desde allí se precipita sobre las superficies
continentales y se inicia el recorrido desde las altas cumbres, a través de las venas fluviales, hasta regresar al
océano. A la etapa del ciclo que desciende desde los nevados hasta el mar, los geógrafos le dan el nombre
de escorrentía.
De la misma manera se podrían describir los ciclos del carbono y de los demás elementos, pero estos pocos
ejemplos son suficientes para empezar a comprender de manera distinta la física y la química. Como
conclusión se podría decir:
Los elementos entran en el juego de la vida y no existen como simples trozos de materia inerte, sino como
piezas fundamentales de un gran sistema. Esta manera de mirar los elementos es indispensable para
adquirir una perspectiva ambiental e interdisciplinaria. La física y la química están integradas de hecho en el
gran sistema de la vida. Cada uno de los elementos, al igual que cada una de las especies, tiene una función
que cumplir y para cumplirla tiene que someterse a los ciclos y a los procesos que regulan el sistema total.
El suelo
El suelo no es, como generalmente se le considera, un cuerpo inerte, simple depósito de los elementos
nutritivos. Puede considerarse más bien como la primera capa del reino vivo, transformada continuamente
por procesos físicos, químicos y biológicos.
El suelo es la capa superior del manto terrestre, formado por partículas minerales y orgánicas. Las partículas
minerales son el producto de la descomposición de las rocas y el material orgánico es el resultado de la
descomposición de los sistemas vivos.
El suelo es, por lo tanto, la franja límite entre lo inorgánico y lo orgánico, entre el mineral y la vida. Todo está
cuidadosamente regulado en este soporte y principio del sistema vivo. La textura, o sea el tamaño de las
partículas que lo forman (grava, arena, barro o arcilla) lo hacen mas o menos poroso y conductor del agua.
Las partículas no están acumuladas en cualquier forma, sino que forman una verdadera estructura con
diferentes equilibrios de acidez o alcalinidad. Los coloides o pequeñas partículas están cargadas
eléctricamente y, por tanto, pueden atraer y retener iones, que son las partículas químicas de las
substancias disueltas.
Los iones que tienen carga eléctrica positiva se llaman bases. Estas son entre otras, el calcio, el magnesio y el
potasio. A través del intercambio de bases, estas son trasladadas de los coloides a las plantas, que los
requieren para su crecimiento.
Las bases están balanceadas por los iones de hidrógeno que tienen carga eléctrica positiva y acidifican el
suelo. El suelo propiamente dicho está formado por los dos horizontes superiores, que los edafólogos llaman
horizontes A y B. El horizonte C no es más que la capa inferior, colindante con la roca madre y que ya está
regularmente erosionado.
La formación de los horizontes superiores está íntimamente ligada al clima y a la contextura del suelo. Un
exceso de precipitación, con poca capacidad de retención, por parte del suelo, puede eliminar los coloides y
las bases, sin las cuales es imposible la alimentación de las plantas o puede depositar los coloides y las base
en el horizonte B, con lo cual las plantas tendrán que desarrollar estrategias especiales de adaptación.
Por exceso de precipitación, los suelos de las selvas tropicales pierden gran parte del sílice y de las bases, lo
que los hace poco fértiles para la actividad agrícola. En los climas secos, en cambio, en los que la
evaporación excede a la precipitación, el agua abandona en la superficie el calcio, formando las costras
salinizadas de carbonato cálcico. Los edafólogos han hecho una primera clasificación de los suelos con base
en estos dos extremos.
Los suelos que reciben mucha precipitación, están cargados de hidróxidos de alumnio y de hierro y por esta
razón reciben el nombre de suelos pedalfer (suelos de alumnio y hierro). En cambio los suelos con poca
precipitación y, por tanto, con excesos de carbonato cálcico, son llamados suelos pedocal.
Las coníferas se desarrollan muy bien en suelos pedalfer, porque utilizan poco el magnesio y el calcio, en
cambio las hierbas y los cereales, que requieren de grandes cantidades de calcio y magnesio, se adecuan a
los suelos de tipo pedocal.
La temperatura influye igualmente en la formación del suelo. A medida que aumenta el calor, crece
igualmente la cantidad de bacterias que devoran rápidamente la capa vegetal en descomposición. Por esta
razón, el suelo es tan escaso en las selvas húmedas del trópico. Se llama humus (del latín humus = suelo) a la
materia orgánica inerte del suelo.
La humificación o formación de humus se debe a la oxidación de la materia vegetal, mediante la cual se
forman los ácidos orgánicos, que contribuyen a la descomposición de los minerales.
En los climas fríos en donde la producción de humus excede la descomposición del mismo, se acumula con
más facilidad, mientras que en las regiones tropicales, como dijimos antes, se hace difícil al formación de
humus, por la rápida descomposición de la materia orgánica y la alta precipitación.
Con estos antecedentes podemos distinguir varios procesos de formación de suelos.
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En los climas fríos, con alta humedad predomina el régimen de podzolización. Allí los ácidos húmicos
lavan de bases y coloides la parte superior del suelo, dejando solo los compuestos de sílice. Es la tierra
ideal para las coníferas, como el abeto y el pino, que no requieren de bases para su crecimiento.
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El mismo fenómeno de precipitación intensa produce en los climas cálidos un proceso antagónico de
formación de suelos que recibe el nombre de laterización. Es el caso de la selva tropical siempre
lluviosa. La intensa acción bacteriana consume rápidamente la vegetación muerta y por lo tanto es muy
escasa la formación de ácidos húmicos. El sesquióxido de hierro (Fe2O3) se acumula en forma de arcillas
rojas (lateritas).
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Por su parte el proceso de calcificación predomina, como dijimos en los climas en los que la evaporación
excede a la precipitación.
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El proceso de gleicificación se da en paisajes con drenaje escaso, pero no salino. Es característico de la
tundra polar y de otros biomas. Se llama así, porque en el horizonte B se forma un estrato de arcilla
compacta que se denomina "glay".
•
Por último el proceso de salinización tiene lugar en suelos desérticos con alta concentración de sales
tales como sulfatos y cloruros de calcio y sodio.
Con las nociones hasta aquí explicadas, podemos quizás comprender mejor lo que significa la trama de la
vida. Ella se compone de energía y de materia y se abastece tanto por la absorción de la energía solar, como
por el reciclaje de los elementos materiales. Con estas entradas básicas, el sistema vivo construye su
inmensa variedad.
Sin embargo, para adentrarnos en la comprensión del problema ambiental tenemos que analizar todavía el
elemento eje de la adaptación que es el nicho ecológico y que estudiaremos en el próximo capítulo.
Ahora podemos entender uno de los ciclos fundamentales de la vida: el ciclo de los elementos nutritivos. Es
de gran importancia para comprender la dinámica de las selvas tropicales.
El estudio de este ciclo apenas se inicia, pero los resultados de las investigaciones ya son suficientes para
hacer comprender la manera como los distintos sistemas vivos utilizan dichos elementos de manera
diferenciada. Estos constituyen, junto con la energía solar y el nitrógeno, los elementos básicos para la
formación de los organismos. Su concentración en el suelo o en el agua es muy pequeña. De allí son
asimilados por los organismos en diferentes formas.
La mayor parte de las plantas superiores, o sea las plantas con semilla sólo necesitan alimento inorgánico
muy simple. Sólo algunas algas requieren de alimentos orgánicos complejos y, por esta razón no deberían
llamarse exactamente heterotróficas, ya que no construyen totalmente su propio alimento. Existe, por
tanto, un verdadero ciclo de materia orgánica entre suelo, agua y materia orgánica.
La comprensión de este ciclo es muy importante para entender la fertilidad de los suelos y su adaptabilidad
a la agricultura. Los ciclos de los elementos nutritivos son, en efecto, muy diferentes en los climas templados
y en los ecuatoriales.
En los primeros la mayor proporción de los elementos permanece fijada al suelo, mientras que en la selva
húmeda ecuatorial los elementos permanecen la mayor parte del tiempo, adheridos a la biomasa. Esta es la
razón por la cual la tala de las selvas húmedas tiene consecuencias catastróficas, porque el agua se encarga
de arrastrar el poco material nutritivo que queda en el suelo.
Por el contrario, cuando se eliminaron los bosques de las tierras templadas, situados por encima del trópico
de Cáncer, los suelos pudieron ser utilizados en forma intensiva para la actividad agrícola.
Para la renovación de los elementos nutritivos, el sistema vivo utiliza principalmente a las bacterias y los
hongos. Son ellos los que recogen para su alimentación los nutrientes desechados por las excreciones de los
diferentes organismos. Aquí se reinicia, por lo tanto, a lo largo de los niveles de la cadena alimentaria, la
reabsorción de los nutrientes que en otra forma pasarían a formar ingentes masas de desechos, en medio
de los cuales, la vida no sería posible.
Como puede verse a lo largo de este capítulo, la energía no es la única fuente de la vida. Si al sol se le puede
dar el significativo nombre de "padre", sin duda alguna la tierra es la "madre". El suelo es, junto con el agua,
el depósito principal de los elementos nutritivos de las plantas y es, por consiguiente, la segunda fuente de
la vida.