Tema 12, 2ª parte

12.3.- LA ORGANIZACIÓN DEL ECOSISTEMA
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12.3.1.- LA ESTRUCTURA TRÓFICA.- Todos los seres vivos
de un ecosistema interaccionan entre sí de manera que
cada uno de ellos desempeña funciones que complementan
a los demás, dotando al ecosistema de una estructura y una
organización complejas. Por tanto, cualquier cambio que se
produzca en una determinada especie provocará cambios
en las demás.
Una de las relaciones más importantes entre los organismos
de un ecosistema son las alimentarias, pues de ellas
dependen tanto la supervivencia de los individuos de una
especie como el equilibrio entre las diferentes especies que
viven en el biotopo.
Un nivel trófico es el conjunto de especies del ecosistema
que compiten por los mismos recursos alimentarios. En
todos los ecosistemas encontramos tres niveles tróficos o
alimentarios: productores, consumidores y
descomponedores.
12.3.2.-ASÍ SON LOS NIVELES
TRÓFICOS
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LOS PRODUCTORES.- Son
organismos autótrofos, como
las plantas y las algas que,
mediante la fotosíntesis
producen su alimento (materia
orgánica) a partir de la energía
solar y de sustancias
inorgánicas que toman del
medio. La materia orgánica que
fabrican contiene energía que
utilizan que utilizan para realizar
sus funciones vitales. Los
productores alimentan a otros
seres del ecosistema (los
consumidores y los
descomponedores).
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LOS CONSUMIDORES.- Son organismos heterótrofos que
consumen la materia orgánica producida por otros seres. Los
consumidores primarios son organismos herbívoros, como
los ciervos, que se alimentan de los productores. Los
consumidores secundarios son seres carnívoros, como el
lobo, que se come a los herbívoros. Los consumidores
terciarios se alimentan de consumidores secundarios.
Algunos ecosistemas tienen más niveles de consumidores.
Hay otros tipos de consumidores: Los omnívoros. Tienen
una dieta variada, como los osos o las hormigas, y pueden
ocupar diferentes niveles tróficos dentro de los
consumidores.
Los detrívoros. Comen restos orgánicos más o menos
descompuestos o excrementos. Las larvas de numerosos
insectos y las lombrices de tierra son consumidores
detrívoros.
Los consumidores.
En este nivel están los seres
heterótrofos; o sea, los que toman
materia orgánica fabricada por
otros seres y la transforman en la
suya propia.
► Dentro de este nivel podemos
encontrar varias categorías:
► Consumidores primarios: son los
que se alimentan de los
productores. A este nivel
pertenecen los fitófagos o
herbívoros.
► Consumidores secundarios: son los
que se alimentan de los
consumidores primarios. A esta
categoría pertenecen los zoófagos
o carnívoros de primer orden, si se
alimentan de herbívoros, y de
segundo orden, si se alimentan a su
vez de carnívoros.
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LOS DESCOMPONEDORES.- Son
seres heterótrofos que
descomponen los organismos
muertos y sus restos (como los
excrementos o las hojas de los
árboles de hoja caduca que
caen en el otoño) y los
transforman en sustancias
minerales que se incorporan al
medio. Estas sustancias
minerales son aprovechadas de
nuevo por los productores. Los
descomponedores más
importantes del ecosistema son
las bacterías y los hongos
Estructura trófica de la biocenosis
En la biocenosis se puede diferenciar una serie de niveles tróficos. Cada nivel trófico agrupa a todas aquellas
especies que tienen el mismo tipo de alimentación, que siempre es una dieta a base de especies del nivel
inmediatamente inferior. Así, el flujo de materia y energía pasa de un nivel trófico al siguiente.
Se acepta, en general, que un nivel aprovecha como mucho el 10% de la energía del nivel anterior. Es decir, si
partimos de 100 unidades de energía en los productores primarios, los fitófagos solo tendrán 10, los zoófagos de
primer orden 1 y los de segundo orden 0,1; es decir, mil veces menos que el nivel inicial.
Cada nivel trófico representa un eslabón de la cadena; pero, como en cada transferencia entre los seres vivos se
pierde una gran cantidad de energía (en torno el 90 %), los eslabones son limitados (tres, cuatro o, a lo sumo,
cinco).
Dentro de cada nivel trófico, según cómo produzcan, obtengan o transformen los nutrientes, a los seres vivos se
les puede denominar de diferentes formas, como se recoge en el siguiente esquema:
Algunos ejemplos de seres vivos y su tipo de alimentación: autótrofa, herbívora,
carnívora, omnívora...
Diferentes organismos y su tipo de alimentación: el helecho es autótrofo, el lagarto
ocelado carnívoro, el oso omnívoro, etc.
Dinámica de los Ecosistemas
La Representación
de la estructura
trófica de un
ecosistema (quien se
come a quien), se
puede realizar de
varias formas:
CADENA TRÓFICA
RED TRÓFICA
12.3.3.- APRENDE A TRABAJAR EN CIENCIAS
► CADENA
TRÓFICA.- En todos los ecosistemas,
unos organismos se alimentan de otros, de forma
que el alimento circula en una dirección
determinada. La representación lineal que muestra
la dirección que sigue el alimento en el ecosistema
es una cadena trófica. Ejemplo: las hierbas
(productores) alimentan a los saltamontes
(consumidores primarios); estos, a las serpientes
(consumidores secundarios), y estas, a los
halcones (consumidores terciarios). En una cadena
trófica, las flechas nos indican el sentido en el que
fluye el alimento.
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Cadenas y redes tróficas
-Las cadenas y redes tróficas son representaciones gráficas lineales del flujo de energía
entre los niveles tróficos. Indican mediante flechas quién suministra la energía y quién la
consume: parten de quien es consumido y apuntan hacia el organismo que consume.
Dependiendo del primer eslabón de la cadena trófica, se pueden distinguir dos tipos:
Cadenas de los herbívoros. Su primer eslabón siempre es un productor. De él se
alimentan los herbívoros, y de estos, otros organismos.
Cadenas de los detritus. El primer eslabón son los restos de cualquier ser vivo. De
ellos se alimentan los detritívoros, y de estos, otros organismos, generalmente
microscópicos.
Pero en los ecosistemas cada especie puede ser consumida por una gran variedad de
organismos y, a su vez, comer una gran diversidad de alimentos. Por ello, las relaciones
lineales se convierten en un entramado de flechas que nos recuerdan el trenzado de una
red.
Cuando la representación gráfica de las relaciones tróficas entre las especies de un
ecosistema forma un entramado de relaciones alimentarias, la denominamos red trófica.
Las redes tróficas describen la realidad mejor que las cadenas tróficas, pero pueden ser
sumamente complejas.
► REDES
TRÓFICAS.- Una red trófica o alimentaría es
una representación de las relaciones alimentarias de
los organismos del ecosistema y, por tanto, está
constituida por numerosas cadenas tróficas
interconectadas.
► Por ejemplo, un productor como la hierba no solo
alimenta a los saltamontes, sino también a otros
muchos organismos (ratones, lombrices de tierra,
etc.). Por su parte, los saltamontes son presa de
numerosos depredadores (jilgueros, patos, ranas …)
además de las serpientes. A su vez, las serpientes
son presas de varias aves rapaces. En los
ecosistemas, existen innumerables cadenas tróficas
que comparten muchos eslabones.
ACTIVIDADES PÁGINA 215
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1.- Representa, mediante flechas, la cadena trófica
constituida por los organismos siguientes: hormiga, cardo,
águila, culebra, lagartija.
2.- Escribe en tu cuaderno cuatro cadenas tróficas de la
red trófica que se muestra en la ilustración .
3.- Añade tres especies nuevas a la red trófica anterior.
4.- Construye una red trófica con las siguientes cadenas
tróficas de un determinado ecosistema:
A) Hojas de mastranzo, caracol, paloma torcaz y halcón.
B) Cebada, liebre y lince.
D) Alfalfa, conejo, zorro.
SOLUCIÓN ACTIVIDADES PÁGINA 215
► 1.-
Cardo hormiga lagartija culebra águila.
► 2.- A) Planta
insecto ave insectívora ave
rapaz.
► B) Algas
alevines de pez pez garza.
► C) Planta
insecto pato.
► D) Planta
insecto rana culebra ave rapaz.
► 3.- Se pueden añadir otras especies como el
cangrejo, la araña, la mantis religiosa, el martín
pescador.
► 4.-Una
de las diversa redes que podemos hacer es
la siguiente:
Hojas de
Cebada
Grama Alfalfa
mastranzo
Caracol
Liebre
Conejo
Paloma
Torcaz
Halcón
Tejón
Lince
Zorro
12.4. EL FLUJO DE ENERGÍA Y DE MATERIA EN EL ECOSISTEMA
► 12.4.1.-
EL FLUJO DE ENERGÍA EN EL
ECOSISTEMA.- El funcionamiento de un ecosistema
requiere energía a fin de mantener su organización,
ya que esta es necesaria para que todos los
organismos de la biocenosis realicen
adecuadamente sus funciones vitales.
► La primera energía que se incorpora en el
ecosistema procede del Sol, que es utilizada por los
productores para realizar la fotosíntesis. La energía
acumulada en los tejidos de estos organismos fluye
hacia los demas niveles tróficos. La actividad de
todos los seres vivos genera calor que se designa al
medio.
El flujo de energía en los ecosistemas
-Los seres vivos de una biocenosis captan materiales y energías del exterior para
usarlos y transferirlos a otros seres vivos. Por tanto, las biocenosis ecológicas son
sistemas naturales abiertos que intercambian su energía con el exterior.
¿Cómo utilizan los ecosistemas la materia y la energía?
Un ecosistema es uno de los «métodos» de este planeta que sirve para captar energía,
y para utilizarla en las reacciones químicas de los seres vivientes.
Gracias a esta energía, los organismos viven; es decir, son capaces de desarrollar
todas las reacciones químicas que intervienen en las funciones de relación,
reproducción, nutrición...
Se dice que la energía fluye entre los seres vivos de un ecosistema porque se reutiliza
una vez que alguno de aquellos la ha usado en sus reacciones químicas. Cuando esto
sucede, la energía se degrada, pierde utilidad, transformándose en calor.
Por el contrario, los elementos químicos materiales siempre son útiles: son transferidos
de unos a otros, reutilizados una y otra vez por todos y en el propio biotopo de cada
ecosistema; se dice que siguen ciclos biogeoquímicos. Los ecosistemas son sistemas
casi cerrados para la materia.
12.4.2.- CÓMO FLUYE LA ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
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LOS PRODUCTORES.- Solo utilizan una pequeña parte de
la energía solar que incide en la superficie terrestre.
Gracias a la fotosíntesis, estos seres transforman la energía
luminosa del Sol en moléculas ricas en energía química
(hidratos de carbono).
LOS CONSUMIDORES.- Utilizan una pequeña parte de la
energía química contenida en los alimentos (tejidos de
otros organismos).
LOD DESCOMPONEDORES.- Son seres que aprovechan la
energía química que está en los restos de otros
organismos.
La actividad de todos los seres vivos produce calor, que es
transferido al medio y se pierde, por lo que esta energía
calorífica ya no podrá ser utilizada por ningún organismo.
►
Intercambios entre
biotopo y biocenosis.
En cualquier ecosistema hay
dos actividades vitales
imprescindibles: la fotosíntesis
(quimiosíntesis,
excepcionalmente) y la
descomposición-degradación.
Mediante la primera se
consigue incorporar materia y
energía desde el biotopo hacia
la biocenosis.
► Los organismos
descomponedores transfieren
la materia desechada por los
seres vivos (cadáveres,
excrementos, fragmentos...)
hacia el biotopo de su
ecosistema y se aprovechan de
los últimos restos de energía
que quedan en ellos.
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►
Desde el biotopo hacia los seres
vivos.
La fotosíntesis es el principal proceso
bioquímico que consigue pasar
materiales desde el biotopo hasta la
biocenosis de un ecosistema. Una vez
incorporados como parte de los
organismos autótrofos, los heterótrofos
(por ejemplo, los animales) solo tienen
que aprovecharse de aquellos; con la
existencia de pequeñas cantidades de
agua, todo está preparado para que el
ecosistema entero comience a funcionar.
Además, siempre habrá animales
depredadores, carnívoros, que seguirán
aprovechando los materiales de otros.
Hay ecosistemas excepcionales (por
ejemplo, las profundidades marinas) que
carecen de vegetales productores
porque no disponen de luz. Los
encargados de conseguir materia a
partir del biotopo son los
microorganismos quimioautótrofos.
►
La desintegración.
Los vegetales podrían terminar con los recursos del suelo al cabo de cierto tiempo;
además, los cadáveres, excrementos, residuos, etc., podrían ir envenenando poco a
poco el ecosistema. Estas son dos dificultades que los ecosistemas deben resolver para
perdurar. Disponen de un buen método: la existencia de organismos descomponedores,
especialmente en sus suelos, pero también en el agua o en los fondos acuáticos.
► Descomponer es desintegrar, desordenar las uniones entre átomos y moléculas
existentes en los restos de organismos. Al desorganizarlos, quedan libres y pasan de
nuevo a ser parte del suelo, recuperándose así para un nuevo uso. Los hongos son
algunos de ellos.
► Los procesos de descomposición les proporcionan, además, cierta cantidad de energía,
liberada al romperse dichas uniones entre átomos, la cual es suficiente para que vivan
esos microbios. Existen otros muchos que no necesitan el oxígeno para vivir, sino que
descomponen la materia orgánica (restos de seres vivos) en su ausencia; se les
denomina anaerobios fermentadores. Por ejemplo, las bacterias del yogur o del queso
son de este tipo.
► Se cierran así los ciclos de uso de todos los elementos químicos que forman parte de los
seres vivos de los ecosistemas. Prácticamente, toda la materia se recicla dentro de ellos.
No se necesitan nuevas materias, porque tampoco se pierden. Es un constante trasiego
desde el biotopo hasta la biocenosis y viceversa.
►
Pelos absorbentes
Las raíces de las plantas cuentan con pelos absorventes que transfieren al interior el
agua y las sales minerales del suelo.
Los pelos absorbentes de las raíces se encargan de captar agua y sales minerales del
suelo transfiriéndolas al interior de la planta.
TRANSFERENCIA DE MATERIA Y ENERGÍA EN LAS REDES TRÓFICAS.
PIRÁMIDES TRÓFICAS:
La cantidad de materia que se encuentra en un ecosistema en un momento dado se
llama biomasa. Esta cantidad se puede representar gráficamente por un rectángulo
cuyo tamaño es proporcional al valor de la biomasa.
Esquema de flujos de energía dentro de una cadena alimentaria en un
ecosistema terrestre y matriz con los parámetros.
Modelo de compartimento del sistema que representa el funcionamiento energético
del sistema.
12.4.3.- EL CICLO DE LA MATERIA
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En los ecosistemas, la materia describe un movimiento cíclico, ya que
todos los intercambios tienen lugar entre los diferentes componentes,
tanto abióticos como bióticos.
EL RECORRIDO DE LA MATERIA EN LOS NIVELES TRÓFICOS:
-LOS PRODUCTORES. Fijan la materia inorgánica del medio (CO2, agua
y sales minerales) y la transforman en materia orgánica, que será el
alimento del nivel trófico siguiente (los consumidores primarios).
-LOS CONSUMIDORES. La materia producida por los consumidores
primarios será utilizada por los consumidores secundarios cuando estos
se alimenten; la materia de los consumidores secundarios será
aprovechada por los consumidores terciarios; y así, sucesivamente,
hasta llegar al último nivel de consumidores del ecosistema.
-LOS DESCOMPONEDORES. Se encargan de transformar los cadáveres
y los restos orgánicos (hojas, excrementos, etc.) en numerosos
productos que se reincorporan en el medio físico: sales minerales
(nitratos, fosfatos, sulfatos …), dióxido de carbono, amoniaco, etc.
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Ciclo del Carbono
El carbono es elemento básico en la formación de las moléculas de carbohidratos,
lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas las moléculas orgánicas están
formadas por cadenas de carbonos enlazados entre sí. La reserva fundamental de
carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y
la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03%
y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en los
procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la
atmósfera cada 20 años. La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la
respiración los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto
de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los
organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles. Los seres
vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es
muy superior a la de otros gases, como el O2 o el N2, porque reacciona con el agua
formando ácido carbónico. En los ecosistemas marinos algunos organismos
convierten parte del CO2 que toman en CaCO3 que necesitan para formar sus
conchas, caparazones o masas rocosas en el caso de los arrecifes. Cuando estos
organismos mueren sus caparazones se depositan en el fondo formando rocas
sedimentarias calizas en el que el C queda retirado del ciclo durante miles y millones
de años. Este C volverá lentamente al ciclo cuando se van disolviendo las rocas. El
petróleo, carbón y la materia orgánica acumulados en el suelo son resultado de
épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a la atmósfera del que se tomaba. Así
apareció el O2 en la atmósfera. Si hoy consumiéramos todos los combustibles fósiles
almacenados, el O2 desaparecería de la atmósfera. Como veremos el ritmo creciente
al que estamos devolviendo CO2 a la atmósfera, por la actividad humana, es motivo
de preocupación respecto al nivel de infecto invernadero que puede estar
provocando, con el cambio climático consiguiente.
Ciclo del Carbono
Atmósfera
Biomasa vegetal
y animal
Detritos/materia
orgánica del suelo
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Ciclo del Oxígeno
El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte
del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de
O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos
organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran
poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños
irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la
molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una
nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica. La
reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la
atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso
por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también
devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración
ocasiona el efecto contrario. Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un
notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su
conversión en ozono. Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy
energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que
reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es
reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a
convertirse en O2.
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Ciclo del Nitrógeno
Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y
ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. Su reserva fundamental es la
atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada
directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias). Esas
bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papel muy importante
en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el
N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas. El amonio
(NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su
metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los
animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales. En el metabolismo
de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión amonio que es muy
tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces
y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de
ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al
agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.
Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una
de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa,
alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado
natural de los suelos. Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en
condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los
compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la
atmósfera. A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean y que es
factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se han
abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos
años se usaron productos naturales ricos en nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile.
Desde que se consiguió la síntesis artificial de amoniaco por el proceso Haber fue posible
fabricar abonos nitrogenados que se emplean actualmente en grandes cantidades en la
agricultura. Como veremos su mal uso produce, a veces, problemas de contaminación en las
aguas: la eutrofización.
Ciclo del Nitrógeno
Nitrógeno
Componente esencial de las
proteínas y de la atmósfera
Estado gaseoso(N2)
Debe fijarse para su utilización
Acción química de
alta energía
Radiación cósmica
Relámpagos y
rayos
Biológico
Bacterias
fijadoras
de
nitrógeno