Pirámide trófica o ecológica; de energía, de biomasa y de números En este resumen explicamos de forma sencilla qué es la pirámide trófica o ecológica, formas y que función tienen en una comunidad de organismos vivos de un ecosistema. La clasificación y tipos; de energía, de biomasa o de números, y cuándo se utiliza la habitual o de forma invertida así como varios ejemplos. Las pirámides tróficas Para representar y conocer de forma más fácil las relaciones ecológicas entre los organismos del ecosistema, se puede utilizar lo que se llama la pirámide trófica (También denominado pirámide ecológica) una forma con aspecto piramidal para visualizar el traspaso de energía y las relaciones alimenticias entre los seres vivos. Desde una definición más ecológica, es una visualización cuantitativa y gráfica de los niveles tróficos de una cadena alimentaria. Recuerda que deberías consultar: Qué son los niveles tróficos Qué es una cadena alimenticia Las pirámides ecológicas nos muestran superpuestos mediante mediante un rectángulo con un área proporcionada los diferentes niveles tróficos de un ecosistema: productores, herbívoros (sobre los productores), carnívoros…etc. La existencia de una estructura trófica piramidal en los ecosistemas se ha convertido en uno de los primeros principios de la ecología. La evidencia de esto se puede encontrar en la mayoría de los libros de texto generales de ecología que definen cómo es, Resumen Qué función tiene la pirámide trófica Tipos de pirámides tróficas 1.- Pirámide de energía 2.- Pirámide de biomasa 3.- Pirámide de números Cómo se hacen o construye Qué función tiene la pirámide trófica La función principal es mostrar algunas características de los niveles tróficos, como la biomasa o la energía (Relaciones alimentarias), al pasar de unos escalones – eslabones a otros. Cada nivel trófico es representado por una franja o rectángulo proporcional. Vía Colombia Aprende – Ejemplo de cómo es una pirámide trófica Al observar en gráfico anterior donde observamos fauna y vegetación, vemos cómo empieza sobre un rectángulo que forma la base de la figura piramidal, que corresponde a los productores (vegetación) y sobre él, de forma ordenada, se disponen los otros niveles tróficos (Animales que corresponden a los consumidores primarios, secundarios, terciarios…etc). Normalmente, la longitud de la base de cada rectángulo en el gráfico es proporcional al valor de la característica que se mide, siendo que hay casos puntuales donde nos aparece una pirámide trófica invertida como cuando estudiamos la biomasa marina o se conceptualiza un número determinado de individuos. Para comprenderlo mejor veamos los diferentes tipos que existen y unos ejemplos. Tipos de pirámides tróficas Principalmente se clasifican en tres tipos; Pirámides de energía (Representa el contenido energético), de biomasa (Nos informa de la cantidad de materia orgánica) y pirámides de números (El número de individuos de un nivel trófico determinado). 1.Pirámide de energía La energía fluye a través de las cadenas alimenticias de manera predecible, entrando desde la base de la cadena alimenticia, mediante la fotosíntesis (Energía proviene del Sol) en los productores primarios posteriormente, subiendo por los eslabones a niveles tróficos más altos. y Debido a que la transferencia de energía de un nivel trófico al siguiente es ineficiente, hay menos energía entrando a niveles tróficos más altos. El flujo de energía en un ecosistema se pierde de tres formas: Por perdida de calor Por material no consumida Por materia no digerido Aquí, es donde las pirámides de energía es útil para cuantificar y mostrar mediante una trama la transferencia de energía de un organismo a otro a lo largo de la cadena alimentaria (Normalmente, las unidades que se utilizan son las calorías y/o joules). La energía disminuye a medida que uno se mueve a través de los niveles tróficos desde la parte inferior hasta la parte superior de la pirámide. Si miramos estos ejemplos de pirámides tróficas de energía, el rectángulo que representa (base) a los productores es siempre el mayor. Generalmente, la energía de cada nivel supone un 10 % del nivel inferior, del cual la toman. Por eso, no pueden ser muy largas, pues la energía disponible y que se traspasa al escalón siguiente se agota con mucha rapidez. Por ejemplo, si queremos representar una pirámide de energía, debajo añadiremos los organismos que tienen una mayor cantidad de energía, los productores. En los niveles siguientes, se recibirá menor cantidad de energía y se ubican en los sectores más angostos en la escala de pirámide, como los consumidores primarios y secundarios. Finalmente, en la cúspide de la pirámide se encuentran los seres vivos que reciben menor cantidad de energía, que podrían ser los consumidores terciarios. 2.- Pirámide de biomasa La biomasa es la cantidad de materia viva u orgánica presente en un organismo. La pirámide de biomasa muestra cuánta biomasa está presente en los organismos en cada nivel trófico. En esencia, las pirámides tróficas de biomasa son una visión estática y gráfica de la distribución de la biomasa en una comunidad entre productores, consumidores y, a veces, los descomponedores. Se centra en la distribución de la biomasa (materia orgánica) en un momento determinado, a diferencia de las otras categorías que consideran principalmente la dinámica del ecosistema. Vía EduCaixa Podemos identificar dos tipos diferenciados: Pirámide de biomasa habitual (A). Típica de ecosistemas terrestres aunque en los acuáticos también la podemos encontrar. La biomasa de los organismos se hace más pequeña a medida que subimos por la figura. Hay muchos productores en la base, y relativamente pocos consumidores en la cima, siendo las unidades de medida típicas de masa/unidades de superficie o volumen. Ejemplo pirámides tróficas terrestres de biomasa Ejemplo pirámides tróficas acuática de biomasa Pirámide de biomasa invertida (B). La podemos encontrar en los ecosistemas acuáticos y marinos después de un periodo de consumo máximo de productores, es decir, los productores presenta una biomasa inferior a la de otros niveles superiores. Pirámide invertida de biomasa 3.- Pirámide de números El número de individuos concretos que se encuentran en un hábitat o ecosistema en cada nivel trófico, por unidad de volumen o superficie: También, en este caso, podemos encontrar ejemplos de pirámides tróficas de números invertidas. Por ejemplo, el número de insectos herbívoros (consumidores) es, con frecuencia, muy superior al número de plantas (productores) que son el nivel inferior. Cómo se hacen o construye Ahora, ya que hemos visto su clasificación y los conceptos básicos, vamos a ver cómo se hace una pirámide trófica de forma sencilla. Siempre debemos de seguir el siguiente esquema: Recuerda que los rectángulos dibujados deben de ser proporcionales con el número que se asigna. Por ejemplo, si tengo que hay 1000 Plantas de la especie “X”, y el siguiente escalón, quiero mostrar que tengo 500 abejas (Consumidores), este último rectángulo tendrá la mitad de ancho que la figura de las abejas. Vamos a ver un ejemplo de pirámide alimenticia donde vemos el flujo de energía en el alimento de animales, especia a especie: 1. La base – color verde – siempre corresponde a los productores (Los que realizan la fotosíntesis; Plantas, árboles algas, micro plancton… etc). En un hábitat acuático con las algas o el plancton, y en un hábitat terrestres los árboles o las plantas. 2. Los consumidores primarios son siempre el siguiente nivel (Los hervíboros), que son los que se alimentan de los productores. Por ejemplo, un conejo que se alimenta de hierba. 3. Los consumidores secundarios (Son los carnívoros) y se alimentan de los consumidores primarios (Los hervideros). Por ejemplo, un zorro que se alimenta de un conejo. 4. Los consumidores terciarios (Son los carnívoros) o también denominados superdepredadores y se alimentan de los consumidores secundarios (Carnívoros más pequeños). El caso de un lobo que se comió a un zorro. Entrar al siguiente enlace para ver el resumen de la fotosíntesis (alta calidad). https://www.portalfruticola.com/noticias/2016/11/24/fisiologia-vegetal-lafotosintesis-el-proceso-que-alimenta-al-mundo/ Pasos de la Fotofosforilación La fotofosforilación es la forma por la cual los organismos fotosintéticos captan la energía de la luz solar, produciendo ATP. Ese fenómeno incluye innumerables reacciones las cuales ocurren en los cloroplastos. En la fotofosforilación acíclica, cuando los pigmentos (clorofila) y las moléculas de agua son alcanzados por fotones (partículas de luz), existe liberación de electrones. Los electrones liberados por la clorofila son capturados por hidrógenos que, por su parte, son capturados por moléculas de NAD. Luego de formado el NADH2 es responsable por la formación de ATP. La clorofila entonces, queda con deficiencia de electrones. Los electrones liberados por la rotura del agua, substituyen los perdidos por la clorifila. La rotura o quiebre del agua libera oxígeno producido por la fotosíntesis. En la fotofosforilación cíclica los electrones liberados por la acción de los fotones vuelven a los pigmentos iniciales, luego de haber sido utilizados en la producción de ATP. Se llama cíclica porque los electrones son re-utilizados por la clorofila. Es una forma alternativa de producción de ATP. La fotofosforilación acíclica es la más utilizada por las células. Fotofosforilación Acíclica y Cíclica En los cloroplastos de las células vegetales ocurre la conversión de energía luminosa en energía química. Las reacciones directamente dependientes de la luz, tienen lugar a nivel de la membrana de los tilacoides. Este proceso se inicia con la captación de energía luminosa en el fotosistema. Existen dos tipos de fotosistemas, I y II. El centro de reacción del Fotosistema I es designado P 700, pues absorbe luz con longitud de ondas próximas a los 700 nm, en tanto que el centro de reacción del fotosistema II es designado P 680 por absorber luz con longitudes de onda próximas a los 680 nm. Cuando la clorofila, la de los centros de reacción se excita por los fotones, libera electrones, oxidándose. Estos electrones son captados por moléculas aceptores de electrones que quedan reducidas. La síntesis de ATP y de NADPH depende de este flujo de electrones, que se inicia en el centro de reacción de los fotosistemas. Este flujo puede ocurrir de dos formas diferentes. – de forma acíclica – fotofosforilación acíclica; – de forma cíclica – fotofosforilación cíclica. El esquema a continuación representa la fosforilación acíclica La fotofosforilación acíclica produce cantidades idénticas de ATP y de NADPH + H + . Con todo, la planta necesita de mayor cantidad de ATP que de NADPH. Entonces las plantas, a veces, realizan una forma adicional de fotofosforilación en la cual no se genera NADPH + H +. El proceso que produce solamente ATP involucra apenas el fotosistema I y se designa fotofosforilación cíclica En este proceso de fotofosforilación cíclica: – Los pigmentos del fotosistema captan la energía luminosa que es transferida a la clorofila la del centro de reacción – La clorofila excitada transfiere sus electrones hacia un aceptor (la ferrodoxina). – Los electrones recorren una cadena transportadora, sucediendo un conjunto de reacciones de oxidación-reducción que conducen a la liberación de energía, parte de la cual es utilizada para fosforizar ADP, formando ATP. – Al final de la cadena, los electrones vuelven al centro de reacción del fotosistema I, siendo por ello un flujo cíclico de electrones. Resumen de la respiración La Respiración Aerobia y Anaerobia ¿Cómo se realiza la respiración Aerobia? La respiración aerobia es la que utiliza oxígeno para extraer energía de la glucosa. Se efectúa en el interior de las células, en los organelos llamados mitocondrias. El siguiente es el proceso: Durante el proceso respiratorio, parte de la energía contenida en la glucosa pasa a las moléculas de ATP. Con esta energía se alimentan, excretan los desechos, se reproducen y realizan todas las funciones que les permiten vivir. Tanto el dióxido de carbono como el agua salen de la célula y del cuerpo del ser vivo (Si se trata de un organismo pluricelular) por que constituyen sustancias de desecho. La energía puede utilizarse de inmediato o almacenarse para su uso posterior. Las bacterias no tienen mitocondrias, por lo cual la respiración se efectúa en su citoplasma. En el resto de los organismos pertenecientes a los 4 reinos (Protistas, hongos, plantas y animales) si existen estos organelos. Algunas células tienen más mitocondrias que otras; por ejemplo, las neuronas, las células musculares y los espermatozoides requieren de altas cantidades de energía y por ello tienen numerosas mitocondrias. La respiración Anaerobia Levadura de Pan La respiración anaerobia consiste en que la célula obtiene energía de una sustancia sin utilizar oxígeno; al hacerlo, divide esa sustancia en otras; a la respiración anaerobia también se le llama fermentación. Probablemente la respiración anaerobia más conocida sea la de las lavaduras de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae), que son hongos unicelulares. Para elaborar la cerveza se utilizan semillas de cebada, las cuales contienen glucosa, sustancia de la cual las levaduras obtienen la energía. Las semillas de cebada son combinan con agua y la flor de una planta llamada lúpulo, que le da sabor a esta bebida. Los ingredientes se mezclan y luego se filtran. El líquido resultante, que contiene la glucosa, se deposita en barriles de madera, junto con las levaduras y se deja reposar varios meses o años; durante éste tiempo, las levaduras utilizan la glucosa para obtener energía y la transforman en un tipo de alcohol llamado etanol. Supongamos que una levadura toma una molécula de glucosa ¿Qué hace con ella? Observa el esquema: Las levaduras utilizan la energía para realizar todas sus funciones; el etanol permanece en el líquido y el dióxido de carbono, por ser un gas, se incorpora al aire. ¿Respiración Anaerobia en las células musculares? Músculo Liso Las células musculares del ser humano también pueden obtener energía a través de una respiración anaerobia. Pero, ¿Cómo se lleva a cabo este proceso? Cuando una persona realiza un ejercicio extenuante el cuerpo necesita mayor cantidad de oxígeno para que las células lo utilicen en la descomposición de la glucosa para obtener energía. Si la actividad que realiza la persona exige a las células musculares un esfuerzo extremo, éstas van a requerir de un gran suministro de energía. Durante el ejercicio intenso el aparato circulatorio no proporciona suficiente oxígeno para satisfacer las necesidades de las células musculares. En el momento que no llega el suficiente oxígeno a los músculos, las células musculares realizan un proceso anaeróbico para obtener energía; durante el proceso se produce un ácido láctico, Al acumularse, el ácido láctico provoca dolor y fatiga muscular. Una vez que la persona deja de hacer ejercicio, la respiración celular vuelve a ser aerobia. Características de los organismos anaerobios Esporas vistas en un microscopio. Existen 2 tipos de organismos anaerobios; los estrictos y los facultativos. Los estrictos mueren en presencia del oxígeno, por lo cual existen en las profundidades de la corteza terrestre y del mar, donde no hay oxígeno, y en el intestino de muchos animales, incluido el nuestro (en esos sitios no abunda el oxígeno). Pero, algunas especies viven en zonas más superficiales, como el material en descomposición del suelo en zonas de mucha vegetación, zonas pantanosas o el fondo de los lagos es el caso de las bacterias de los géneros Clostridium, Ruminococcus, Fusobacterium y Methanobacterium. Las bacterias Clostridium que viven en el suelo descomponen los restos de plantas y animales muertos; generalmente habitan en la capa negra que se llama humus; como continuamente está en descomposición, no contiene aire con oxígeno. Los organismos anaerobios facultativos también pueden realizar la respiración aerobia si se encuentran en presencia de oxígeno. La mayoría de las especies que fermentan la leche, el queso, el vino, la cerveza, el pulque, etc., son facultativas, por ejemplo, la leche que tomamos contiene las bacterias que se utilizan para elaborar quesos y yogurt; cuando la leche no se refrigera comienzan a descomponerla. Las levaduras del vino se encuentran sobre la cáscara de las uvas y luego en su jugo. La fermentación cumple con una función ecológica al descomponer los cuerpos de los seres que mueren; innumerables especies de hongos y bacterias se encargan de esa tarea. Cuando en el lugar donde viven estos microorganismos las condiciones del medio se vuelven difíciles cubren su cuerpo con una capa protectora y se convierten en esporas. Glosario Molécula Molécula: Unidad mínima de una sustancia que conserva sus propiedades químicas. Puede estar formada por átomos iguales o diferentes. ATP (Trifosfato de adenosina): Molécula que se encuentra en todos los seres vivos y constituye la fuente principal de energía utilizable por las células para realizar sus actividades. El ATP se origina por el metabolismo de los alimentos en unos orgánulos especiales de la célula llamados mitocondrias. Orgánulo: Unidad estructural y funcional de una célula u organismo unicelular; por ejemplo, las mitocondrias o el núcleo. Citoplasma Citoplasma: Región celular situada entre la membrana plasmática y el núcleo, con los órganos celulares que contiene. Levadura: Nombre genérico de ciertos hongos unicelulares, de forma ovoidea, que se reproducen por gemación o división. Suelen estar unidos entre sí en forma de cadena, y producen enzimas capaces de descomponer diversos cuerpos orgánicos, principalmente los azúcares, en otros más sencillos. Ácido Láctico: Normalmente se prepara por fermentación bacteriana de lactosa, almidón, azúcar de caña o suero de la leche. Pequeñas cantidades de ácido L-láctico están presentes en la sangre y en otros fluidos y órganos del cuerpo; este ácido se forma en los tejidos, sobre todo los musculares, que obtienen energía metabolizando azúcar en ausencia de oxígeno. Fatiga: Agitación duradera, cansancio, trabajo intenso y prolongado. Facultativo: Que no está obligado a hacer una cosa de una sola manera. Aerobio: Dicho de un ser vivo: Que necesita oxígeno para subsistir. Anaerobio: Dicho de un organismo: Que puede vivir sin oxígeno. Acerca de la fermentación Fermentación. Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. Sumario 1 Historia 2 Características 3 Tipos de Fermentación 4 Usos 5 Curiosidades 6 Fuentes 7 Enlaces Externos Historia Según la teoría evolutiva acerca del origen de la vida en la Tierra, se considera que la fermentación es el proceso de obtención de energía más antiguo. Sobre esa base se considera que, dadas las condiciones de la Tierra primitiva, en la que no existía oxígeno libre y donde los rayos del sol no llegaban a la superficie terrestre, los primeros organismos solo podían obtener la energía de los compuestos orgánicos mediante la fermentación. La fermentación fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son capaces de realizarla. Características El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente. En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no intervienen las mitocondrias ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular. Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante. En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol. Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido. Tipos de Fermentación Los tipos de fermentación que existen son: Alcohólica: Se lleva a cabo fundamentalmente por levaduras del género Saccharomyces, que son hongos unicelulares que, en dependencia de la especie, se utilizan en la producción de pan, cervezas o vinos. Láctica: es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico. Acética: es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino. Butírica: es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables. Usos El beneficio industrial primario de la fermentación es la conversión del mosto en vino, cebada en cerveza y carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan. De acuerdo con Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales: Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos. Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido láctico, etanol, ácido acético y fermentaciones alcalinas. Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, aminoácidos, ácidos grasos esenciales y vitaminas. Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia. Disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible. La fermentación tiene algunos usos exclusivos para los alimentos. Puede producir nutrientes importantes o eliminar antinutrientes. Los alimentos pueden preservarse por fermentación, la fermentación hace uso de energía de los alimentos y puede crear condiciones inadecuadas para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando el ácido producido por la bacteria dominante, inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos. De acuerdo al tipo de fermentación, algunos productos (ej. alcohol fusel) pueden ser dañinos para la salud. En alquimia, la fermentación es a menudo lo mismo que putrefacción, significando permitir el pudrimiento o la descomposición natural de la sustancia. Curiosidades Desde tiempos de la antigüedad el hombre obtenía bebidas alcohólicas a partir del jugo defrutas y miel, pero ignoraba que aran productos de la fermentación que realizaban algunos microorganismos. El término fermentación, a menudo, es erróneamente empleado para designar algunos procesos aerobios de oxidación en que participan las acetobacterias, que trasforman el alcohol en ácido acético. No obstante, estas bacterias, aunque no son fermentativas, se utilizan en la producción industrial de vinagre. El CO2 desprendido en el proceso de fermentación de las levaduras, permite el esponjamiento e incremento de la masa del pan, y el alcohol producido, al evaporarse, le confiere su olor característico.
