Unidad 3. 1. Organización.

 

Los organismos dentro de los ecosistemas se ven obligados a relacionarse unos con otros ya sea de su mismas o diferente especie, está organización se verá determinada por la dificultad que tenga cada uno de ellos por continuar solos.

La diversidad biológica también conocida como biodiversidad, es la variedad de formas de vida que existen y la adaptación de los organismos al ambiente dentro de la biosfera. Esto constituye la gran riqueza de vida en el planeta.

La diversidad biológica se determinó en el Convenio Internacional sobre la Diversidad Biológica, que se suscribió en el Foro Nacional de Diversidad en 1986, como un término que hace referencia a la amplia variedad de seres vivos que existen sobre la Tierra.

La diversidad entre animales y plantas ha sido motivo de interés en los científicos de la historia, quienes desde la antigüedad describían e ilustraban las plantas y animales de su época.

Entre los diferentes grupos de seres vivos existe un alto grado de diversidad. La diferencia entre una ameba y un ser humano es enorme; sin embargo, si se compara la célula de la ameba con alguno de los tipos celulares encontrados en el hombre, se puede observar las semejanzas, pues la célula como unidad estructural, sin importar de que animal sea, está formada por un patrón básico.

Ilustración 1 Espectro de los niveles de organización.

Dentro de la ecología, se diferencian los niveles de organización de la siguiente manera:

INDIVIDUO – ESPECIE – POBLACIÓN – COMUNIDAD – ECOSISTEMA – BIOMA – BIOSFERA

La representación de estos niveles se refiere a una estructura determinada de un sistema, ya que va desde el nivel simple hasta el nivel más complejo.

En el siguiente subtema se describirá que es una población, como se conforma una comunidad y como se da una relación dentro de un ecosistema dado.

3. 1. 1. Definición de poblaciones, comunidades y ecosistemas.

La ecología se ocupa en gran parte, aunque no en su totalidad, de los niveles más allá del organismo. En la ecología la denominación de población originalmente es empleada para definir al grupo de organismos de cualquier especie. De la misma manera, una comunidad, en sentido ecológico (algunas veces llamada comunidad biótica), incluye todas las poblaciones que se encuentran en una área en específico. La comunidad y el entorno no biótico funcionan de manera conjunta como un sistema ecológico o ecosistema.

La biocenosis y biogeocenosis (literalmente, vida y tierra) caminan y funcionan juntas. Estos términos se emplean con mucha frecuencia y equivalen a comunidad y ecosistema de manera respectiva, con esto se hace referencia a la figura que se expone a continuación:

Ilustración 2 Niveles de organización.

Está figura nos muestra los niveles ecológicos dentro de la jerarquía organizacional, siete procesos trascendentes o funciones que se ilustran como componentes verticales de once niveles de integrales de organización.

Ahora bien, en cuento a la definición de población, está se conoce como cualquier grupo de organismos de la misma especie que ocupa un espacio en particular y funciona como parte de una comunidad biótica, la cual a su vez se define como el ensamble de poblaciones que funcionan de la misma manera que una unidad integrante en un área prescrita del hábitat físico. Una población tiene diversas propiedades que, aunque se expresen de manera más clara por variables estadísticas, son propiedades singulares del grupo y no son características de los individuos que se agrupan. Algunas de estas propiedades son: densidad, natalidad (tasa de natalidad), mortalidad (tasas mortalidad), distribución por edades, potencial biótico, dispersión y formas de crecimiento con selección r y K. Las poblaciones poseen también características genéticas que se relacionan de manera directa con la ecología, entre ellas la adaptabilidad, el éxito reproductor y la persistencia (la probabilidad de dejar descendientes durante periodos prolongados).

El concepto de población también se puede definir como el conjunto de organismos de una misma especie que utilizan un área específica que permite o delimita su crecimiento.

Thomas Park (1949), el ecólogo pionero en estudios de población, expreso claramente que una población tiene características o atributos biológicos, los cuales comparte con los individuos que la componen, y a la vez posee características o atributos de grupo singulares provenientes de la especie. Además, la población tiene una estructura y un funcionamiento definidos, que son susceptibles de descripción. Algunas propiedades son: tasa de natalidad, tasa de mortalidad o proporción de edad4es, densidad, potencial biótico, dispersión y formas de crecimiento solo adquieren importancia en el nivel de población y no de un individuo.

Ahora abarcaremos el concepto de comunidad. Se entiende por comunidad el conjunto de poblaciones que habitan un lugar determinado, sin embargo, está definición presenta una serie de problemas, ya que muchas poblaciones no permanecen en un lugar definido, sino que viajan a lugares especialmente distantes en los cuales tienen una incidencia particular. Un ejemplo de ello son las aves que migran entre zonas templadas y las zonas tropicales.

Generalmente los seres vivos necesitan de otros seres vivos semejantes o idénticos a ellos o de otras especies; de esto, surge la comunidad o mejor conocida como biocenosis, que es el conjunto de organismos, de toda especie que coexista en un espacio definido, llamado biotipo que ofrece las condiciones ambientales necesarias para su supervivencia. Siempre en la biocenosis va a ver una estructura, y la estructura de una comunidad biológica siempre se determina por una clase, número y distribución que presentan los individuos que conforman a las poblaciones; en esta estructura se llegan a distinguir tres cualidades fundamentales que son: la composición, la estratificación y los límites.

Ahora se describirán cada una de las cualidades fundamentales que se distinguen en la composición de una comunidad: la abundancia, que se define como el número de individuos que se encuentran presentes dentro de una comunidad delimitada por una unidad de superficie o volumen, es decir, la densidad poblacional de dicha comunidad; otro de las características es la diversidad, que se marca como la heterogeneidad de las clases que constituye siempre a la comunidad; y una característica más es la dominancia, que se siempre la especie que sobresale dentro de la comunidad mediante su número de organismos, tamaño, o la capacidad defensiva que tiene. Es por ello por lo que la comunidad lleva el nombre de la especie que domina dentro de ella como, por ejemplo, se puede decir o hablar de un pinar, una comunidad de espinos o un banco de abulones. Otra característica de la composición son el hábitat, que es el área que mantiene una especie dentro de un espacio físico en la comunidad y el nicho ecológico, que es el papel o la ocupación que tiene una especie determinada dentro de una comunidad, es decir, si se es productor, herbívoro o carnívoro.

Por último, encontramos en concepto de estatificación de la comunidad, estas son capas horizontales o verticales que se utilizan para marcar tanto el tipo de suelo como la cobertura vegetal que existe dentro de un ecosistema. N el caso de la cobertura vegetal, se determina desde las plantas que se encuentran a nivel del suelo hasta los grandes árboles que existen en los bosques y selvas de la biosfera y con esta se puede también determinar la biodiversidad existente dentro de un sistema determinado. A continuación, observaras un esquema de la estructura de un bosque.

Ilustración 3 Estructura idealizada de un bosque mediterráneo (por numeración tenemos: 1. Estructura arbóreo; 2. Estructura lianoide; 3. Estrato arbustico; 4. Estrato herbáceo.

Ilustración 4 Estratificación.

Se dice que existen comunidades monoestratificadas, donde la estratificación de forma vertical es de un tamaño muy pequeño y se le identifica como un solo estrato. Como es el caso de las zonas rocosas o de las grandes áreas desérticas, donde sus organismos llegan a formar una capa en el mismo nivel. Como ejemplo se puede observar un bosque de la siguiente manera: inicia con un estrato subterráneo, hacia arriba está seguido por el suelo, posteriormente se encuentra el estrato herbáceo, sigue el arbustivo y como último estrato está el arbóreo.

La estratificación es el arreglo estructural que presentan las comunidades, por ejemplo, en el caso de la estratificación vegetal, está va a estar establecida por el tamaño y el tipo de vida que presentan los organismos; también nos marca el número de capas que se deben de presentar en una comunidad para que dichas comunidades logren aprovechar al máximo la energía luminosa que transita a través de ellas. Aquí el estrato superior siempre se forma por los organismos que toleran las condiciones de los organismos de mayor tamaño, y el estrato inferior comprende las capas formadas por la hierba a una altura no mayor a 50 centímetros, así como la capa que está formada por el musgo y las plantas rastreras. Estos arreglas estructurales llegan ser parte de los límites de la biocenosis, los cuales en ocasiones es complicado establecer con claridad. Algunas ocasiones resulta fácil hacerlo sobre todo en la biocenosis que utilizan biotipos muy concretos y que se encuentran bien delimitados, como llega a suceder en alguno sitios como una charca o una isla. Cuando se llega a individualizar una biocenosis establecida en biotipos como un océano, este resulta complicado delimitarlo pues una con otras se llega a interferir, es decir, a sobreponerse una áreas con otras. En algunos casos existen zonas de transición que pueden ser llamadas zonas intermedias y que se le denomina ecotono. Como por ejemplo de estos últimos tenemos a la frontera que existe entre un bosque y un desierto, o bien una laguna costera. Se indica que tanto la abundancia y la diversidad, llega a ser pequeña en las zonas donde los climas son muy extremosos, ejemplo de ello son los desiertos, los fondos de los océanos o mares, etc.

En el siguiente subtema se revisarán las delimitaciones que existen en una comunidad.

3. 1. 2. Delimitación de un ecosistema dentro de su comunidad.

Los ecosistemas se definen de dos maneras: los ecosistemas terrestres o también denominados aeroterrestres y los acuáticos. Los seres que se encuentran en las comunidades que conforman estos ecosistemas están adaptados en estos hábitats de diferentes maneras.

Cuando se habla de delimitar un ecosistema, se dice que son los límites de estos, donde existen algunos que se encuentran divididos por límites claros. Como, por ejemplo, se mencionan los siguientes: una laguna, un lago, una acumulación de agua de lluvia en un orificio e incluso un jardín. Mientras que en los ecosistemas terrestres los límites se pueden delimitar mediante algunos tipos de vegetación.

Uno de los factores que sirven para delimitar un ecosistema de otros, son muchos de los accidentes geográficos que se encuentran en los continentes, por ejemplo, de ello son los ríos o las altas montañas que son obstáculos para algunas especies de poderse desplazar de un ecosistema a otro.

Cuando se requieren definir los límites de un ecosistema se pueden tomar en cuenta ciertas intersecciones ecológicas. Dentro de estas interacciones que se toman en cuenta existen: la temperatura, la humedad, la latitud, la altitud, las condiciones y características del suelo, los climas, la topografía, etc., que llegan a ser determinantes en los límites o delimitaciones que tienen cada uno de los ecosistemas dentro de la biosfera.

Suele ser un problema el decidir sobre marcar los límites para el análisis del ecosistema.

Sin importar como se delimite este, ya sea por características naturales o por líneas arbitrarias a conveniencia propia, se deben tomar en cuenta en el entorno las entradas y las salidas de materia y energía Strayer y Odum, clasificaron los límites valiéndose de cuatro clases de principales rasgos limitantes:

1)     Origen y mantenimiento.

2)     Estructura espacial.

3)     Función.

4)     Dinámica temporal.

Desde el pasado los ecólogos han debatido sobre si las comunidades de poblaciones en tierra firme deben considerarse como comunidades discretas con los limitas bien definidos, o si estas llegan a responder de manera independiente a gradientes del entorno, en grado tal que estas comunidades se llegasen a empalmar de forma continua, de manera que el reconocimiento de dichas unidades discretas es arbitrario.

Al delimitar un ecosistema en el espacio y el tiempo, este se realiza con fines operacionales, es decir, de forma arbitraria y va a depender de las características definitorias que le dan los usuarios u observadores dentro de los ecosistemas.

Unidad 2. 3. Factores limitativos

 

¿Qué son los factores limitativos?

Sólo aquellos agentes que obstaculizan la reproducción e incluso la sobrevivencia de una población determinada dentro de un ecosistema, es decir, todos los factores abióticos tienen su punto óptimo y su límite de tolerancia, de ahí que cualquier factor o fuera del margen óptimo causará una tensión y será una limitante.

Los factores limitantes significan un gran problema, ya que, por ejemplo, las plantas pueden morir no por falta de agua, nutrientes naturales o artificiales, sino por exceso de ellos. Otro de los factores limitantes es la temperatura, ya que puede provocar mayor o menor reproducción de una especie, afectando así a la población en un hábitat determinado.

Es importante señalar que uno o más factores abióticos pueden delimitar o prevenir el crecimiento, así como la reproducción de una especie, a pesar de que los otros factores se encuentren en o cerca del punto óptimo.

Odum y Barrett mencionan que otro ejemplo es el caso de la bahía de Great South en Long Island, Nueva York, donde se demostró que el exceso de un factor bueno puede modificar a todo el ecosistema, influyendo en este caso a la industria marisquera. Este caso fue nombrado Los patos contra las ostras y fue documentado por las relaciones causa y efecto. Al determinar grandes granjas de patos dentro de esta baja se ocasiono una extensa fertilización de las aguas originada con el estiércol producido por este animal, que dio como resultado un gran aumento en la densidad del fitoplancton; sin embargo, otro factor determinante fue que la baja circulación de barcos en está bahía provoco un exceso de acumulación de nutrientes por falta de oxigenación, en lugar de ser desplazados hacia el mar. El exceso de nutrientes agregados y la baja proporción de nitrógeno-fósforo modificaron en la totalidad la producción y crecimiento de organismos.

Justus Von Liebig, en 1840 a través de experimentaciones y observaciones de factores limitantes, realizadas con los nutrientes químicos en el proceso de crecimiento de las plantas, concluyo que la restricción de alguno de los nutrientes en cualquier instante obtenía el mismo resultado y limitaba el crecimiento de estas, con lo cual estableció una ley de factores limitantes, también conocida como Ley del Mínimo de Liebig que a continuación se describirá.

2. 3. 1. Ley del Mínimo de Liebig.

La ley del mínimo es un principio desarrollado en la ciencia agrícola, expuesto en 1828 por Carl Sprengel, y más tarde fue interpretado y reformulado por Justus Von Liebig, quien afirmo que el crecimiento no es controlado por un monto total de los recursos que están disponibles, sino por el recurso que se encuentra más escaso y que sería el factor limitante. Por lo tanto, la idea de que un organismo es más fuerte que otro de un eslabón más débil dentro de una cadena trófica con ciertos requerimientos, no es del todo cierta, ya que la dependencia del recurso puede afectar a una especie más que a otra. Está idea fue elaborada por Justus Von Liebig en 1840, pionero en el estudio de algunos factores de crecimiento de las plantas, con la cual se descubrió la manera de como los agricultores en la actualidad conocen el rendimiento de las puntas, que suele está limitado no solo por los nutrientes, sino por el agua y la temperatura que necesitan; su afirmación señala que el crecimiento de una planta depende de los nutrientes que se encuentran disponibles solo en rangos mínimos.

Ilustración 1. Representación de la Ley del Mínimo de Liebig.

En esta imagen podrás ver una serie de nutrientes representados por tablillas de diferentes colores; el potasio (K) es el que representa el mínimo, el cual sería el que limitaría la producción en una determinada área de cultivo. Este concepto fue aplicado al crecimiento de plantas y cultivos, donde se encontró que al aumentar la cantidad de nutriente en mayor abundancia no incrementaba el crecimiento, solo con el aumento de la cantidad del nutriente limitantes, es decir el más escaso o de menor representación, se podía mejorar el crecimiento de los cultivos. Puedes identificar este principio en el siguiente aforismo, el cual menciona que la disponibilidad de los nutrientes más abundantes en los suelos es como la disponibilidad del nutriente de menor proporción en el suelo.

Varias investigaciones han demostrado que es fundamental agregar dos restricciones subsidiarias a este concepto para que este resulte aplicable:

·         La primera restricción dice: la ley del Mínimo de Liebig se aplica estrictamente solo en condiciones de relativa estabilidad; es decir, cuando el promedio de flujos energéticos de entrada y la materia prima se equilibran con los flujos de salida durante un ciclo anual. Por ejemplo: el dióxido de carbono es el principal factor limitativo en un lago y por lo tanto su productividad está controlada por la tasa de suministro de dicho dióxido, procedente de la descomposición de materia orgánica. Suponiendo que otros factores hayan estado disponibles en abundancia como luz, nitrógeno o fósforo y no hayan sido factores limitativos, un cambio climático, como una tormenta, puede ser el factor que lleva más dióxido de carbono al lago provocando que la tasa de producción cambie. Mientras se encuentre cambiando, hay menos probabilidad de que dependa de un constituyente mínimo y se encuentre en equilibrio.

·         La segunda restricción es la interacción de factores; es decir, una concentración elevada, la disponibilidad de alguna sustancia o la acción de algún factor distinto del constituyente mínimo, podría modificar la tasa de uso del factor limitante. Hay ocasiones en las cuales los organismos pueden sustituir, por lo menos de manera parcial, alguna sustancia relacionada de una manera cercana por otra que sea deficiente en el entorno, como es el nitrógeno atmosférico, del cual las plantas toman únicamente lo necesario, aunque este sea variable y no afecta su crecimiento.

La Ley del Mínimo fue redefinida por Bartholomew en el año de 1958, se podría utilizar en el problema de la distribución de las especies, tomando en cuenta los límites de la tolerancia de la siguiente forma; se menciona que la distribución de las especies estará siempre controlada por los factores ambientales para que el individuo tenga un espacio de adaptabilidad o un control más estrecho.

Estos límites de tolerancia que menciona Bartholomew los retoma Shelford en su Ley de Tolerancia.

2. 3. 2. Ley de la Tolerancia de Shelford.

La distribución y la abundancia que presentan los seres vivos en un hábitat están determinados por la existencia de los nutrientes, pero también por los factores fisicoquímicos dentro de los ecosistemas.

La existencia y el bienestar de los individuos siempre dependerán del carácter de un determinado conjunto de condiciones, la desaparición o el mal estado de un organismo pueden darse por la deficiencia o la abundancia, de manera cualitativa o cuantitativa, con respecto a uno de los diferentes factores que se acercan a los límites de tolerancia del ente en cuestión.

No siempre la falta de algo puede determinarse como un factor limitativo, sino también el exceso de algo. De forma que los organismos siempre tengan un mínimo o un máximo ecológico, siempre con un margen entre uno y el otro de manera que se puedan representar estos límites de tolerancia.

Las consecuencias que tiene está ley las definimos en cuatro puntos que a continuación se marcan:

a)  Un organismo siempre tendrá un margen amplio de tolerancia para un factor y un margen chico para otro.

b)  Los individuos con márgenes amplios de tolerancia para todos los factores son los que tienen mayores posibilidades de estar mejor distribuidos.

c)   Cuando las condiciones no sean óptimas para las especies con respecto a un cierto factor, los límites se reducirán con respecto a otros factores ecológicos.

d)  Los periodos de reproducción suelen ser espacios críticos en los cuales los factores ambientales tendrán mayores posibilidades de ser limitativos; es decir, los límites de tolerancia serán más estrechos en los individuos en etapa reproductiva.

La expresión de los grados relativos de tolerancia se ha diversificado en la ecología con el empleo de algunos términos que sirven como prefijos y que son utilizados de manera cotidiana en textos ecológicos, dichos prefijos son:

1.   Esteno, cuyo significado es corto u angosto.

2.   Euri, que significa amplio.

Es primordial reconocer que la aplicación de las leyes de Liebig y Shelford, nos llegan a explicar en gran medida por que un organismo puede estar siempre presente o ausente en menor o mayor cantidad dentro de un ecosistema dado. Por ejemplo, los organismos vegetales y animales más esparcidos y distribuidos en nuestro planeta son los que toleran las altas y bajas temperaturas, presiones, salinidad, etc. En este caso podemos mencionar al ser humano, los ratones, las cucarachas, los peces tripones y algunos patos.

 

Unidad 2. 2. Ciclos biogeoquímicos.

 

¿Qué es un ciclo bioquímico? Es el movimiento de elementos de un sistema, el cual se da entre los seres vivos y su ambiente por medio de una serie de procesos de producción y descomposición de los siguientes elementos: carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fosforo, potasio, entre otros; estos ciclos se dan tanto en los ecosistemas terrestres como en los acuáticos. En los ciclos biogeoquímicos se describen también los movimientos e interacciones de los elementos químicos que son esenciales para la vida en la Tierra, por medio de los procesos físicos, químicos y biológicos. Estos movimientos o flujos de elementos pueden ser abiertos (ejemplo de ello es el flujo de energía) o cerrados (como es el ciclo de la materia).

El concepto de ciclo biogeoquímico se utiliza para hacer la descripción de la distribución y transportación de material dentro de un ecosistema. Los ciclos biogeoquímicos controlan el cambio y la transformación de los sistemas terrestres, acuáticos y atmosféricos, y constituyen el sistema regulador de la capa de la Tierra conocida como hidrosfera y la biosfera; dentro de esta última, la materia se encuentra limitada de manera que si vida útil depende del reciclaje de esta y es un punto importante para lograr el mantenimiento de la vida en un sistema dado; es decir, los nutrientes se agotarían y la vida se acabaría.

La mayoría de las sustancias o elementos químicos que existen en la Tierra no están disponibles de forma útil para los organismos, es por ello que los elementos y compuestos deben encontrarse de manera que nos permitan que los nutrientes sean asimilados por los organismos vivos dentro de un ecosistema, estos elementos químicos tienen que ser continuamente reciclados a formas más complejas por las partes vivas y no vivas de la biosfera, y ser convertidos para que tengan una utilidad en la combinación que se da en los procesos biológicos, geológicos y químicos.

Por medio de los ciclos biogeoquímicos, los elementos que los componen y que encontramos disponibles en el ambiente pueden ser usados una y otra vez por los seres vivos, sin su presencia los organismos dejarían de existir, es ahí donde radica su importancia.

El término ciclos biogeoquímicos se deriva del movimiento cíclico de los elementos y/o compuestos con los que están formados todos los organismos biológicos (bio), el ambiente geológico (geo) y los cambios químicos (qui), de ahí su nombre compuesto, por lo que interactúa la parte biológica, geológica y química.

Los ciclos se encuentran divididos en dos tipos interconectados entre sí:

·         Gaseoso: En este ciclo los nutrientes circulan entre la atmósfera y los organismos. Los elementos que pertenecen a este grupo son el ciclo del carbono, hidrógeno y nitrógeno, los cuales son reciclados de forma rápida, es decir en horas o días.

·         Sedimentario: Los nutrientes tienen una circulación principalmente a nivel de corteza terrestre, es decir, suelo, rocas y sedimento, de ahí su nombre, también abarca la hidrosfera y a los organismos. Se reciclan generalmente de manera muy lenta a diferencia del gaseoso. En este se estudian también los ciclos de los contaminantes: ciclo del fósforo y el azufre.

Ilustración 1. Ciclo de materia dentro de la cadena alimenticia.

En síntesis, podemos decir que dentro de un sistema y entre los mismos, la materia prima con que están construidos los seres vivos circula: desde los componentes inertes también llamado ambienta abiótico, hasta los organismos vivos llamado ambiente biótico, y posteriormente tiene un retorno a lo inerte, de ahí nuevamente a los seres vivos y así sucesivamente; esto lo puedes observar en la figura arriba expuesta.

Los ciclos biogeoquímicos son considerados parte de los fenómenos naturales que ocurren de manera constante y cíclica para el mantenimiento de la vida dentro de la biosfera, por lo que a continuación se abordará la descripción de los ciclos de carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua.

2. 2. 1. Ciclos de carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua.

En este subtema se describirán los ciclos de carbono nitrógeno, fósforo, azufre y del agua para que conozcas cómo funcionan y como interactúan dentro del exosistema. Se comenzará con la descripción de los ciclos gaseosos: ciclo del carbono y ciclo del nitrógeno. Posteriormente, se abordarán los sedimentarios: ciclo del fósforo y ciclo del azufre. Finalmente, se revisará el ciclo del agua, ya que pertenece tanto a los gaseosos como a los sedimentarios.

Ciclo del carbono.

En este ciclo se comprende la función de transferencia del bióxido de carbono (CO₂) y lo referente al carbono orgánico que se da entre algunas capas de la Tierra y comprenden a la biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Este ciclo es de suma importancia en la regulación del clima en la Tierra, además del sostenimiento de la vida.

El carbono como principal elemento en este ciclo, puede ser almacenado en el aire, cuerpos de agua y en el suelo. Se encuentra en el aire como un gas, denominado dióxido o bióxido de carbono (CO₂); mientras que dentro del agua y suelo aparece disuelto, de tal forma que el CO₂ es abundante en el medio.

En la siguiente figura puedes observar la manera en que circula el CO₂ en el medio terrestre y acuático:

La reserva natural del carbono en el ambiente, como moléculas de dióxido o bióxido de carbono, la ubicamos en la atmósfera y la hidrosfera, de ahí es asimilada por los organismos vivos en un ecosistema. El siguiente paso del carbono en un ecosistema es la formación de biomoléculas que constituyen a los organismos formando moléculas orgánicas conformadas por cadenas de carbono entrelazadas entre sí.

Este gas lo podemos encontrar en la atmósfera con una concentración de más del 0.03%, y en cada año alrededor de un 5% de esta reserva se consume en el proceso de la fotosíntesis, es decir, se renueva en la atmósfera cada 20 años.

El retorno de CO₂ a la atmósfera se realiza a través del proceso de respiración que efectúan los seres vivos, donde se oxidan los alimentos generando con ello el CO₂. Dentro de la biosfera, la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos que andan en el suelo.

Así como los seres vivos terrestres toman el CO₂ de la atmósfera, los organismos lo toman del agua, por ejemplo, del ácido carbónico. La solubilidad que tiene este gas es superior a la que poseen otros gases, como el oxígeno o el nitrógeno. Dentro de los ecosistemas marinos, los organismos realizan la conversión del CO₂ en CaCO₃ (carbonato de calcio), el cual utilizan para la elaboración de sus conchas, caparazones y arrecifes. Al morir estos organismos sus caparazones se van al fondo marino y forman rocas sedimentarias calizas, quedando el carbono fuera del ciclo durante muchos millones de años. Este vuelve de manera muy lenta al ciclo al irse disolviendo de las rocas.

Por último, el ciclo del carbono es el constituyente básico en todos los compuestos orgánicos y se le involucra en la fijación de la energía mediante el proceso de la fotosíntesis, la relación es tan intima que el ciclo de carbono y la fotosíntesis son inseparables.

Ciclo del nitrógeno.

El nitrógeno también es importante para los organismos, por ser un componente esencial de las proteínas; se encuentra en estado gaseoso, formando parte de la atmósfera y del aire que respiramos en una proporción del 78%. Sin embargo, para utilizarlo, los organismos necesitan tomarlo en forma de compuestos llamados nitritos y nitratos. Las bacterias conocidas como nitrificante o fijadoras de nitrógeno, transforman el nitrógeno del aire en esos compuestos y así las raíces de las plantas aprovechan los nitratos. Cuando un animal ingiere dichas plantas, indirectamente está utilizando el nitrógeno que le servirá para formar proteínas.

El nitrógeno es devuelto a la atmósfera por medio de las excreciones de los organismos y de los restos en descomposición, que son atacados por bacterias y hongos para formar nitratos. De este nitrógeno, una parte se deposita en el suelo para ser aprovechado nuevamente por las plantas, otra se va a la atmósfera en forma de gas y el resto hacia los sedimentos profundos de la tierra.

El nitrógeno atmosférico también puede transformarse durante las descargas eléctricas de las tormentas y como producto de la actividad volcánica y los compuestos nitrogenados son arrastrados por las lluvias para depositarse en el suelo o ser llevados al fondo del mar en forma de nitratos. El nitrógeno que llega al fondo oceánico es aprovechado por vegetales marinos y posteriormente, por los peces y aves acuáticas.

En el siguiente esquema se puede observar cómo funciona y cuáles son las etapas que sigue el nitrógeno durante su estancia en los diferentes estratos, como son la atmósfera, la biosfera y la hidrosfera.

Ilustración 2. Ciclo del nitrógeno.

Como puedes observar en la figura, las flechas amarillas son las fuentes de origen humano emisoras de nitrógeno al ambiente, las rojas indican las transformaciones que realizan los organismos microbianos del nitrógeno, las flechas azules marcan las fuerzas físicas que actúan sobre el nitrógeno, mientras que las verdes nos indican que son derivados de procesos naturales y que afectan la forma y destino del nitrógeno.

Este ciclo es necesario para suministrar nitrógeno a los seres vivos, quienes en su composición química tienen una gran cantidad de dicho elemento. Su fijación puede ocurrir de dos formas, de manera abiótica o biológica, con la finalidad de realizar su incorporación del suelo y de los organismos vivos. En el proceso abiótico ocurren procesos químicos espontáneos, como son la oxidación; mientras que el proceso biológico es un fenómeno fundamental que siempre depende de la habilidad metabólica en unos pocos organismos denominados diazótrofos.

Ahora bien, existen tres maneras más de aprovechar o desechar el nitrógeno en los seres vivos, estas son la amonificación, nitrificación y desnitrificación.

La amonificación es el procedimiento por el cual los organismos vivos se deshacen de este elemento que producen o tienen en exceso; por ejemplo, los animales terrestres lo realizan mediante la descarga de su orina, cuyo principal compuesto es la urea, la cual está formada por nitrógeno.

La nitrificación es la oxidación biológica que se realiza del amonio o nitritos por aquellos microorganismos que utilizan el oxígeno para hacerlo.

Y finalmente, la desnitrificación que es la reducción de los iones nitratos que están presentes en el agua y en el suelo, transformándolos a nitrógeno molecular; este es un elemento que se encuentra en demasía como parte de la composición del aire.

Ciclo del fósforo.

En este ciclo se produce la mineralización de este y se van solubilizando las formas insolubles, mientras se realiza la asimilación de los fosfatos inorgánicos; este ciclo es uno de los que pertenecen a los sedimentarios.

El fósforo es un factor limitante para el crecimiento de los ecosistemas, ya que está ampliamente relacionado con su movimiento entre los ecosistemas terrestres y acuáticos. Es diferente al ciclo del nitrógeno, porque el ciclo del fósforo no tiene una fase gaseosa en el aire.

El ciclo del fósforo forma parte importante en los ácidos nucleicos, como el ADN, de algunas sustancias intermedias en el proceso de la fotosíntesis y en el proceso de la respiración celular, que combinadas con el fósforo proporcionan la pase para formar enlaces de alto contenido energético de ATP (del inglés Adenosine Triphosphate / trifosfato de adenosina). También localizamos al fósforo en los huesos, los dientes de animales, incluyendo al ser humano.

La reserva primordial del fosforo dentro de la naturaleza, la encontramos en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas que se generan con la deposición de este durante el fenómeno de la meteorización de las rocas, o sacado por las cenizas volcánicas, de esta forma está disponible para que pueda ser utilizado por las plantas como un nutriente. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar, algo de lo que es arrastrado se sedimenta en el fondo de los cuerpos de agua y empieza a formar rocas que tardaran millones de años en emerger y nuevamente liberar las sales de fósforo. Una parte de dichas sales llegan a ser absorbidas por el plancton, que, a su vez, es ingerido por otros organismos filtradores, como son los peces que finalmente alimentan a las aves, devolviendo el fósforo a través de las heces que depositan en la corteza terrestre, estas heces son arrastradas nuevamente al agua y así se inicial el ciclo otra vez.

En el esquema siguiente puedes observar lo mencionado anteriormente.

Ilustración 3. Ciclo del fósforo.

Con las considerables cantidades de fósforo que se extraen de los grandes depósitos acumulados en diferentes lugares de la Tierra se abonan las tierras de cultivo, pero el uso desmesurado de este como abono origina problemas de eutrofización en los terrenos, lo que provoca una desertificación de estos. Con esto se puede decir que es importante como ciclo y perjudicial como abono, por lo que siempre hay que estar llevando un control de él.

Ciclo del azufre.

Como nutriente, el azufre es un elemento secundario, requerido por las plantas y animales para poder realizar diversas funciones; lo puedes encontrar en casi todas las proteínas, por lo tanto, se le considera un elemento esencial para la vida de los organismos vivos.

Una parte de la circulación del azufre a través de la biosfera inicia en el suelo, o bien, desde el agua, si es que hablamos del sistema acuático, es decir, inicia en las plantas, de ahí para a los animales y por medio de las excreciones de estos regresa de nuevo al suelo o al agua. Algunos de sus compuestos como los sulfúricos, que están presentes en la tierra, son conducidos a los ríos por la escorrentía y posteriormente al mar; y a su vez es devuelto a la tierra por algunos mecanismos cuya función es convertirlos en compuestos gaseosos. Estos compuestos gaseosos penetran en la atmósfera y vuelven a la tierra por medio de las lluvias, aunque parte de estos gases pueden ser absorbidos por las plantas directamente de la atmósfera. Los compuestos gaseosos que se forman son el ácido sulfhídrico (H₂S) y el dióxido de azufre (SO₂).

Las actividades industriales generadas por la humanidad provocan un exceso de emisiones de los gases sulfurosos a la atmósfera, lo que ocasiona muchos problemas, pues cuando estos reaccionan, como es el caso del ácido sulfhídrico, regresan a la tierra en forma de lluvia acida, ocasionando problemas de salud, en los cultivos, entre otros. En el siguiente esquema puedes ver lo mencionado.

Ilustración 4. Ciclo del azufre

Ciclo del agua.

El elemento agua parece ser la cosa más simple del mundo; el agua pura no tiene color, olor, ni sabor, pero realmente no es tan simple ni sencilla, ya que es un líquido vital para la vida de toda la Tierra, es decir, donde hay agua hay vida, y donde el agua es escaza, los organismos luchan por sobrevivir. El agua es el compuesto más abundante en los organismos vivos y sin la presencia de ella, la vida en la biosfera sería imposible.

Aunque el agua se mantiene en constante movimiento, está se llega a almacenar en repositorios de manera superficial como son los océanos, lagos, ríos, arroyos, cuencas y en el subsuelo como ríos subterráneos y mantos acuíferos, pero ¿Qué es el ciclo del agua y cómo funciona?

Este ciclo es uno de los más importantes que se da en la biosfera y es el que apoya y amortigua la vida, también llamado ciclo hidrológico. Este ciclo describe la presencia y el movimiento del vital líquido en la biosfera y sobre ella. El agua está sobre la Tierra y siempre se encuentra en movimiento con un constante cambio de estado: líquido-gaseoso-sólido; este ciclo ha estado ocurriendo desde hace billones de años, y la vida en la Tierra depende de él, ya que la biosfera sería un lugar inhóspito si este ciclo no se llevara a cabo.

En la siguiente ilustración se observan los pasos que sigue el ciclo del agua.

Ilustración 5. Ciclo del agua.

El ciclo del agua no tiene un inicio o lugar específico, pero considerando que inicia en los océanos, el sol es quien lo gobierna, pues calienta el agua de estos, generando la evaporación hacia el aire como vapor de agua, posteriormente las corrientes ascendentes del aire trasladan al vapor hacia las capas superiores de la atmósfera, donde a menor temperatura el agua sufre una condensación y se forman las nubes. Nuevamente, las corrientes de aire mueven las nubes, donde las partículas que las componen empiezan a colisionar, crecen y caen en forma de precipitación (lluvia, rocío, nieve), parte de está precipitación también puede caer en forma de nieve, que se acumula en capas de hielo en las altas montañas y en las zonas extremadamente frías de la Tierra, y cuando los climas son más cálidos la nieve se empieza a derretir, y el agua comienza a correr por gravedad hacia los repositorios donde se acumula, mientras otra se filtra al subsuelo formando ríos subterráneos y depósitos de agua llamados mantos acuíferos; otra parte de está agua corre sobre la superficie como escorrentía, hasta llegar de nuevo a los océanos o mares, y nuevamente tener contacto con los rayos solares, se calienta y reinicia el ciclo; las transpiraciones que tienen las plantas y los organismos vivos también son parte del ciclo del agua.

Para concluir este subtema, es importante mencionar que el individuo es un sistema de paso de las sustancias inorgánicas, ya que en el ecosistema estas sustancias circulan entre los seres vivos y el medio ambiente en el que se encuentran, por lo que reciben el nombre de ciclo, y estos reciben la denominación de biogeoquímicos por transitar de los seres vivos (bios=vida), al suelo (geo=tierra) y estar expuestos a reacciones químicas, donde usan y liberan energía. La falta o disminución de estos elementos y sustancias dentro de la biosfera pueden producir grandes y serios problemas en los procesos de producción (producción primaria), es decir, sin las plantas, los consumidores tendrían una deficiencia de crecimiento y reproducción que mermaría su población, provocando una reducción en ellos y hasta su posible desaparición de las cadenas tróficas. A estas alteraciones que se dan en los ciclos biogeoquímicos se les conoce como perturbaciones, las cuales se revisaran a continuación.

2. 2. 2. Perturbación de los ciclos.

Las perturbaciones de los ciclos biogeoquímicos son las alteraciones que se presentan en ellos, afectando la reincorporación del elemento químico y biogeoquímico. Dichas perturbaciones pueden ocurrir de la siguiente forma:

·         En la eliminación o alteración directa sobre el elemento químico principal del ciclo. Por ejemplo, en la contribución de los ecosistemas forestales, el ciclo del carbono es de suma importancia, por lo que, al afectar dicho ecosistema con la tala, se estaría alterando directamente, impidiendo así la reincorporación del carbono en los suelos, y, por lo tanto, modificando la captación de está al disminuirlo.

·         En la alteración de los ciclos en su fase atmosférica, por la adición de contaminantes, se modifica el ciclo del elemento originando secundariamente cambios en el equilibrio del ecosistema.

Actualmente, tres cuartas partes de estas perturbaciones a los ciclos son causadas directamente por las actividades del ser humano.

Las perturbaciones son sucesos discretos en el tiempo, donde se altera las estructuras dentro de los ecosistemas, de las comunidades o poblaciones, así como el cambio de los recursos, y la disponibilidad de los hábitats con medios físicos en los sistemas dentro de la biosfera. Estas no tienen efecto en los ecosistemas, sino que dependen del régimen de perturbaciones que son características especiales y temporales dentro de un patrón, a estas también se les denomina la alteración este los ciclos, ya sea por cuestiones externas o internas dentro del ecosistema.

Las perturbaciones son parte integral de los sistemas terrestres, por la acción continua de los mismos, provocando la adaptación y evolución de las especies, además de generar un cambio en la diversidad del planeta; de igual forma, tienen un papel importante dentro de los ciclos biogeoquímicos de la materia.

Las perturbaciones se clasifican en dos tipos:

·         Naturales. Entre las que se encuentran el fuego, las avalanchas de nieve o tierra, dos fenómenos meteorológicos extremos, inundaciones, deposición de partículas, plagas y algunos mamíferos.

·         Antropogénicas. Son las que realice el ser humano: generación de contaminantes, pérdida de biodiversidad, deforestación, quema en demasía de combustibles fósiles, crecimiento de la mancha urbana y utilización de espacios para depositar residuos sólidos.

Los efectos de las perturbaciones sobre los diversos ecosistemas dependen exclusivamente de la magnitud de la acción del agente perturbador, así como la susceptibilidad de los ecosistemas. Cuando se realizan o se detectan estas perturbaciones, se consideran factores limitativos dentro de los sistemas.

 

Unidad 2. 1. Flujos energéticos y fijación

Es importante que tengas presente que para que un sistema pueda mantener la vida de sus seres orgánicos, es necesario que exista un flujo de energía, el cual se puede perder en forma de calor o bien, en el proceso de respiración. También, debes saber que la energía es una de las partes fundamentales para que un ecosistema pueda funcionar y fluya al interior de este por medio de ciclos biogeoquímicos, otra de sus partes esenciales; los cuales mueven nutrientes a través de los diferentes niveles y capas de la Tierra, lo que hace que la vida sea posible.

Por lo cual al necesitar que un flujo de energía salga de los ecosistemas, estos están abiertos en grados variables para recibir flujos de materia, además de que aquí mismo se da el efecto de inmigración y emigración de los propios organismos, por lo que es necesario que ubiques a los ecosistemas debajo del nivel de la biosfera.

Como resultado de lo anterior, una parte importante del concepto de ecosistemas consisten en reconocer que existe un ambiente de entrada y uno de salida, los cuales están acoplados y resultan esenciales para que el ecosistema funciones y se autosostenga, como lo muestra la siguiente figura.

Ilustración 1. Modelo del ecosistema como un sistema abierto.

Este modelo de ecosistema resalta el medio externo, el cual debe considerarse una parte integral dentro de este concepto.

Para que un ecosistema funcione correctamente, es necesario que mantenga proporciones adecuadas entre especies, recursos y demás, es decir, un equilibrio en la cadena alimenticia y productora.

La siguiente figura muestra como es el flujo de energía (flechas oscuras) y cómo influyen los nutrientes orgánicos dentro del ecosistema (flechas verdes). Es decir, como se da la entrada y salida de la energía dentro del ecosistema, así como la pérdida de esta que se produce durante los procesos de transformación y transferencia entre cada uno de los niveles tróficos, es decir, como se encuentra en equilibrio dentro del ecosistema.

Ilustración 2. Modelo del flujo de materia y energía dentro de una cadena trófica.

Desde el punto de vista de la estructura trófica (de trophe = nutrición), los ecosistemas poseen dos estratos.

1.   Autótrofo: (que se autonutre), superior o “faja verde” de plantas clorofilianas o partes de estas, en las que predominan la fijación de energía lumínica, el uso de sustancias inorgánicas simples y la síntesis de sustancias orgánicas complejas.

2.   Heterótrofo: (que se nutre de otras fuentes), inferior o “faja café” que consta de suelos y sedimentos, materia en descomposición, raíces, etc., en el cual predomina la utilización, reorganización y descomposición de materiales complejos.

Conforme a lo anterior, la comunidad es representada como una trama alimenticia de organismos autótrofos y heterótrofos, los cuales se encuentran ligados o unidos gracias a los flujos de energía, los ciclos de los nutrientes y los nutrientes que se encuentran almacenados. Por otro lado, el comportamiento de la energía dentro los ecosistemas es conocido como flujo de energía, donde sus transformaciones son unidireccionales, lo que se opone al comportamiento cíclico de los materiales.

El concepto de flujo de energía permite comparar ecosistemas entre sí, al igual que evaluar la importancia de las poblaciones dentro del espacio correspondiente en una comunidad biótica dentro del ecosistema.

En la siguiente tabla te presentamos una lista de datos sobre densidad, biomasa y flujo de energía de seis poblaciones determinadas, diferentes en el tamaño de sus individuos y el hábitat donde se ubican. Los números de estos datos varían en magnitud de órdenes (10¹⁷) y la biomasa (10⁵), mientras que las variaciones en el flujo de energía son en tantos de cinco. Las semejanzas en este flujo indican que las poblaciones funcionan dentro del mismo nivel trófico; es decir, son consumidores primarios.

Tabla 1 Densidad, biomasa y flujo de energía en seis poblaciones de consumidores primarios que difieren en tamaño de los individuos que las integran.

	Densidad aproximada (m2)	Biomasa (g/m2)	Flujo de energía (kcal/m2/día)
Bacterias del suelo
Copépodos marinos (Acartia)
Caracoles litorales (Littorina)
Saltamontes de las marismas (Orchelimun)
Ratones (Microtus)
Venados (Odocoileus)

Como has observado a través de los esquemas anteriores, la manera en que la energía penetra dentro de los ecosistemas tiene formas muy variadas; se puede dar por medio del sol, el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono, el nitrógeno, así como a través de otros elementos compuestos, que son una fuente de combustible muy importante para el mismo, ya que sin esto no se podría realizar ningún tipo de trabajo. Además de que, sin una inyección constante de energía, los seres vivientes tampoco podrían funcionar, pues es un hecho que depende de ella al 100%.

Una de las principales fuentes de energía de la que se abastece la Tierra es la luz solar; en este punto, es importante que conozcas que de toda la energía que el sol emite y la que llega al planeta, los seres humanos solo captamos y utilizamos menos del 1%; sin embargo, en ecosistemas como los bosques tropicales, está insignificante cantidad basta para producir cada año hasta 3.5 kilogramos de tejido vivo por metro cuadrado. Mientras que, en otros, algunos organismos llegan a obtener su energía de fuentes muy distintas, pues dependen de la que se encuentra almacenada en compuestos químicos inorgánicos, como el agua de mineral que fluye del subsuelo o brota de los manantiales, la cual está cargada de energía química.

Es importante que tomes en cuenta que la energía que llega del sol a la superficie de la Tierra y a los océanos, lo hace en forma de radiaciones electromagnéticas y se fija por medio del proceso de fotosíntesis que realizan los vegetales clorofílicos y que gracias a ello se producen elementos tales como oxígeno libre, agua, glucosa, hidratos de carbono, entre otros. A partir de los hidratos de carbono sintetizados, los vegetales que pueden fabricar todos los demás compuestos, como proteínas, lípidos y otros hidratos de carbono. Finalmente, la energía que resta es transformada por las plantas en biomasa, la cual es depositada en el suelo en forma de raíces, es decir, un tejido leñoso y herbáceo; dicho material que es energía almacenada se traslada al segundo nivel trófico que comprende a los herbívoros, los descomponedores y los que se alimentan de detritos.

En cada escalón trófico los organismos convierten menos energía en biomasa, por lo que cuantos más espacios se produzcan entre un productor y el consumidor final, la energía que va quedando disponible es menor.

En una sucesión trófica, es muy raro ver que lleguen a existir más de cuatro eslabones o niveles, pues con el tiempo, toda la energía que se transfiere por medio de los niveles tróficos se pierde automáticamente en forma de calor, por lo que es difícil que se mantenga, además de perder su capacidad de generar trabajo útil o entropía.

Ahora bien, ¿Qué ocurre con la energía de un ecosistema cuando un organismo se come a otro? Dicha energía se desplaza en un solo sentido; en estricto orden de ideas, la energía fluye a través de un ecosistema en una dirección: del sol o de los compuesto inorgánicos a los autótrofos (productores) y luego a los distintos heterótrofos (consumidores); las relaciones entre estos conectan a los organismos en una red de alimentación basada en quien se come a quien.

La energía almacenada en los productores puede recorrer un largo camino dentro del ecosistema por medio de una cadena alimentaria, en etapas donde los organismos transfieren energía al comer y ser comidos; como un ejemplo de ello tienes al ecosistema de pradera, donde la cadena alimenticia consiste en un productor que es la hierba, de la cual se alimenta un herbívoro que pasta; y a su vez el herbívoro alimenta al carnívoro, en este caso puedes observar que el carnívoro solo se ubica a dos etapas del productor.

Las cadenas alimenticias nos muestran en sentido fluye la energía a través de un ecosistema.

En la siguiente imagen se representa la manera de como fluye la energía a través de los diferentes niveles tróficos, así como la manera en que se restituye en forma de materia orgánica, las flechas indican la dirección de este proceso.

Ilustración 3. Flujo de materia y energía a través de la pirámide trófica.

2. 1. 1. Fuente primaria energética.

El ser humano puede valerse de distintos recursos tales como el viento, el agua y el sol, entre otros, para obtener energía a fin de realizar algún trabajo o tener algún beneficio; desde tiempos inmemorables en que la humanidad empezó a usar elementos nuevos para su hábitat, uno de los primeros instrumentos fue el fuego para cocinar sus alimentos y tener calor en su vivienda, pasando por los molinos de viento para triturar y moler el trigo en la Edad Media, hasta llegar a la época actual en la que se obtuvo la energía eléctrica mediante la modificación de las propiedades de los átomos.

Lo anterior deja ver que desde siempre el humano ha buscado diversas fuentes de energía de las cuales obtener provecho, estas nuevas energías se derivan de la transformación de los combustibles fósiles; por ejemplo, el carbón que hace funcionar a las máquinas de vapor, y la tracción en los ferrocarriles. Por otro lado, el petróleo y lo que se deriva de el al transformarlo, utilizado en el transporte. Otras energías que tienen un aprovechamiento a menor escala son la eólica y la hidráulica.

Con estos modelos de producción energética se genera empobrecimiento en los recursos fósiles, sin que se piense en su posible reposición, pues tardarían millones de años para volver a formarse. Así, al buscar mejores fuentes de energía, además de intentar fortalecer sus economías y reducir la interdependencia que tienen de los territorios ajenos a los suyos, ya que por obvias razones los suyos se encuentran sobre explotados y con un agotamiento casi total, lo que también los ha motivado usar otros tipos de energías, tales como la nuclear e hídrica.

Desde los últimos años del siglo XIX se ha cuestionado el modelo energético basado en hidrocarburos por dos motivos:

1.   Los problemas ambientales generados por el exceso y abuso de la quema de combustibles fósiles, donde destaca la producción de smog en las grandes ciudades por el gran parque vehicular que poseen y la falta de regulación de este, o el calentamiento global del planeta.

2.   Los grandes riesgos en el uso de la energía nuclear, y que se han manifestado en algunos países como lo sucedido en Chernóbil y Fukushima, así como el uso bélico que se está generando con ella en países de medio oriente.

A lo largo del tiempo, el hombre ha sacado provecho de diversas fuentes de energía, por ejemplo: sol, viento, agua, calor, entre otras, cuya ventaja es que se pueden reutilizar y renovar, mientras que otras no. al respecto, a continuación, se revisa la clasificación de las fuentes de energía.

Las fuentes de energía pueden ser divididas en:

·         Renovable: Son energías que se regeneran con mayor facilidad.

·         No renovable: Son aquellas energías que tardan muchísimo tiempo en regenerarse.

La energía contenida en los combustibles crudos, es decir, sin que haya pasado por un proceso de transformación, es considerada una fuente primaria de energía renovable, la cual puede usarse de manera directa para que pueda ser transformada en energía secundaria y finalmente utilizada. En la industria energética se observan diferentes etapas para la producción de energía, las cuales son: generación, almacenamiento, transformación en energía secundaria, y consumo como una energía final.

Es importante que también tomes en cuenta la existencia de la energía mecánica, la cual puedes encontrar en un simple salto de agua utilizado para generar electricidad, y está puede ser usada de diferentes maneras: iluminación, producción de frío y calor, entre otras, existen diversas técnicas para producir energía.

En la producción de energía se presenta una serie de transformaciones consecutivas, formando una cadena energética en la que cada transformación se caracteriza por su rendimiento, el cual es siempre inferior por las pérdidas ocurridas en los procesos. El concepto de fuente primaria energética se utiliza generalmente en la estadística energética durante la compilación de los balances energéticos, pero se suele identificar con energía primaria la que resulta de las primeras transformaciones, y como energía final la que llega al usuario final. Dichas energías (primaria y final) son las que se utilizan como datos en las estadísticas de uso de energía.

A continuación, se enlistan las diferentes formas de energía primaria:

·         Energía humana y animal.

·         Energía mecánica.

·         Energía química.

·         Energía nuclear.

·         Energía solar.

·         Energía térmica terrestre.

A manera de conclusión, se puede decir que las fuentes primarias de energía son los recursos de energía útil que tienen diversas aplicaciones.

2. 1. 2. Movimientos y transformaciones.

Los movimientos y transformaciones de la energía en un ecosistema se dan por medio de los flujos de energía; este movimiento y transformación de energía se produce dentro del ecosistema cuando la materia y energía pasa de un nivel a otro nivel trófico, a lo que se le denomina cadenas tróficas o alimenticias.

Si caracterizamos los niveles tróficos, podemos decir que el nivel trófico se refiere a la posición que tienen los organismo dentro de una cadena alimenticia; es decir, al inicio se ubican los autótrofos (que son la base de la cadena), después los que se alimentan de ellos, conocidos como herbívoros o consumidores primarios, y finalmente los que se alimentan de estos últimos, llamados carnívoros o consumidores secundarios.

Las cadenas tróficas se presentan como las rutas que sigue el alimento, que va desde el productor hasta un consumidor final. Para aclarar está idea a continuación te presentamos un ejemplo de una cadena dentro de un ecosistema específico:

En el ejemplo anterior se representa al productor del lado izquierdo y al consumidor al final del lado derecho y es posible identificar al autótrofo (pasto) y a los heterótrofos (también clasificados como herbívoros, carnívoros, etc.) reconociendo que el halcón sería el consumidor cuaternario.

Las cadenas alimenticias se pueden representar con tres eslabones como mínimo y con seis eslabones como máximo. Ejemplos de ambos casos son los siguientes:

La forma más realista de representar quien se come a quien se llama red alimenticia, como lo muestra el siguiente gráfico:

Ilustración 4. Red trófica.

Un concepto importante dentro de los niveles tróficos es el de biomasa, la cual debe entenderse como el peso combinado de los organismos en conjunto dentro del ecosistema. Se encuentra distribuida a lo largo de los niveles tróficos, mientras más retirado este el nivel trófico de su fuente (productor) menos biomasa tendrá. Está reducción que sufre la biomasa se debe a distintas razones:

·         No todos los individuos en los niveles inferiores son comidos.

·         No todo lo que es comido es digerido o transformado.

·         Siempre hay una pérdida de energía en forma de calor.

El flujo de energía se realiza de la siguiente forma en una red trófica: los productores primarios pueden obtener la energía del sol para realizar su proceso de biosíntesis, mientras que los otros organismos, que no son capaces de realizar la transformación de energía, la tienen que obtener de manera directa o indirecta de los productores primarios. A está secuencia de relaciones de producción-consumo, a través de las cuales fluye la energía, se le denomina cadena trófica.

En la siguiente imagen se observa la transformación o movimiento de la energía desde el primer nivel hasta el último, que está representado por los saprofitos y detritívoros. Por lo que se representa un esquema simplificado de la cadena trófica. Las líneas azules indican transferencia de energía, mientras las amarillas representan consumo.

Ilustración 5. Cadena trófica.

A manera de conclusión, se puede decir que el movimiento de energía se da en un ecosistema por medio de los niveles tróficos o cadenas alimenticias. En este sentido, no toda la energía absorbida se encuentra disponible en el nivel siguiente (al porcentaje de energía transferida de una nivel al siguiente de la cadena trófica se le conoce como eficiencia ecológica).

2. 1. 3. Capacidad de un ecosistema para la fijación de energía.

El ecosistema incluye la transformación, circulación, acumulación tanto de energía como de materia mediante el funcionamiento de los organismos vivientes y sus actividades, por lo que en ellos se ubica una gran variedad de procesos a través de los cuales se puede fijar la energía, mientras está fluye hacia diferentes organismos que la componen.

La captación y transformación de la energía emitida por el sol en la materia es un trabajo que realizan los vegetales y plantas mediante la fotosíntesis, que es un intercambio bioquímico que permite fijar la energía radiante del sol, transformándola en energía disponible para otros seres vivos, y un proceso vital para el desarrollo de la vida en el planeta Tierra.

Al proceso de fijación y transformación de energía antes mencionado se le denomina productividad primaria, la cual es el motor verdadero de todo ecosistema, así como los procesos de captación y transformación de energía posteriores.

Dentro de la ecología, al concepto de producción primaria se le denomina a la producción de materia orgánica, la cual se lleva a cabo por los organismos autótrofos mediante la fotosíntesis o quimiosíntesis. Está producción primaria es el punto de partida del flujo de energía y los nutrientes a través de las cadenas tróficas. La producción primaria se toma como el incremento de biomasa por unidad de tiempo de los productores.

La producción primaria es generada por los organismos autótrofos, es decir, los productores, e indica la energía solar que los vegetales pueden almacenar mediante el proceso de la fotosíntesis.

La producción primaria bruta se indica como PPB y es la cantidad total de la energía fijada por los productores; si a está le descuentas la energías consumida por las  funciones vitales de un organismo (respiración celular) obtendrás la producción primaria neta (PPN), la cual representa la cantidad de biomasa que se encuentra a disposición del siguiente nivel, es decir, la productividad primaria neta implica la producción de materia orgánica a partir de la inorgánica, realizada por los autótrofos, donde la biomasa generada primariamente es utilizada por sus propios productores para obtener de ahí la energía y la construcción de sus estructuras orgánicas.

La siguiente imagen muestra como circula y se fija la energía en los ecosistemas por medio de los diferentes niveles tróficos, así como las pérdidas de energía que se dan entre un nivel y otro.

Ilustración 6. Flujo y fijación de la energía en un ecosistema.

Ilustración 7. Producción primaria neta por unidad de superficie de los ecosistemas comunes del mundo.

2. 1. 4. Fotosíntesis y fijación de carbono.

La fotosíntesis es el proceso que utilizan los vegetales y las plantas para convertir la energía luminosa emitida por el sol en energía química. Con esta energía química el CO₂, H₂O y los nitratos que absorben las plantas reaccionan fijando el carbono al sintetizar las moléculas de los carbohidratos tales como la glucosa, el almidón y la celulosa, entre otros, así como los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos que conforman la estructura viva de una planta, este es el proceso mediante el cual el carbono queda como parte estructural y funcional de los organismos.

Las plantas logran crecer y desarrollarse gracias a este proceso, pero también realizan el proceso de la respiración cuando no logran obtener la energía necesaria por la fotosíntesis, ya sea que hay suficiente luz o porque mantienen sus estomas (pequeños orificios de las plantas) cerrados. Cuando respiran las plantas se oxidan las moléculas que contienen oxígeno del aire para obtener la energía para sus procesos vitales y lograr sobrevivir.

Es importante señalar que la vida que se desarrolla en este mundo se mantiene gracias al proceso de fotosíntesis que realizan las plantas, tanto en el medio acuático como en el terrestre, donde logran tener la capacidad de sintetizar la materia orgánica imprescindible para constituir los seres vivos, tomando como partida a la luz y a la materia inorgánica.

Ilustración 8. Fotosíntesis.

Ilustración 9. Fijación del carbono.