Ecosistema: estructura y componentes
Un ecosistema es una parte de la naturaleza donde los seres vivos y su entorno trabajan juntos como una unidad. Puede ser grande (un bosque, el mar) o pequeño (un estanque, una pecera). Un campo de cultivo o un acuario es un ecosistema artificial (hecho por el ser humano).
Componentes
- Abióticos (sin vida): luz solar, temperatura, agua, suelo, aire, minerales.
- Bióticos (con vida): productores (plantas verdes, fitoplancton), consumidores (herbívoros y carnívoros) y descomponedores (bacterias, hongos).
Estructura
La estructura indica qué especies hay y cómo están organizadas. La composición de especies es la lista de especies. La estratificación es la división vertical en capas: en un bosque, árboles arriba, luego arbustos, luego hierbas y pasto. Cada capa recibe una cantidad distinta de luz.
Cuatro funciones
Todo ecosistema hace cuatro trabajos: productividad, descomposición, flujo de energía y ciclo de nutrientes.
Estanque: un ejemplo sencillo
Abióticos: agua, minerales disueltos, luz solar. Productores: fitoplancton, algas, plantas flotantes y con raíces. Consumidores: zooplancton, peces pequeños, peces grandes. Descomponedores: bacterias y hongos en el fondo.
Productividad: PPB y PPN
La producción primaria es la cantidad de biomasa (materia orgánica) que fabrican las plantas por área en un tiempo dado. El ritmo al que se fabrica es la productividad, que se escribe en g m⁻² año⁻¹ o kcal m⁻² año⁻¹.
- Productividad primaria bruta (PPB): ritmo total de fabricación de materia orgánica en la fotosíntesis.
- Respiración (R): parte de la PPB que usan las propias plantas.
- Productividad primaria neta (PPN): lo que queda para animales y descomponedores: PPN = PPB − R.
- Productividad secundaria: ritmo al que los consumidores forman materia orgánica nueva.
La productividad depende de la especie de planta, la luz solar, la temperatura, el agua y los nutrientes. Toda la Tierra produce unos 170 mil millones de toneladas (peso seco) de materia orgánica al año. Los océanos cubren cerca del 70 % de la superficie, pero aportan solo unos 55 mil millones de toneladas, porque el agua profunda recibe poca luz y pocos nutrientes.
Descomposición: cinco pasos
Los descomponedores rompen la materia muerta compleja (detritos: hojas secas, corteza, flores, animales muertos, excrementos) en sustancias inorgánicas simples como CO₂, agua y nutrientes.
- Fragmentación: los detritívoros, como las lombrices, rompen los detritos en trozos diminutos.
- Lixiviación: los nutrientes solubles en agua bajan al suelo y se quedan allí como sales.
- Catabolismo: las enzimas de bacterias y hongos descomponen los detritos en sustancias inorgánicas más simples.
- Humificación: se forma una sustancia oscura y esponjosa llamada humus. Resiste a los microbios, se descompone muy despacio y es una reserva de nutrientes.
- Mineralización: los microbios descomponen poco a poco el humus y liberan nutrientes inorgánicos.
Qué controla la velocidad
Es rápida cuando los detritos son ricos en nitrógeno y azúcares y cuando hay calor y humedad. Es lenta cuando abundan la lignina y la quitina, y cuando hace frío, hay sequedad o falta oxígeno (condiciones anaerobias). La descomposición necesita oxígeno.
Flujo de energía
El sol es la única fuente de energía de casi todos los ecosistemas (las fuentes hidrotermales del fondo marino son una excepción). Menos del 50 % de la luz solar es radiación fotosintéticamente activa (RFA), y las plantas captan solo cerca del 2–10 % de la RFA. Esa pequeña parte mantiene en marcha todo el mundo vivo.
La energía fluye en un solo sentido: sol → productores → consumidores. Nunca se recicla. En cada transferencia se pierde mucha energía como calor, como dice la segunda ley de la termodinámica.
Cadenas tróficas y niveles tróficos
- Cadena de pastoreo: empieza con plantas verdes: pasto → cabra → persona.
- Cadena de detritos: empieza con materia muerta: detritos → descomponedores (hongos, bacterias) → detritívoros. En un ecosistema terrestre fluye mucha más energía por la cadena de detritos que por la de pastoreo.
- Las cadenas se unen y forman una red trófica.
- Niveles tróficos: productores (1.º), herbívoros / consumidores primarios (2.º), carnívoros / consumidores secundarios (3.º), consumidores terciarios (4.º).
- Biomasa en pie: la masa de materia viva de un nivel trófico en un momento dado.
Regla del 10 por ciento
Solo cerca del 10 % de la energía de un nivel pasa al siguiente (Lindeman). Así, 10,000 J en las plantas → 1,000 J en los herbívoros → 100 J → 10 J. Por eso las cadenas alimentarias rara vez tienen más de 4–5 niveles.
Pirámides ecológicas: número, biomasa, energía
Dibuja los productores como base y cada nivel trófico superior encima. La pirámide puede mostrar número, biomasa (peso seco) o energía.
- Pirámide de número: en una pradera es recta (muchas plantas de pasto, menos saltamontes, menos ranas). Un solo árbol grande con muchos insectos y aves da una forma invertida o de huso.
- Pirámide de biomasa: suele ser recta en tierra. En el mar es invertida: la masa de fitoplancton en un momento dado es pequeña porque crece y se lo comen muy rápido, mientras que la masa de peces es mayor.
- Pirámide de energía: siempre es recta, porque en cada paso se pierde energía y un nivel nunca puede tener más energía que el que lo alimenta.
Límites de las pirámides
No tienen en cuenta que una misma especie puede estar en dos niveles a la vez, suponen cadenas simples (la naturaleza tiene redes) y dejan fuera a los saprófitos (descomponedores) aunque son vitales.
Qué se pregunta en el examen
Preguntas frecuentes: definir PPB y PPN y escribir PPN = PPB − R; enumerar y explicar los pasos de la descomposición con sus factores; explicar por qué la pirámide de energía siempre es recta; dar un ejemplo de pirámide invertida de número o de biomasa; calcular la energía de un nivel superior con la regla del 10 %; comparar la cadena de pastoreo con la de detritos. Los problemas numéricos son cortos y dan puntos fáciles: escribe siempre primero la fórmula.
Fórmulas y definiciones clave
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Ejemplos resueltos
1. Un campo tiene PPB = 20,000 kcal m⁻² año⁻¹ y las plantas gastan 4,000 kcal m⁻² año⁻¹ en respiración. Halla la PPN.
PPN = PPB − R = 20,000 − 4,000 = 16,000 kcal m⁻² año⁻¹.
2. Un lago tiene PPN = 6,000 y R = 2,000 kcal m⁻² año⁻¹. Halla la PPB.
PPB = PPN + R = 6,000 + 2,000 = 8,000 kcal m⁻² año⁻¹.
3. Las plantas captan 50,000 J. Con la regla del 10 %, ¿cuánto llega a un consumidor secundario?
Consumidor primario: 10 % de 50,000 = 5,000 J. Consumidor secundario: 10 % de 5,000 = 500 J.
4. Una serpiente (consumidor terciario) recibe 25 J. ¿Cuánta energía había en los productores?
Se trabaja hacia atrás: × 10 en cada paso. Secundario: 250 J, primario: 2,500 J, productores: 25,000 J.
5. Un bosque recibe 1,000,000 J de RFA y la PPB almacena 20,000 J. Halla la eficiencia fotosintética.
Eficiencia = 20,000 ÷ 1,000,000 × 100 = 2 %. Está dentro del rango habitual de 2–10 %.
6. Los herbívoros de una pradera tienen 1,500 kJ y los carnívoros que se los comen tienen 120 kJ. Halla la eficiencia ecológica y compárala con la regla del 10 %.
Eficiencia = 120 ÷ 1,500 × 100 = 8 %. Es un poco menos del 10 %, lo cual es normal: la cifra del 10 % es solo un promedio.
7. La PPB de un cultivo es 30,000 kcal m⁻² año⁻¹ y la respiración es el 30 % de la PPB. Las vacas comen el 10 % de la PPN. ¿Cuánta energía consumen las vacas?
R = 0.3 × 30,000 = 9,000. PPN = 30,000 − 9,000 = 21,000. Vacas: 10 % de 21,000 = 2,100 kcal m⁻² año⁻¹.
8. ¿Por qué una cadena alimentaria rara vez tiene más de cinco niveles? Muéstralo con números empezando en 100,000 J.
100,000 → 10,000 → 1,000 → 100 → 10 → 1 J. En el sexto nivel solo queda 1 J, muchísimo menos de lo necesario para mantener una población de animales.
9. ¿Qué pirámide está invertida en cada caso? (a) pirámide de número de una higuera con insectos, (b) pirámide de biomasa en el mar, (c) pirámide de energía en un estanque.
(a) Invertida (un árbol, muchos insectos). (b) Invertida (poca masa de fitoplancton, más masa de peces). (c) Nunca invertida: la pirámide de energía siempre es recta.
Errores comunes
- Escribir PPN = PPB + R. La respiración es una pérdida, así que PPN = PPB − R.
- Decir que la energía se recicla en un ecosistema. Los nutrientes se reciclan; la energía fluye en un solo sentido y sale como calor.
- Pensar que la pirámide de biomasa siempre es recta. En el mar es invertida.
- Confundir la humificación (se forma humus) con la mineralización (el humus se descompone y libera minerales).