I.E.S. Flavio Irnitano El Saucejo (Sevilla) Departamento de Ciencias Naturales ASIGNATURA: CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES Curso 2.013 2.014 NIVEL: 2º Bachillerato 3. EL FLUJO DE LA ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS. Estructura trófica de los ecosistemas: cadenas y redes tróficas. Flujos de energía entre niveles tróficos. Pirámides tróficas. Conceptos básicos: energía solar, energía química, autótrofos o productores, heterótrofos o consumidores (primarios, secundarios, terciarios), descomponedores, eficiencia ecológica, regla del 10%. 1. El flujo de energía en un ecosistema es unidireccional, acíclico, abierto. La energía, después de utilizarse como energía luminosa, química, etc., se pierde en forma de calor hacia el espacio exterior. De este principio general se deduce que para que el ecosistema se mantenga estable se precisa un aporte exterior de energía. El flujo de materia en un ecosistema y en la biosfera en su conjunto es cíclico, cerrado, gracias a la actividad de los descomponedores, que transforman la materia orgánica de los desechos y residuos orgánicos en sustancias inorgánicas sencillas, asimilables de nuevo por el ecosistema a través de los productores. 2. La diferencia fundamental es que la circulación de la materia sigue un ciclo, es decir, que los mismos átomos pueden circular repetidamente por los distintos apartados del ecosistema, mientras que la energía circula en un solo sentido, sin posibilidad de volver a ser utilizada. 3. Un ecosistema ideal es un sistema abierto en cuanto a la energía pues necesita una fuente externa (el Sol o sustancias inorgánicas) y libera energía al exterior, y cerrado en cuanto a la materia, pues las moléculas vuelven a ser empleadas una y otra vez en un esquema cíclico. 4. 5. a) Los productores transforman la energía solar en energía química. Los consumidores primarios, al alimentarse de los productores, obtienen la energía química fijada por ellos en sus moléculas orgánicas. Lo mismo ocurre con los consumidores secundarios respecto de los primarios, etc. Los descomponedores transforman la materia orgánica en inorgánica, que de nuevo queda a disposición de los productores. b) El flujo de energía se inicia con la transformación de la energía luminosa solar en energía química por parte de los productores mediante la fotosíntesis. Esta energía química queda fijada en las moléculas orgánicas que elaboran. c) Cada nivel trófico utiliza una parte de la energía asimilada en sus propias funciones vitales (crecimiento y desarrollo, calor corporal, locomoción, etc.) mediante la respiración celular. d) La energía que no se aprovecha en la respiración se degrada en forma de calor liberado al medio externo, y el ecosistema no puede utilizarla. 6. a) El flujo de energía en un ecosistema se inicia con la transformación de la energía luminosa en energía química durante la fotosíntesis de los productores, que se fija en la materia orgánica fabricada durante el proceso. Resulta esencial destacar la baja asimilación energética de los productores (en torno al 0,1 % del total de radiación solar incidente). b) No. A través de la respiración celular (catabolismo), la comunidad vegetal utilizará una parte de la biomasa fabricada por los productores durante la fotosíntesis (alrededor del 20%), para su propia actividad vital (crecimiento y desarrollo). Del total de biomasa disponible de los productores (producción neta), que representa aproximadamente el 80% de la biomasa fabricada en la fotosíntesis, solo en torno a un 10% se transfiere al siguiente nivel trófico. El resto no se emplea, y pasa a formar parte de los residuos orgánicos del suelo, que servirán, a su vez, de fuente de materia y energía para los detritívoros y los descomponedores. Un pequeño porcentaje de la biomasa no usada se exportará fuera del ecosistema. Página 1 de 10
7. Tomando como partida la energía luminosa, ésta es incorporada mediante la fotosíntesis a los productores en forma de energía química, en los enlaces de las moléculas orgánicas. Parte de la energía se emplea para realizar trabajos, otra parte no es asimilada y se pierde en forma de desechos y otra pasa a formar parte del organismo y, finalmente, otra parte se pierde en forma de energía térmica irradiada. Para el siguiente nivel sólo es asequible la parte de energía que pasó a formar parte del organismo, en general menos del 10% del total recibido, repitiéndose el reparto en el uso de esa energía. La consecuencia principal es que la energía disponible para los niveles tróficos a medida que se avanza en la cadena trófica disminuye muy rápidamente, por lo que su número en general es muy corto. Es posible hacer algunas generalizaciones: La fuente primaria (en la mayoría de los ecosistemas) de energía es el sol. El destino final de la energía en los ecosistemas es perderse como calor. La energía pasa de un organismo a otro a través de la cadena alimenticia a medida que un organismo se come a otro. Cada organismo o nivel trófico pasa al siguiente una parte pequeña de la energía que obtuvo del anterior. Los descomponedores extraen la energía final que permanece en los restos de los organismos. 8. La ley de Lindeman o del 10% establece que cada nivel trófico de la pirámide solo aprovecha entre el 10 y el 15% de la presa para construir sus propias estructuras. Esto es así porque en toda transformación energética se pierde energía energética en forma de calor (energía no útil) y, además, porque no toda la presa es aprovechable. Eso tiene implicaciones muy profundas cuando hablamos de la alimentación humana en países desarrollados, donde la dieta abunda en alimentos de origen animal. Si pasamos del escalón de los herbívoros al de los carnívoros que se alimentan de esos herbívoros, pues tenemos que la biomasa de los carnívoros es típicamente sólo la décima parte de la biomasa de los herbívoros, igual que la de éstos es sólo aproximadamente la décima parte de las plantas a partir de las cuales se alimentan. Por lo tanto, para obtener un kilo de proteína de origen animal en sistemas industriales empleamos entre 3 y 20 kilos de proteína de origen vegetal que podrían consumir directamente los seres humanos, acortado la cadena trófica y, por tanto, habría más energía disponible, empleando menos superficie y recursos para obtenerla. 9. Dos razones básicas lo justifican: en primer lugar, en cada nivel trófico se produce una disminución progresiva de la energía porque una parte se pierde en forma de calor durante la actividad metabólica (respiración celular, etc.); por otro lado, conforme ascendemos en el ecosistema, aumenta la cantidad de energía consumida en la actividad metabólica propia de cada nivel trófico (en los consumidores secundarios, por ejemplo, supone en torno al 60% de su producción bruta a causa, especialmente, de una mayor actividad locomotora para buscar alimento). 10. La energía sigue un recorrido lineal unidireccional, desde una forma de energía útil, capaz de realizar un trabajo (energía radiante del Sol, o procedente de reacciones químicas) a una forma de energía no útil (calor). En este camino cumple los dos principios de la termodinámica: La primera ley dice que la energía puede transformarse de una clase en otra, pero no puede destruirse. Por ejemplo, la energía de la luz se transforma en materia orgánica. La segunda ley dice que al pasar de una forma de energía a otra hay pérdida de energía en forma de calor. De esto se deduce que un ecosistema no puede ser autoabastecido de energía en el corto plazo y que todos los procesos naturales son irreversibles en cuanto al flujo de energía. 11. a) Los combustibles fósiles se han formado a partir de la transformación de restos de seres vivos, es decir, de materia orgánica que, a su vez se formó gracias a antiguos productores que, fundamentalmente, realizaron el proceso de fotosíntesis, cuya fuente de energía es el Sol. b) El oxígeno presente en nuestro planeta tiene su origen en el proceso de la fotosíntesis, la cual emplea la luz solar como fuente de energía y emplea agua como dador de electrones y protones, dando como resultado oxígeno libre. c) Si bien es útil como amortiguador del poder oxidante del oxígeno, el nitrógeno atmosférico no es útil como fuente directa de nitrógeno para los seres vivos, ya que los productores sólo pueden tomarlo en forma de ión nitrato. d) Los descomponedores (y transformadores) son los organismos que cierran el ciclo de la materia al convertir materia orgánica en materia inorgánica, poniéndola al alcance de los productores, que continúan el ciclo. Página 2 de 10
12. Teniendo en cuenta el tipo de nutrición y la función que los organismos desempeñan en los ecosistemas, podemos clasificarlos en tres grandes grupos, llamados niveles tróficos: productos, consumidores y descomponedores. Productores. Son los organismos autótrofos: vegetales, algas y bacterias fotosintéticas. Se les llama así por su capacidad para sintetizar materia orgánica partiendo de sustancias inorgánicas sencillas (dioxido de carbono, agua y sales minerales). En este proceso, la energía lumínica es almacenada en los enlaces químicos de las grandes moléculas orgánicas. También son autótrofas las bacterias quimiosintéticas, pero su papel como productores de la biosfera no es muy importante. Consumidores. Son los organismos heterótrofos animales, que obtienen la materia y la energía necesaria directamente de los productores o de otros animales que han comido productores. Pueden ser: - Consumidores primarios. Se llaman así a los vegetarianos, que se alimentan de productores. - Consumidores secundarios. Son los carnívoros, que se alimentan de los consumidores primarios. - Consumidores terciarios, cuaternarios, y de superior nivel. Aquellos carnívoros que se alimentan de otro carnívoros. Descomponedores. Son también organismos heterótrofos, como algunas bacterias y hongos, que se alimentan de restos orgánicos: cadáveres, excrementos, mudas de piel, etc. En este proceso alimenticio descomponen la materia orgánica y la trasforman en inorgánica. 13. No porque estos organismos se encargan de extraer toda la energía que queda en la materia orgánica, dando como resultado la aparición de materia inorgánica, la cual es aprovechable por parte de los productores. Si no existieran la materia inorgánica aprovechable por parte de los productores acabaría no sería repuesta y acabaría agotándose. 14. a) De los restos procedentes de los demás niveles tróficos (cadáveres, pelos, excrementos, secreciones ) b) Ver pregunta 11 d. 15. Una cadena trófica o alimenticia es la ruta del alimento desde un consumidor final dado hasta el productor. Por ejemplo, una cadena alimenticia típica en un ecosistema de campo pudiera ser: pasto saltamontes ratón culebra halcón 16. Conjunto de cadenas alimentarias de un ecosistema, interconectadas entre sí y constituido por un elevado número de relaciones tróficas direccionales entre parejas de especies, donde una misma especie alimenta a varias a la vez que obtiene nutrientes de distintas fuentes. La red aparece como una serie de cadenas alimentarias, entrelazadas o solapadas por segmentos comunes, por las que circulan energía y materiales. Ver figura. 17 Los productores son los organismos que transforman la materia inorgánica como el agua, el CO2, el ion nitrato, etc., en moléculas orgánicas. Para ello utilizan energía que toman de su entorno, y que puede ser de dos tipos: Energía lumínica mediante el proceso de la fotosíntesis. En este proceso se utiliza un pigmento fotosensible, la clorofila, que pierde electrones al recibir luz. Esta pequeña corriente eléctrica se utiliza en la biosíntesis de moléculas orgánicas. Los organismos fotosintéticos son los vegetales, las algas (tanto unicelulares como pluricelulares) y las bacterias fotosintéticas. Página 3 de 10
Energía química mediante el proceso de la quimiosíntesis. Lo realizan únicamente las bacterias quimiosintéticas. En este proceso producen la oxidación de compuestos que se encuentran reducidos en el entorno, como el H2S. Esta oxidación libera la energía que ellas utilizan. 18. Los principios generales a que nos referimos son los siguientes: 1. Las distintas especies del ecosistema pueden agruparse en niveles tróficos, según su función ecológica. 2. Una misma especie puede alimentarse o, a su vez, servir de alimento a varias especies de distinto nivel trófico. 3. La eliminación de una especie o grupos de especies, o incluso la reducción de sus poblaciones, puede tener graves consecuencias para el resto del ecosistema. 4. El conocimiento de la red trófica de un ecosistema sirve para apreciar su estado de conservación. 19. c 20. a 21 a) Verdadero, si bien algunas formas parásitas han perdido la capacidad de realizar la fotosíntesis. b) Falso, también pueden realizar la fotosíntesis algas y cianobacterias. c) Falso, sigue un flujo unidireccional. d) Verdadero, pues sólo tiene ese tipo de materia como fuente de materia. e) Falso, no son capaces de crear materia orgánica a partir de materia inorgánica sino que son un tipo especial de consumidores que se alimentan de restos de otros seres vivos. 22. a) Es un esquema simple de una cadena trófica general. b) La energía solar es captada mediante fotosíntesis por un productor, que la almacena en forma de materia orgánica. El productor sirve da alimento a un primer consumidor, el cuan obtiene energía de ello. Un segundo consumidor se alimenta del primero consiguiendo la energía que necesita. c) Ver pregunta 8. Gaviota 23. a) Productores (algas, plancton) Consumidores primarios (lapas, mejillones, erizos de mar, arenques) Consumidores secundarios (estrellas de mar,), consumidores terciarios (gaviota), Detritívoros (cangrejos). b) ver gráfico adjunto. Cangrejo Estrella de mar Mejillón Plancton Arenqu e Erizo de mar Lapa Alga 24. Cernícalo Piojos de plumas Verderón Avispa taladrador Avispa Cangrejo de río Araña Escarabajo crisomela Colémbolo Hojarasca Sauce Insectos acuático s 25. En las cadenas tróficas, la transferencia de materia y energía es lineal, en un solo sentido, de manera que el alimento va pasando de un organismo a otro, que suele pertenecer a un nivel trófico distinto. Por ejemplo: grama liebre lince. Pero lo más frecuente es que una misma especie sirva de alimento a más de un depredador, y que un mismo depredador se alimente de diversas especies de presas. Se habla entonces de redes tróficas, ya que todas las especies del ecosistema están interrelacionadas por el alimento. Página 4 de 10
26. La eliminación de alguna de las especies de un ecosistema provocaría, con el tiempo, una reorganización del ecosistema que conduciría a un nuevo equilibrio en cuanto a la densidad de población de las especies que lo conforman. En este proceso puede ocurrir que algunas especies aumenten sus poblaciones y otras, en cambio, experimenten una disminución, hasta llegar, incluso, a su extinción. La secuencia de cambios descrita es similar para el caso de la introducción de especies exóticas. 27. a) La grafica representa una pirámide trófica. Recibe ese nombre porque en ella normalmente cada escalón es mayor que el que tiene encima. Los compartimentos representados como rectángulos situados uno sobre otro, cuya altura es constante pero cuya anchura varia, representan los niveles tróficos o escalones tróficos de un ecosistema. Las pirámides pueden representar los niveles tróficos de un ecosistema o de una única cadena trófica, como es este caso. En cada escalón se representa una única especie: en este ejemplo concreto están representados un árbol (encina o pino piñonero), una ardilla, un hurón u otro mustélido semejante y una rapaz nocturna (autillo, búho o cárabo). Hay distintos tipos de pirámides tróficas: de biomasa, de números, de energía y de producción. Este ejemplo es una pirámide de producción, ya que representa las unidades de energía (equivalente a biomasa) producidas por metro cuadrado y año. El escalón inferior, que forma la base de la pirámide, representa siempre los productores fotosintéticos. Sobre él se sitúan los consumidores primarios (herbívoros), sobre él los consumidores secundarios (carnívoros) y sobre este los consumidores terciarios (superdepredadores). b) Cada escalón es aproximadamente diez veces más pequeño que el situado justo debajo; esto se debe a una limitación termodinámica: el paso de un escalón al siguiente representa una transformación energética (realizada por depredación y asimilación de la presa), que tiene ese límite de rendimiento. Además, cuando se representa la producción, hay que descontar la parte que cada ser vivo emplea en la respiración, y que por lo tanto no está disponible para el nivel siguiente. Esta regla del 10 % se puede entender también en el sentido de que para que en un ecosistema se puedan producir 3.368 kg de carne de ardilla por metro cuadrado y año, es necesario que en ese ecosistema haya disponibles 20.810 kg de alimento para ardillas por metro cuadrado y año. Para los otros dos niveles tróficos representados puede hacerse la misma lectura. Esto no significa que en un metro cuadrado de bosque haya 3.368 kg de ardillas, sino que esa es la biomasa de estos roedores producida en un año. Al descontar la masa respirada, la consumida por los depredadores y otros factores que eliminan biomasa, obtendríamos el valor real medio de biomasa de ardillas por metro cuadrado en ese ecosistema, que muy probablemente será de unos pocos gramos. c) La energía de un compartimento que no es aprovechada por el siguiente y que tampoco ha sido utilizada para la respiración, representa materia orgánica desechada que no se ha integrado en el flujo de energía representado. Esta biomasa muerta, que aun contiene energía química, constituye la necromasa. Se acumula inicialmente en el suelo en forma de hojarasca, ramas muertas, cadáveres y restos de todo tipo, que son aprovechados por los descomponedores. Los descomponedores son bacterias y hongos capaces de romper las moléculas orgánicas rindiendo sustancias inorgánicas, como amoniaco, dióxido de carbono, nitrógeno, ácido sulfhídrico, sulfatos, etc.; es decir, producen la mineralización de la materia orgánica. Los descomponedores no se representan en las pirámides tróficas. 28. a) es una pirámide de producción, ya que representa las unidades de energía (equivalente a biomasa) producidas por metro cuadrado y año. b) La regla del 10% propone que, de media, cada escalón de una pirámide pasa al siguiente un 10% de la energía que posee; esto se debe a una limitación termodinámica: el paso de un escalón al siguiente representa una transformación energética (realizada por depredación y asimilación de la presa) y además, cuando se representa Página 5 de 10
la producción, hay que descontar la parte que cada ser vivo emplea en la respiración, y que por lo tanto no está disponible para el nivel siguiente. Para esta pirámide en concreto los valores que se obtiene son: Paso de productores primarios a herbívoros: (3368/20818) ž 100 = 16,2% Paso de herbívoros a carnívoros: (383/3368) ž100 = 11,4% Paso de carnívoros a supercarnívoros: (21/383) ž 100 = 5,5% La regla sólo se cumple aproximadamente en el paso de herbívoros a carnívoros, mientras que el paso de productores a herbívoros muestra un rendimiento mayor y el paso de carnívoros a supercarnívoros, estos sólo aprovechan un 5,5 % de la energía almacenada en los carnívoros, muy por debajo del 10% promedio. c) El número de niveles tróficos de un ecosistema no puede ser ilimitado porque la energía disponible para cada nivel disminuye muy rápidamente a medida que avanzamos en la cadena trófica, llegando rápidamente a ser insuficiente para mantener a los integrantes del último nivel. 29. a) En la pirámide no se representan los descomponedores. La pirámide puede representar unidades de biomasa, de energía, de producción o de número de individuos. Normalmente los pisos de la pirámide, que representan los distintos niveles tróficos, disminuyen de anchura al ascender. b) Si desaparece el nivel trófico de los productores, el resto de la pirámide dejaría de existir: los consumidores morirían o emigrarían a otro lugar, ya que los productores son los que introducen la biomasa en la cadena trófica fabricándola a partir de la materia inorgánica, y son también los que introducen la energía química, obteniéndola a partir de la energía luminosa mediante el proceso de la fotosíntesis. c) Una cadena trófica es un conjunto de seres vivos cada uno de los cuales se alimenta del anterior. El primer eslabón de la cadena está representado por un productor, el siguiente es un consumidor primario; el siguiente, un consumidor secundario; etc. El último eslabón representa un animal que no tiene depredadores en ese ecosistema. En cada eslabón de la cadena se incluye un ser vivo de una sola especie, y no se representan los organismos descomponedores. Los eslabones de la cadena van unidos con flechas que señalan en el sentido en que fluye la energía. Una red trófica es una representación gráfica simplificada de las relaciones tróficas existentes en la comunidad de un ecosistema. Se representan varios seres vivos de cada nivel trófico (productores, consumidores primarios, secundarios, etc.), y se unen entre sí mediante flechas que señalan en la dirección del flujo de energía, es decir: desde los productores salen varias flechas pero ninguna llega a ellos. En esta representación se muestra cómo un consumidor puede alimentarse de varias presas y ser a su vez presa de varios consumidores. En una red trófica no suelen representarse los descomponedores, aunque no es incorrecto hacerlo. Página 6 de 10
Una pirámide ecológica es una representación gráfica en la que cada nivel trófico está representado por un rectángulo cuya área es proporcional al valor del parámetro que se quiere reflejar, que puede ser la biomasa, la energía química, la producción bruta o el número de individuos. Los niveles se ordenan de manera que la energía fluye siempre hacia arriba de la pirámide, por lo que normalmente cada piso es más pequeño que el inmediatamente inferior. En las pirámides no se representan los descomponedores. d) Se consideran organismos descomponedores a los hongos unicelulares y a las bacterias que pueden realizar la mineralización de la materia; es decir, la transformación de materia orgánica en materia inorgánica, por lo que los seres vivos pluricelulares no son descomponedores: los organismos pluricelulares que se alimentan de cadáveres o de materia orgánica en descomposición son carroñeros, detritívoros, suspensívoros, filtradores, etc., pero no descomponedores. Sin embargo, es cierto que todos los seres vivos podemos producir sustancias inorgánicas, como el CO2, a partir de sustancias orgánicas, por lo que en cierto sentido se puede decir que todos los seres vivos, no solo los consumidores, sino también los productores, funcionan en algún grado como descomponedores. 30. a) El dibujo de la izquierda representa la cantidad de energía que pasa de un nivel trófico al siguiente. La disminución en la cantidad de energía disponible, que se reduce al 10% en cada paso, está representada por las flechas que salen hacia la derecha, unas en dirección a los descomponedores y otras con el rótulo «calor». El escalón inferior, representado con 1.000 unidades en la pirámide de la izquierda y con 185.000 individuos en la pirámide de números del centro, es el nivel de los productores (vegetales, algas, bacterias autótrofas); el siguiente es el nivel de los herbívoros o consumidores primarios; el siguiente, el de los carnívoros o consumidores secundarios, y el de más arriba es el de los carnívoros superdepredadores o consumidores terciarios. La pirámide de la izquierda ilustra la «regla del 10 %», que dice que por término medio la producción neta de un nivel trófico que se convierte en biomasa en el nivel trófico siguiente no supera el 10 %; es decir, expresa la limitación termodinámica en la eficiencia de una transformación energética. La cantidad de energía que se disipa al exterior en forma de calor en cada nivel trófico es complicada de calcular: el nivel de los productores, por ejemplo, tiene una producción energética de 1.000 kcal por metro cuadrado y año, y solo pasa un 10 % de esta cantidad al nivel trófico de los consumidores primarios. El 90 % restante se reparte entre lo que utiliza para su metabolismo, lo que pierde en forma de calor y lo que se acumula en el suelo en forma de biomasa muerta (necromasa) a disposición de los descomponedores. Por tanto, todo lo que se puede decir es que la cantidad de calor que se pierde es una fracción incierta de ese 90 % que no ha pasado al nivel siguiente. Especificando esta misma estimación para todos los niveles: Productores: emiten en forma de calor una fracción incierta de 900 kcal/m2 ž año. Consumidores primarios: emiten en forma de calor una fracción incierta de 90 kcal/m2 ž año. Consumidores secundarios: emiten en forma de calor una fracción incierta de 9 kcal/m2 ž año. Consumidores terciarios: emiten en forma de calor una fracción incierta de 1 kcal/m2 ž año. b) Productores: organismos autótrofos que utilizan una fuente de energía que puede ser lumínica (productores fotosintéticos) o química (productores quimiosintéticos) para elaborar moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas. Consumidores: organismos heterótrofos que necesitan alimentarse de la materia orgánica procedente de otros organismos. Pueden ser consumidores primarios si son herbívoros, consumidores secundarios si son carnívoros o consumidores terciarios si en su dieta incluyen carnívoros, es decir: si depredan sobre los consumidores secundarios. Descomponedores: bacterias y hongos unicelulares capaces de descomponer la materia orgánica rindiendo materia inorgánica, tanto en procesos aerobios como anaerobios. No se representan en las pirámides ni en las cadenas tróficas. Página 7 de 10
Cadena trófica: representación de las relaciones tróficas en un ecosistema, en la que se incluye un individuo productor, un consumidor primario que se alimenta de él, un consumidor secundario que se alimenta del anterior, un consumidor terciario que se alimenta del secundario, etc. Se utiliza para ilustrar una de las muchas vías posibles en que la materia orgánica y la energía química pueden fluir dentro de la biocenosis de un ecosistema. Los eslabones se unen mediante flechas que señalan en el sentido en que fluye la energía. Red trófica: representación gráfica simplificada de las relaciones tróficas existentes en la comunidad de un ecosistema. Se incluyen varios seres vivos de cada nivel trófico (productores, consumidores primarios, secundarios, etc.), y se unen entre sí mediante flechas que señalan en la dirección del flujo de energía, es decir: desde los productores salen varias flechas pero ninguna llega a ellos. En esta representación se muestra cómo un consumidor puede alimentarse de varias presas y ser a su vez presa de varios consumidores. En una red trófica no suelen reflejarse los descomponedores, aunque no es incorrecto hacerlo. c) Los principales sumideros del CO2 atmosférico son los productores fotosintéticos y los océanos: Los productores fotosintéticos utilizan el dióxido de carbono para fabricar moléculas orgánicas que contienen carbono reducido, como los hidratos de carbono, los lípidos, etc., y producen almacenes relativamente estables de carbono, como la madera o los sedimentos ricos en materia orgánica que quedan enterrados en la litosfera. Los océanos pueden absorber grandes cantidades de CO2, ya que este gas es muy soluble en agua, y su solubilidad aumenta con la presión, de forma que los fondos oceánicos y los fondos de los lagos profundos pueden acumular grandes volúmenes de este gas. 31. a-5; b-1; c-6; d-3; e-2; f-4 32. Las pirámides de producción nos dan una idea más precisa de las relaciones tróficas en un ecosistema, pues establecen la cantidad de biomasa o energía transferida de un nivel trófico al siguiente en la unidad de tiempo. Y, algo fundamental: nos permiten comparar distintos ecosistemas para conocer el más eficiente en cuanto a la transferencia de biomasa o energía entre sus componentes. 33. a) 1: productores; 2: consumidores primarios; 3: consumidores secundarios; 4: consumidores terciarios. No están representados todos. Una de las limitaciones de las pirámides ecológicas es que no hay lugar para los descomponedores. b) Los productores aprovechan la radiación solar mediante la fotosíntesis. c) Todos los niveles tróficos del ecosistema (incluidos los propios productores) utilizarán la energía química fijada por los productores en la materia orgánica a través de la fotosíntesis para realizar sus funciones vitales. Así se mantiene el equilibrio y dinamismo del ecosistema en su conjunto. d) Un porcentaje muy elevado de la energía disponible en cada nivel trófico no se usa, sino que se acumula año tras año en los sedimentos (ecosistemas acuáticos) o en el suelo (ecosistemas terrestres). Estos detritos orgánicos sirven como fuente de energía para un sistema donde interaccionan herbívoros, carnívoros y descomponedores. Dichos residuos orgánicos constituyen la base energética de reserva de los ecosistemas. 34. a) Se trata de una pirámide de producción que, para cada nivel trófico, expresa la cantidad de energía fijada por unidad de tiempo. La producción bruta representa la cantidad de energía asimilada en cada nivel, de la que debe restarse la cantidad utilizada por ese nivel en su mantenimiento en los procesos respiratorios, y ello con el fin de obtener la cantidad real que se acumula como biomasa o producción neta, potencialmente disponible para ser aprovechada por el nivel trófico siguiente. b) La regla del 10% indica la cantidad de biomasa o energía transferida de un nivel trófico al siguiente, y en la mayoría de los ecosistemas, por lo general, se ha estimado situada en torno a ese valor. En el ejemplo se cumple con bastante aproximación. Página 8 de 10
c) Al cabo de unos pocos niveles tróficos, puede que la energía disponible no resulte suficiente para sostener un nivel más. Según la regla del 10%, en una cadena con cuatro niveles, la energía disponible en el cuarto y último sería una milésima parte de la inicial. 35 a) La primera es una pirámide de números, y representa el número de individuos que integran la población del nivel considerado. La segunda pirámide es de biomasa, y expresa la cantidad en peso de materia orgánica acumulada en cada nivel trófico. b) La primera pirámide muestra el número de individuos que hay en cada nivel trófico. Por lo general, esa cifra se reduce conforme se asciende de nivel (aunque existen excepciones), y también suele aumentar el tamaño de los individuos (el depredador es mayor que la presa). La segunda pirámide indica la cantidad de materia orgánica o biomasa correspondiente a cada nivel. Lo más común es que disminuya a medida que se asciende, aunque en ecosistemas acuáticos aparecen excepciones. c) La biomasa es la cantidad de materia orgánica originada a partir de procesos biológicos. Hay biomasa vegetal (fruto de la fotosíntesis) y biomasa animal (resultante de la actividad de los heterótrofos). Existe una biomasa denominada residual, producto de transformaciones debidas a la acción humana (trozas, serrín, paja, residuos urbanos, estiércol, etc.), que se usa como fuente de energía renovable por combustión directa, para obtener combustibles (alcohol y biogás) o abonos. 36. a) El flujo de energía en una cadena trófica tiene varias fases: La entrada de energía, que normalmente consiste en una transformación de energía luminosa en energía química contenida en sustancias orgánicas reducidas (como los glúcidos o los lípidos), mediante la fotosíntesis. Este proceso lo llevan a cabo los productores fotosintéticos. El paso de la energía química contenida en las sustancias orgánicas de unos seres vivos a otros mediante depredación, parasitismo, simbiosis, etc. Diversas transformaciones energéticas, que consisten en combustiones controladas (realizadas en las mitocondrias de las células) para obtener energía química en forma de ATP, que se utiliza a su vez para la síntesis de sustancias específicas (otros azúcares, otros lípidos, proteínas). La degradación de la energía para la realización de procesos celulares endotérmicos, como la contracción muscular. En estos procesos se genera trabajo y calor que es evacuado al medio. La energía degradada de esta forma no es recuperable. Por eso se habla del flujo de energía, ya que la energía no puede recuperarse tras su uso. El ciclo de la materia consiste en la utilización repetida de los mismos átomos o moléculas en la biosfera, o en una cadena trófica concreta. Los átomos de carbono, por ejemplo, pueden encontrarse en la atmósfera formando parte de moléculas de CO2. Desde ahí pueden ser captados por un productor fotosintético, como un vegetal, y ser acumulado formando parte de una molécula de almidón en una hoja. A continuación pueden pasar al intestino de un herbívoro, donde el glúcido será asimilado y llevado al hígado, donde tal vez se utilice para sintetizar una molécula de grasa. Desde el tejido adiposo del herbívoro puede pasar al intestino de un carnívoro que devore al herbívoro. En el organismo del carnívoro ese átomo de carbono procedente de la grasa ingerida puede ser utilizado como combustible en una mitocondria para producir ATP, oxidándose y formando CO2, que será expulsado de la célula, vertido al torrente sanguíneo y expulsado al exterior por el aparato respiratorio. El carbono retorna a la atmósfera, donde tal vez puede ser captado otra vez por un vegetal e introducirse de nuevo en la cadena trófica que acaba de recorrer. La materia puede ser reutilizada infinitas veces sin que sus propiedades químicas se alteren. Por eso forma un ciclo, y no solo un flujo. b) Los factores que limitan la producción primaria de un ecosistema se llaman factores limitantes, y son: Los nutrientes inorgánicos: fundamentalmente los nitratos y los fosfatos, aunque en algunos ecosistemas pelágicos puede ser el hierro. La luz, necesaria para la fotosíntesis. La humedad (en el caso de ecosistemas terrestres). La concentración de oxígeno (en el caso de ecosistemas acuáticos). La temperatura, que cuando es muy baja limita la eficacia metabólica de los productores. Otros factores que puedan dificultar la actividad o la presencia de los productores, como la alta salinidad del suelo, la ausencia de una cubierta edáfica, etc. Página 9 de 10
37. a) Flujo de energía de entrada: radiación solar, electricidad, combustibles (carbón, petróleo, gas). Flujo de energía de salida: calor. b) Los ecosistemas naturales son el resultado equilibrado entre los suministros y el consumo, tanto en lo relativo a la materia como a la energía. Mientras que un ecosistema natural depende de la producción primaria, el ecosistema urbano carece de la misma, y toda la materia necesaria la importa desde el exterior: alimentos, materiales para construcción y manufacturas, etcétera. En cuanto a la energía, el ecosistema natural depende de la energía solar. En el ecosistema urbano, dicho suministro energético está desaprovechado, y toda la energía que precisa para su funcionamiento la importa de otros centros de producción o la produce mediante la combustión de combustibles fósiles. En cuanto a las salidas, en el ecosistema natural toda la materia orgánica vuelve a formar parte del ecosistema mediante el reciclado que proporcionan los ciclos biogeoquímicos. En el ecosistema urbano, todos estos residuos producidos se vierten en forma de aguas residuales. La mayor parte de estos vertidos no vuelven a utilizarse. Página 10 de 10