Flujo de materia y energía

EL FLUJO DE ENERGÍA

Los sistemas vivos convierten la energía de una forma en otra a medida que cumplen funciones esenciales de mantenimiento, crecimiento y reproducción. En estas conversiones energéticas, como en todas las demás, parte de la energía útil se pierde en el ambiente en cada paso. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los sistemas vivos deben tener un suministro constante de energía que les permita subsistir. El Sol es la fuente original de esta energía. La importancia de conocer el flujo de energía en los seres vivos es llegar a ser conscientes de la conexión directa de todos los seres vivos para establecer un equilibrio en los ecosistemas; en el momento en que uno de los eslabones del flujo de energía es alterado, todo el ecosistema entra en desequilibrio.

El flujo de energía en los seres vivos inicia con la energía solar, pasando por productores,
consumidores (generando redes tróficas), y detritívoros para retornar los elementos al ambiente.

El flujo de energía transforma compuestos inorgánicos y orgánicos con el consiguiente uso o cambio en la energía propia del organismo o del compuesto.

¿De dónde viene la energía que recibimos en la tierra?
La luz solar es la fuente de energía que alimenta el planeta tierra; la circulación de los vientos y las corrientes en los océanos son generadas por aquella. Sin embargo, como vimos en el capítulo anterior, no todos los organismos pueden aprovecharla directamente, solamente lo hacen los productores primarios, capaces de realizar fotosíntesis.

ECOSISTEMAS

Los organismos de una red trófica están adaptados a los factores abióticos o condiciones climáticas que caracterizan el ecosistema que habitan.

Un ecosistema es un sistema natural vivo que está formado por un conjunto de organismos vivos (biocenosis) y el medio físico en donde se relacionan, biotopo. Un ecosistema es una unidad compuesta de organismos interdependientes que comparten el mismo hábitat. Los ecosistemas suelen formar una serie de cadenas tróficas que muestran la interdependencia de los organismos dentro del sistema.

Factores abióticos
Los factores abióticos son los distintos componentes que determinan el espacio físico en el cual habitan los seres vivos, dentro de los más importantes podemos encontrar: el agua (disposición, precipitación y humedad), la temperatura, la luz, el pH, el suelo y los nutrientes. Algunos factores alternos son la posición en el planeta (latitud, longitud y altitud), otros la presión y los vientos.

RELACIONES EN EL ECOSISTEMA

Relaciones intraespecíficas
Las relaciones intraespecíficas son las que se establecen entre los individuos de una misma especie en un ecosistema.
Pueden ser beneficiosas para la especie si favorecen la cooperación entre los organismos o perjudiciales si provocan la competencia.

Relaciones interespecíficas
Las relaciones interespecíficas son las que se establecen entre las diferentes especies de un ecosistema:
- Relación depredador-presa
- Relación parásito-huésped
- Relación de mutualismo (simbiosis)
- Relación de comensalismo

Nivel trófico de los Organismos
Los organismos pueden ser productores o consumidores en cuanto al flujo de energía a través de un ecosistema. Los productores (autótrofos) convierten la energía lumínica en moléculas de energía química (ATP). Las plantas y las plantas,  por medio de la  fotosíntesis, usan la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono en glucosa. Los consumidores (heterótrofos) obtienen su energía de los enlaces de carbono originados por los productores.

Es posible distinguir 4 tipos de heterótrofos en base a lo que comen:
1. Herbívoros
2. Carnívoros
3. Omnívoros
4. Detritívoros

DIFERENCIA ENTRE CADENA, RED Y PIRÁMIDE ALIMENTICIA

Cadena alimenticia:
La cadena describe el proceso de transferencia de sustancias nutritivas a través de las diferentes especies de una comunidad biológica, en el que cada uno se alimenta del precedente y es alimento del siguiente. Es la corriente de energía y nutrientes que se establece entre las distintas especies de un ecosistema en relación con su nutrición.

Pirámide trófica o alimenticia
Una pirámide trófica es un modo de representar las relaciones tróficas de un ecosistema en el que cada eslabón o nivel trófico se representa con un rectángulo de área proporcional a la biomasa, al número de individuos… del nivel. Así resulta que el primer nivel de productores se representa con un rectángulo más grande y el último con un rectángulo más pequeño porque tienen menos biomasa, o menor número de individuo.

Red trófica
El concepto de red trófica es aquel que se aplica al fenómeno natural mediante el cual diferentes seres vivos se conectan entre sí a partir del ciclo de la vida que implica que unos se alimenten de otros para poder subsistir. La palabra trófica proviene del idioma griego en el cual es trophos, que significa alimento. Así, una red o cadena trófica es una unión de diferentes eslabones que se unen a partir del consumo para sobrevivir.

Eficiencia de la transferencia de energía
El porcentaje de energía transferido de un nivel al siguiente de la cadena trófica se denomina eficiencia ecológica, que está determinada por la eficiencia de asimilación (porcentaje de energía consumida que se asimila) y la eficiencia de producción neta (porcentaje de energía asimilada que se gasta en crecimiento y reproducción). Según esto, la energía que se transfiere de un nivel a otro es cada vez menor y podría representarse como una pirámide, en cuya base  encontramos a los productores, los cuales disponen de la mayor cantidad de energía, y en el ápice localizaríamos a los consumidores finales, que  encuentran menor cantidad de energía disponible.

FLUJO DE MATERIA

Los ciclos biogeoquímicos tienen la función de retornar los elementos usados o almacenados por los seres vivos para retornarlos al medio ambiente.

Además de la energía, los organismos requieren para vivir el suministro de elementos químicos que se pueden encontrar en la biosfera, pero que deben ser reciclados constantemente, a fin de asegurar su disponibilidad. Este proceso se denomina ciclos de la materia o ciclos biogeoquímicos.
Los seres vivos toman carbono, nitrógeno y oxígeno y los usan para vivir y crecer. Si estás sustancias solo se usaran una vez, se habrían agotado. Todos los animales y plantas respiran, crecen y, finalmente mueren y se descomponen. La descomposición libera las sustancias de su cuerpo a la biosfera para que se utilicen de nuevo.

Ciclos de los elementos
Cada elemento de acuerdo con su naturaleza química tiene una vía particular para su flujo dentro del ecosistema, así por ejemplo, el nitrógeno se encuentra mayoritariamente en forma gaseosa en la atmósfera; esta es su forma reducida, por lo cual tenderá a oxidarse dentro de las distintas vías que sigue en el ecosistema, a diferencia del fósforo que se encuentra fundamentalmente en su forma oxidada, por lo cual serán pocas las transformaciones que sufra en su curso por el ecosistema. A continuación revisaremos los ciclos más importantes:

Ciclo del carbono
Las fuentes de carbón más importantes en la naturaleza son: el carbón que se encuentra en las rocas calizas, el carbón que se halla en forma de combustibles y el carbón que existe disuelto en el mar. Los tres procesos más importantes en el ciclo del carbono son los siguientes: Los procesos catabólicos y anabólicos, llevados a cabo por los seres vivos, representados fundamentalmente por la respiración y la fotosíntesis, respectivamente. Los procesos de disolución, que relacionan el compartimento atmósfera y el compartimento roca sedimentaria con el compartimento océano y por último, el proceso de sedimentación, que reincorpora el carbono en solución a la roca sedimentaria.

Ciclo del Nitrógeno
A diferencia del carbono, el nitrógeno no se encuentra haciendo parte de ningún tipo de roca. La fuente principal de nitrógeno es la atmósfera en la cual este se encuentra en forma molecular (N 2); esta forma de nitrógeno no es asimilable por ningún sistema vivo. Las plantas sólo asimilan el nitrógeno en forma de nitratos  y amonio. Los encargados de transformar el nitrógeno molecular en nitrógeno utilizable por los productores son algunos microorganismos de los géneros Nitrosomonas y Nitrobacter, entre otros. Este proceso se conoce como nitrificación y fundamentalmente es un proceso de oxidación en el cual el nitrógeno pierde gran cantidad
de su energía química disponible. En la naturaleza existe un proceso antagónico a la nitrificación conocido como desnitrificación. Básicamente este es un proceso de reducción que convierte el nitrito y el nitrato en óxido nítrico y nitrógeno atmosférico, formas gaseosas que no son asimilables por las plantas. El mencionado proceso es también realizado por bacterias, principalmente las pertenecientes al género Pseudomonas.

Ciclo del fósforo
El fósforo es asimilado por los productores primarios en forma de fosfatos, los cuales están presentes en solución tanto en ambientes acuáticos como en la solución del suelo. Este elemento sufre pocas transformaciones de oxidación - reducción, a excepción de algunas realizadas por microorganismos. La disponibilidad de fósforo se encuentra afectada por el pH; en condiciones ácidas o básicas, forma compuestos insolubles que no pueden ser utilizados por las plantas. El rango de pH óptimo que permite una mayor solubilidad de los fosfatos se encuentra entre 6 y 7.