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Ciencias ambientales avanzadas (AP Environmental science)
Curso: Ciencias ambientales avanzadas (AP Environmental science) > Unidad 1
Lección 3: Flujo de materia y energíaProductividad primaria en los ecosistemas
Ciencias Ambientales Colocación Avanzada, Ciencias ambientales AP, AP Enviro Sci, APES, Ambiental, ciencia
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Transcripción del video
En este video hablaremos de la energía, y en
particular hablaremos de la energía de la vida, es decir, la energía que todos necesitamos para
vivir, la energía que necesitamos para pensar o la energía que requiero en este momento para crear
el video. Y algunos de ustedes ya pueden adivinar de dónde proviene esta energía. La superficie
de nuestro planeta está siendo bombardeada constantemente con energía luminosa del sol. Y es
posible que sepan que hay ciertos organismos en nuestro planeta que son capaces de tomar esa
energía luminosa y almacenarla como energía química. Y hay varios tipos de estos organismos,
pero los que normalmente vemos en nuestro día a día son las plantas. Entonces imaginemos una
planta por aquí, esta planta usa la energía luminosa junto con el dióxido de carbono del aire
y el agua que normalmente obtiene del suelo a través de sus raíces. La planta usa esa energía
de la luz para fijar el carbono y así crecer; en su tejido almacena esa energía y si se degrada
ese tejido podría liberar esa energía en varias formas. Ahora bien, es posible que también estés
familiarizado con que, mientras hace esto, estos fotosintetizadores o estos productores primarios
o estos autótrofos, también liberan oxígeno molecular. Ahora bien, si queremos escribirlo en
términos químicos, describiremos este proceso de fotosíntesis de la siguiente manera: tomamos
dióxido de carbono del aire junto con agua del suelo y podríamos decir que alimentando todo esto
tenemos la energía luminosa, casi siempre del sol, y con ello se produce el tejido de la planta que
almacena esa energía, es decir, tenemos energía química en una forma orgánica. La forma principal
en la que se hace esto es a través de la glucosa, que es C₆H₁₂O₆, y seguramente estás pensando que
no todas las plantas tienen un sabor dulce, pero si tomamos las cadenas de azúcares y las juntamos
obtenemos carbohidratos, y si los adaptamos un poco obtenemos cosas como almidones, que es lo que
forma la mayor parte del tejido vegetal, es decir, algunas variaciones de esta glucosa unidas
entre sí. Aquí es donde se almacena la energía, tenemos energía almacenada en el tejido vegetal
y no olvidemos que libera oxígeno molecular. Este es el proceso de la fotosíntesis. Si
observas la palabra fotosíntesis puedes ver que las partes que la conforman son "foto",
que hace referencia a la luz, y "síntesis", que hace referencia a unir cosas, sintetizar algo,
entonces la fotosíntesis es el proceso que usa la luz para fijar el carbono y así almacenar
energía. Ahora bien, puedes decir "Muy bien, esto es agradable. Estamos almacenando energía
de esta forma, pero ¿cómo podemos utilizar esa energía?" Bueno, esto es algo que todos nosotros
hacemos y todos los sistemas vivos hacen: el proceso de la respiración celular, y ya
puedes adivinar cómo se ve la reacción química de la respiración celular. Empezaremos con nuestra
energía almacenada, es decir, con nuestra glucosa, C₆H₁₂O₆, que en presencia de oxígeno, y dado que
estamos respirando todo el tiempo necesitamos respirar oxígeno, esto producirá dióxido
de carbono, es por esto que exhalamos más dióxido de carbono que el que inhalamos. También
produciremos agua, y además liberaremos... Ojo, este es el punto clave de la respiración: además
liberaremos energía celular. En otros videos de biología hablaremos de cómo esta forma de energía
almacenada se convierte en otras formas de energía y cómo la utilizan los diversos mecanismos y
células para simplemente dividir, reproducirse, moverse en muchos casos. Ahora bien, una pregunta
interesante es: ¿cómo medimos cuánta fotosíntesis se produce, es decir, cuánta productividad
primaria sucede? Bueno, una forma de pensarlo es preguntarse: si se toma un área determinada de
la superficie de un ecosistema, ya sea terrestre o marino, ¿cuánto crecerá en un cierto periodo de
tiempo que a menudo es un año? Así que imagina que esto es lo que crece en esta área, y parece obvio
que entre más plantas crecen más fotosíntesis se realiza. Y la forma en la que se mide qué tanto
crece es en términos de gramos de biomasa. Biomasa es sólo una forma elegante de nombrar la masa de
algo biológico que esté aumentando en esta área, y normalmente eliminan el agua para obtener
una medición consistente. Otra forma de medir qué tanto crece es convertir esto en calorías y,
bueno, casi siempre se mide en miles de calorías, es decir, kilocalorías. Cuando ves la palabra
"calorías" en un empaque de comida, o lo que la mayoría de nosotros conocemos como calorías,
son en realidad kilocalorías cuando lo pensamos en términos científicos. Y sé qué estás pensando:
"Espera. Tenemos masa y kilocalorías, las calorías son sólo una forma de energía". Bueno, es que
podemos transformar la masa en calorías porque generalmente un gramo de cierto tipo de biomasa
tiene una cierta cantidad de energía almacenada; no forzosamente esa energía que los animales
pueden usar o que nosotros podamos usar, pero hay energía almacenada en ella. Ahora, cuando hablamos
de esta productividad primaria es posible que ya estés pensando "¿No necesitarán las plantas parte
de la energía que producen para sobrevivir?", y la respuesta es que claro que la necesitan. De
hecho, esta es la razón más importante por la que necesitan realizar fotosíntesis, ellas necesitan
llevar a cabo la respiración celular para poder crecer, metabolizar, vivir y reproducirse.
Entonces, cuando observamos qué tanto se ha producido en un área determinada en un año
establecido, podemos ver la productividad primaria neta, podemos pensar en ella como la cantidad de
fotosíntesis que se lleva a cabo menos la cantidad de respiración celular que se realiza. Entonces
podemos pensar en la cantidad de fotosíntesis que realizan como la productividad primaria bruta, es
decir, la cantidad total de fotosíntesis, y si a esto le restamos la cantidad de energía celular o
química que necesitan para la respiración celular, obtendremos la productividad primaria neta. Como
mencioné, sólo para hacer las cosas más tangibles, si tomamos un ecosistema muy productivo, digamos
una selva tropical como la que muestro de fondo, si tomamos en promedio un metro cuadrado de un
ecosistema muy productivo como este -no sé qué produce en un año, aproximadamente 2,000 gramos
de biomasa-, entonces aquí podemos decir que la productividad primaria neta (PPN) de la selva
tropical que vemos de fondo es de 2,000 g/m² por año. Si queremos pensar esto en términos
de kilocalorías, tenemos que pensar a cuántas calorías equivale cada gramo de biomasa. Esto
depende del tipo de biomasa, pero imaginemos que en este caso son 4 kilocalorías por cada gramo
de biomasa, por lo tanto, también podemos decir que esta productividad primaria neta será igual
a 2,000 g/m² por año por 4 kcl/g. Los gramos se cancelan, y si multiplicamos 4 x 2,000 nos darán
8,000, 8,000 kcl/m² por año. Esta será nuestra productividad primaria neta, ya que es el valor
que se obtiene después de que las plantas hagan su respiración celular. Ahora bien, ¿cómo podemos
encontrar la productividad primaria bruta? Bueno, no podemos obtenerla de manera directa, pero
podemos encontrarla calculando la tasa de respiración celular. Si tomamos algunas plantas
de este ecosistema y las colocamos en un cuarto sin luz y observamos qué tanto oxígeno absorben
o utilizan, entonces tendremos una idea de cuánta respiración celular realizan. Y existen
varias formas de calcular la razón de los oxígenos y carbonos para encontrar de manera
exacta la cantidad de respiración celular. Y si sabemos la productividad primaria neta y la
tasa de respiración celular, podremos encontrar la productividad primaria bruta. Te dejaré
por aquí, ya que todas estas son medidas muy útiles. Primero es importante pensar de dónde
viene toda la energía que nos permite vivir, pero también es útil para los ecólogos saber qué
tan productivo es un sistema o qué lo hace más o menos productivo. Como veremos, estos números de
aquí se encuentran en el rango alto de valores de la productividad primaria neta. Si estuviéramos
en un tipo de ecosistema desértico, este número podría estar en el rango inferior de los cientos
y no en el rango de las 8,000 kilocalorías.