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Contenido principal

Flujo de energía y productividad primaria

Aprende acerca de la productividad primaria, la eficiencia o ineficacia de la transferencia de energía entre los niveles tróficos y cómo leer las pirámides ecológicas.

Puntos más importantes:

  • Los productores primarios (generalmente plantas y otros fotosintetizadores) son la puerta de entrada para que la energía ingrese en las redes tróficas.
  • La productividad es la tasa a la que se añade la energía a los cuerpos de un grupo de organismos (como los productores primarios) en forma de biomasa.
  • La productividad bruta es la tasa total de captación de energía. La productividad neta es menor, se ajusta a la energía usada por los organismos en la respiración y el metabolismo.
  • La transferencia de energía entre los niveles tróficos es ineficiente. Solo el \sim, 10, percent de la productividad neta de un nivel termina como productividad neta en el siguiente nivel.
  • Las pirámides ecológicas son representaciones visuales del flujo de energía, la acumulación de biomasa y el número de individuos en los diferentes niveles tróficos.

Introducción

¿Alguna vez te has preguntado qué pasaría si desaparecieran todas las plantas de la Tierra (junto con los demás fotosintetizadores como las algas y bacterias)?
Bueno, nuestro hermoso planeta definitivamente luciría estéril y triste. También perderíamos nuestra principal fuente de oxígeno (esa cosa importante que respiramos y de la que depende nuestro metabolismo). El dióxido de carbono ya no se eliminaría del aire y, como atrapa el calor, la Tierra se calentaría con rapidez. Y, quizá lo más problemático, es que casi todos los seres vivos finalmente se quedarían sin alimento y morirían.
¿Por qué pasaría esto? En casi todos los ecosistemas, los fotosintetizadores son la única "puerta de entrada" para que la energía ingrese en las redes tróficas (redes de organismos que se comen unos a otros). Si se eliminan los fotosintetizadores, el flujo de energía se interrumpe y el resto de los organismos se quedaría sin alimento. De esta manera, los fotosintetizadores sientan las bases de todos y cada uno de los ecosistemas que reciben luz.

Los productores son la puerta de entrada de la energía

Las plantas, algas y bacterias fotosintéticas actúan como productores. Los productores son organismos autótrofos, que "se alimentan a sí mismos", y fabrican sus propias moléculas orgánicas a partir del dióxido de carbono. Los fotoautótrofos como las plantas usan la energía luminosa para formar azúcares a partir del dióxido de carbono. La energía se almacena en los enlaces químicos de las moléculas, que las plantas pueden usar como combustible y material de construcción.
La energía almacenada en las moléculas orgánicas puede pasar a otros organismos en el ecosistema cuando estos consumen plantas (o se comen a otros organismos que han ingerido plantas). De esta manera, todos los consumidores, o heterótrofos (organismos que se "alimentan de otros") de un ecosistema, incluyendo herbívoros, carnívoros y descomponedores, dependen de los productores para obtener energía.
Si se eliminaran las plantas u otros productores de un ecosistema, no habría manera en la que pudiera entrar la energía a la red trófica y la comunidad ecológica colapsaría. Esto se debe a que la energía no se recicla, sino que se disipa como calor al moverse a través del ecosistema, y debe reponerse constantemente.
Imagen basada en una semejante de J. A. Nilssonstart superscript, 1, end superscript
Debido a que los productores mantienen a todos los demás organismos en un ecosistema, la abundancia de productores, la biomasa (peso seco) y la tasa de captura de energía son clave para comprender cómo se mueve la energía a través de un ecosistema y qué tipos y cantidades de otros organismos puede sostener.

Productividad primaria

En ecología, la productividad es la tasa a la que se integra la energía en los cuerpos de los organismos en forma de biomasa. La biomasa es sencillamente la cantidad de materia almacenada en los cuerpos de un grupo de organismos. La productividad puede definirse para cualquier nivel trófico, o cualquier otro tipo de agrupación, y puede expresarse en unidades de energía o de biomasa. Hay dos tipos básicos de productividad: bruta y neta.
Para ilustrar la diferencia, consideremos la productividad primaria (la productividad de los productores primarios de un ecosistema).
  • La productividad primaria bruta, PPB, es la tasa de captura de la energía solar en moléculas de glucosa durante la fotosíntesis (energía capturada por unidad de área por unidad de tiempo). Los productores como las plantas usan parte de esta energía para su metabolismo y respiración celular y parte para su crecimiento (formación de tejidos).
  • La productividad primaria neta, PPN, es la productividad primaria bruta menos la tasa de pérdida de energía debida al metabolismo y mantenimiento. En otras palabras, es la tasa a la que la energía es almacenada como biomasa por las plantas y otros productores primarios, y que está a disposición de los consumidores del ecosistema.
Las plantas por lo general capturan y convierten alrededor de 1, point, 3
1, point, 6, percent de la energía solar que llega a la superficie terrestre y usan alrededor de un cuarto de la energía capturada para su metabolismo y mantenimiento. Así que alrededor del 1, percent de la energía solar que llega a la superficie de la Tierra (por unidad de área y tiempo) termina como productividad primaria neta.
La productividad primaria neta varía entre los ecosistemas y depende de muchos factores. Estos incluyen la energía solar recibida, la temperatura, la humedad, los niveles de dióxido de carbono, la disponibilidad de nutrientes y las interacciones en la comunidad (por ejemplo, el consumo de pasto de los herbívoros)squared. Estos factores afectan la cantidad de fotosintetizadores presentes para captar la energía luminosa y la eficiencia con la que realizan su función.
En los ecosistemas terrestres, la productividad primaria va de 2000 start text, g, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text en las selvas y marismas altamente productivas a menos de 100 start text, g, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text en algunos desiertos. Puedes ver cómo la productividad primaria neta cambia en escalas de tiempo más cortas en el mapa dinámico siguiente, que muestra las variaciones estacionales y anuales en la productividad primaria neta de los ecosistemas terrestres en todo el mundo.
Crédito de animación: "Productividad primaria neta," de NASA, dominio público

¿Cómo se mueve la energía entre los niveles tróficos?

La energía puede pasar de un nivel trófico al siguiente cuando las moléculas orgánicas del cuerpo de un organismo son consumidas por otro organismo. Sin embargo, la transferencia de energía entre niveles tróficos no suele ser muy eficiente.
¿Qué tan ineficiente? En promedio solo alrededor del 10, percent de la energía almacenada en la biomasa de un nivel trófico (como los productores primarios) se almacena en la biomasa del siguiente nivel trófico (los consumidores primarios, por ejemplo). Dicho de otro modo, la productividad neta generalmente disminuye en un factor de diez de un nivel trófico al siguiente.
Por ejemplo, en un ecosistema acuático en Silver Springs, Florida, las productividades netas (las tasas de almacenamiento de energía en forma de biomasa) de los niveles tróficos fueroncubed:
  • Productores primarios, como las plantas y algas: 7618 start text, k, c, a, l, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text
  • Consumidores primarios, como los caracoles y las larvas de insectos: 1103 start text, k, c, a, l, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text
  • Consumidores secundarios, como los peces e insectos grandes: 111 start text, k, c, a, l, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text
  • Consumidores terciarios, como los peces grandes y las serpientes: 5 start text, k, c, a, l, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text
La eficiencia en la transferencia varía entre niveles y no es exactamente del 10, percent, pero podemos ver que es un valor cercano si hacemos algunos cálculos. Por ejemplo, la eficiencia en la transferencia entre los productores primarios y los consumidores primarios es:
start text, E, f, i, c, i, e, n, c, i, a, space, d, e, space, t, r, a, n, s, f, e, r, e, n, c, i, a, end text, equals start fraction, 1103, start text, k, c, a, l, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text, divided by, 7618, start text, k, c, a, l, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text, end fraction, times, 100
start text, E, f, i, c, i, e, n, c, i, a, space, d, e, space, t, r, a, n, s, f, e, r, e, n, c, i, a, end text, equals, 14, point, 5, percent
Productores (plantas) y consumidores (pez) de Silver Springs. Crédito de imagen: "Paseo en lancha con fondo de cristal en SilverSprings, Florida," de Katie Yaeger Rotramel, CC BY-NC-SA 2.0
¿Por qué la transferencia de energía es ineficiente? Hay varias razones. Una es que no todos los organismos en un nivel trófico inferior son consumidos por aquellos en un nivel superior. Otra es que algunas de las moléculas en los cuerpos de los organismos que sí fueron comidos no son digeribles para sus depredadores y se pierden en las heces (excrementos) de estos últimos. Los organismos muertos y las heces se convierten en la cena de los descomponedores. Por último, de las moléculas portadoras de energía que sí son absorbidas por los depredadores, algunas son utilizadas en la respiración celular (en lugar de almacenarse como biomasa)start superscript, 4, comma, 5, end superscript.
¿Quieres poner cifras concretas detrás de estos conceptos? Da clic en la ventana emergente para ver exactamente a dónde se va la energía a medida que se mueve a través del ecosistema de Silver Springs:

Pirámides ecológicas

Podemos ver los números y hacer cálculos para ver cómo fluye la energía a través de un ecosistema. Pero, ¿no sería bonito tener un diagrama que representara toda esta información de una forma sencilla de procesar?
Las pirámides ecológicas proporcionan una imagen visual e intuitiva para comparar una característica de interés (como el flujo de energía, la biomasa o la cantidad de organismos) en los niveles tróficos de un ecosistema. Echemos un vistazo a estos tres tipos de pirámides y veamos cómo reflejan la estructura y función de los ecosistemas.

Pirámides de energía

Las pirámides de energía representan el flujo de energía a través de los niveles tróficos. Por ejemplo, la pirámide siguiente muestra la productividad bruta de cada nivel trófico en el ecosistema de Silver Springs. Una pirámide de energía generalmente muestra las tasas de flujo de energía a través de los niveles tróficos, no la cantidad absoluta de energía almacenada. Puede tener unidades de energía, como start text, k, c, a, l, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text, o unidades de biomasa, como start text, g, slash, m, end text, squared, start text, slash, a, n, with, \~, on top, o, end text.
Imagen modificada de "Flujo de energía: Figura 3," de OpenStax College, Biology CC BY 4.0
Las pirámides de energía siempre van hacia arriba, es decir, son más estrechas con cada nivel sucesivo (a menos que los organismos entren al ecosistema desde alguna otra parte). Este patrón refleja las leyes de la termodinámica, que nos dicen que la energía no puede ser creada y que una parte debe convertirse en una forma no utilizable (calor) en cada transferencia.

Pirámides de biomasa

Otra forma de visualizar la estructura del ecosistema es con las pirámides de biomasa. Estas pirámides representan la cantidad de energía almacenada en el tejido vivo en los diferentes niveles tróficos. (A diferencia de las pirámides de energía, las pirámides de biomasa muestran cuánta biomasa hay en cada nivel, no la tasa a la que se añade).
Abajo, a la izquierda, podemos ver la pirámide de biomasa del ecosistema de Silver Springs. Esta pirámide, como muchas de las pirámides de biomasa, es vertical. Sin embargo, la pirámide de biomasa que se muestra a la derecha, de un ecosistema marino en el Canal de la Mancha, está de cabeza o invertida.
Imagen modificada de "Flujo de energía: Figura 3," de OpenStax College, Biology CC BY 4.0
La pirámide invertida es posible gracias a la alta tasa de rotación del fitoplancton. Este es devorado rápidamente por los consumidores primarios (zooplancton), por lo que su biomasa en cualquier momento es pequeña. Sin embargo, se reproduce tan rápido que, a pesar que su biomasa constante es baja, tiene una alta productividad primaria que mantiene a una gran cantidad de zooplancton.

Pirámides de cantidad

Las pirámides de cantidad muestran cuántos organismos hay en cada nivel trófico. Pueden ser verticales, invertidas o como con bultos al medio, según el ecosistema que se trate.
Como se muestra en la imagen siguiente, un pastizal típico durante el verano tiene una base de plantas numerosas y la cantidad de organismos disminuye en los niveles tróficos superiores. Sin embargo, durante el verano, en los bosques templados, la base de la pirámide consiste de unas pocas plantas (la mayoría árboles) que son ampliamente superadas en número por los consumidores primarios (insectos en su mayoría). Debido al gran tamaño de los árboles, pueden sostener los otros niveles tróficos a pesar de su pequeña cantidad.
Imagen modificada de "Flujo de energía: Figura 3," de OpenStax College, Biology CC BY 4.0

Resumen

Los productores primarios, que generalmente son plantas y otros fotosintetizadores, son la puerta de entrada para que la energía ingrese en las redes tróficas.
La productividad es la tasa a la que la energía se integra en los cuerpos de un grupo de organismos, como los porductores primarios, en forma de biomasa. La productividad bruta es la tasa total de captación de energía. La productividad neta es más baja: es la productividad bruta ajustada para la energía que usan los organismos en su respiración y metabolismo, de forma que refleja la cantidad de energía almacenada como biomasa.
La transferencia de energía entre los niveles tróficos no es muy eficiente. Solo \sim, 10, percent de la productividad neta de un nivel termina como productividad neta en el siguiente nivel. Las pirámides ecológicas son representaciones visuales del flujo de la energía, la acumulación de biomasa y la cantidad de individuos en los distintos niveles tróficos.

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  • Avatar blobby green style para el usuario Laura López Jaramillo
    Podrían dar el año de publicación y el autor.
    (6 votos)
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  • Avatar aqualine seed style para el usuario Maria Fernanda Santin Cunguia
    Una pregunta,
    ¿Qué proporción de la PPN de un nivel trófico es asimilado por el siguiente?
    PPN (PRODUCTIVIDAD PRIMARIA NETA) de una planta solo es asimilado por el siguiente nivel un aproximado de ~10% de energía.
    ¿Cuánto de este material asimilado se convierte en los tejidos del organismo y cuánto se usa para la respiración?
    (1 voto)
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  • Avatar primosaur ultimate style para el usuario yaluis.10
    La energía lumínica es transformada en ATP a través de la fotosíntesis cierto ??
    (1 voto)
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  • Avatar primosaur ultimate style para el usuario yaluis.10
    Es necesario reponer la energía constantemente a partir de una fuente externa como lo es el sol, sabemos que tanto plantas y algas reciben esta energía pero que hay de las bacterias ??
    (1 voto)
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  • Avatar orange juice squid orange style para el usuario Paola Rojas
    es muy buna su explicacion y haci nos ayudan a estudiar
    (1 voto)
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  • Avatar marcimus pink style para el usuario Telumbre Infante Vanessa Guadalupe
    que puedo hacer para mi proyecto de física??
    (0 votos)
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