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Contenido principal

Cadenas alimenticias y redes tróficas

Puntos más importantes:

  • Los productores, o autótrofos, fabrican su propias moléculas orgánicas. Los consumidores, o heterótrofos, obtienen las moléculas orgánicas al comer a otros organismos.
  • Una cadena alimentaria es una secuencia lineal de organismos a través de la cual los nutrientes y la energía pasan de un organismo a otro mediante consumo.
  • En una cadena alimentaria, cada organismo ocupa un nivel trófico diferente, definido por cuántas transferencias de energía lo separan de la entrada en la base de la cadena.
  • Las redes tróficas consisten de varias cadenas alimentarias interconectadas y son una representación más realista de las relaciones de consumo en los ecosistemas.
  • La transferencia de energía entre niveles tróficos es ineficiente (con una eficiencia típica de alrededor del 10%). Esta ineficiencia limita la longitud de las cadenas alimentarias.

Introducción

Los organismos de diferentes especies pueden interactuar de muchas maneras. Pueden competir o ser simbiontes (compañeros a largo plazo con una asociación muy cercana). O, por supuesto, pueden hacer lo que a menudo vemos en los programas de la naturaleza: uno se puede comer a otro (¡ñam!). Esto es, pueden formar uno de los eslabones de la cadena alimentaria.
En ecología, una cadena alimentaria es una serie de organismos que se comen entre ellos (de modo que la energía y los nutrientes fluyen de uno al otro). Por ejemplo, si comiste una hamburguesa en el almuerzo, eres parte de una cadena alimentaria que se ve así: pasto vaca humano. Pero, ¿qué pasa si tu hamburguesa llevaba lechuga? En ese caso, también eres parte de una cadena alimentaria como esta: lechuga humano.
Como lo ilustra este ejemplo, no siempre podemos describir de manera completa lo que come un organismo (como un humano) mediante una trayectoria lineal. Para situaciones como la de arriba, preferiríamos utilizar una red trófica, la cual está conformada por muchas cadenas alimentarias que se intersecan y que representan las diferentes cosas que un organismo puede comer y por quienes puede ser comido.
En este artículo, estudiaremos más de cerca las cadenas alimentarias y redes tróficas al ver cómo representan el flujo de energía y nutrientes a través de los ecosistemas.

Autótrofos contra heterótrofos

¿Qué estrategias básicas usan los organismos para obtener comida? Algunos organismos, llamados autótrofos ("los que se alimentan a sí mismos"), pueden producir su propia comida, esto es, fabrican sus propios compuestos orgánicos a partir de moléculas sencillas como el dióxido de carbono. Hay dos tipos básicos de autótrofos:
  • Los fotoautótrofos, como las plantas, usan la energía de la luz solar para producir compuestos orgánicos (azúcares) a partir de dióxido de carbono mediante la fotosíntesis. Otros ejemplos de fotoautótrofos son las algas y las cianobacterias.
  • Los quimioautótrofos usan la energía de los químicos para producir compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono (o moléculas parecidas). Este proceso se conoce como quimiosíntesis. Como ejemplo, hay bacterias quimioautótrofas que oxidan el ácido sulfhídrico que se encuentra en las comunidades de los respiraderos submarinos en el fondo del mar (donde no llega la luz).
Los autótrofos son la base de todos los ecosistemas en el planeta. Esto puede sonar muy dramático, ¡pero no es ninguna exageración! Los autótrofos forman la base de las cadenas alimentarias y las redes tróficas, y la energía que obtienen de la luz o los químicos sostiene a todos los demás organismos en la comunidad. Cuando hablamos de la función de los autótrofos dentro de las cadenas alimentarias, los llamamos productores.
Los heterótrofos ("los que se alimentan de otros"), como los humanos, no pueden capturar la energía luminosa o química para fabricar su propia comida a partir de dióxido de carbono. Los heterótrofos obtienen moléculas orgánicas al comer otros organismos o sus productos. Los animales, los hongos y muchas bacterias son heterótrofos. Cuando hablamos de la función de los heterótrofos en las cadenas alimentarias, los llamamos consumidores. Como veremos en breve, hay muchos diferentes tipos de consumidores con distintas funciones ecológicas, desde los insectos que comen plantas, hasta los animales que comen carne pasando por los hongos que se alimentan de los residuos y desechos.

Cadenas alimentarias

Ahora, podemos echar un vistazo a cómo la energía y los nutrientes se mueven a través de una comunidad ecológica. Vamos a empezar por considerar solo unas cuantas relaciones de “quién se come a quién” al ver una cadena alimentaria.
Una cadena alimentaria es una secuencia lineal de organismos a través de la cual la energía y los nutrientes se transfieren a medida que un organismo se come a otro. Veamos las partes de una cadena alimentaria típica, comenzando desde la base (los productores) y moviéndonos hacia arriba.
  • En la base de la cadena alimentaria se encuentran los productores primarios. Los productores primarios son autótrofos y por lo general son organismos fotosintéticos (tales como plantas, algas o cianobacterias).
  • Los organismos que comen productores primarios se llaman consumidores primarios. Los consumidores primarios usualmente son herbívoros (que comen plantas), aunque también pueden ser consumidores de algas o bacterias.
  • Los organismos que se comen a los consumidores primarios se llaman consumidores secundarios. Los consumidores secundarios por lo general comen carne (carnívoros).
  • Los organismos que comen consumidores secundarios se llaman consumidores terciarios y son carnívoros que comen carnívoros, como las águilas o los peces grandes.
  • Algunas cadenas alimentarias tienen niveles adicionales, como los consumidores cuaternarios (carnívoros que comen consumidores terciarios). Los organismos que se encuentran hasta arriba en la cadena alimentaria se llaman superdepredadores.
Podemos ver ejemplos de estos niveles en el diagrama que se muestra a continuación. Las algas verdes son productores primarios que son comidas por moluscos (los consumidores primarios). Luego los moluscos se convierten en el almuerzo del Cottus cognatus, un pez que es un consumidor secundario y que a su vez es la comida de un pez más grande: el salmón real (un consumidor terciario).
En esta ilustración, el nivel trófico inferior es un alga verde, el productor primario. Los consumidores primarios son moluscos o caracoles. Los consumidores secundarios son pequeños peces como el Cottus cognatus. El consumidor terciario y superpredador es el salmón real.
Crédito de la imagen: "Ecología de ecosistemas: figura 3", de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Cada una de las categorías anteriores se llama un nivel trófico y refleja cuántas transferencias de energía y nutrientes (cuántos pasos de consumo) separan a un organismo de la fuente original de la cadena alimentaria, tal como la luz. Como veremos más adelante, asignar organismos a niveles tróficos no siempre es obvio. Por ejemplo, los humanos son omnívoros que pueden comer tanto plantas como animales.

Descomponedores

Hay otro grupo de consumidores que vale la pena mencionar, aunque no siempre aparece en los diagramas de cadenas alimentarias. Este grupo es el de los descomponedores, organismos que degradan la materia orgánica muerta y los desechos.
A veces se considera a los descomponedores dentro de su propio nivel trófico. Como grupo, consumen la materia muerta y los productos de desecho que provienen de los organismos de los demás niveles tróficos (por ejemplo, consumen materia vegetal en descomposición, el cuerpo a medio comer de una ardilla y los restos de un águila muerta). En este sentido, el nivel de los descomponedores es más o menos paralelo a los de la jerarquía estándar de los consumidores primarios, secundarios y terciarios.
Los hongos y bacterias son los descomponedores clave en muchos ecosistemas al usar la energía química en la materia muerta y los desechos para llevar a cabo sus propios procesos metabólicos. Otros descomponedores son los detritívoros (consumidores de desechos y residuos). Estos generalmente son animales multicelulares como las lombrices de tierra, los cangrejos, las babosas, los buitres, etc. No solo se alimentan de materia orgánica muerta sino que también la fragmentan, poniéndola a disposición de las bacterias y los hongos descomponedores.
Ejemplos de descomponedores: izquierda, hongos en un tronco; derecha, lombriz de tierra.
Crédito de las imágenes: izquierda, "Descomponedores", de Courtney Celley/USFWS, CC BY 2.0. Derecha, "Lombriz de tierra", de Luis Miguel Bugallo Sánchez, CC BY-SA 3.0.
Los descomponedores como grupo juegan un papel crítico en el mantenimiento de la salud de los ecosistemas. Cuando descomponen la materia muerta y los desechos, liberan nutrientes que pueden ser reciclados y utilizados por los productores primarios.

Redes tróficas

Las cadenas alimentarias nos dan una imagen clara de quién se come a quién. Sin embargo, aparecen algunos problemas cuando tratamos de usarlas para describir comunidades ecológicas completas. Por ejemplo, a veces un organismo puede comer muchos tipos de presas o ser comido por muchos depredadores, incluyendo algunos en niveles tróficos diferentes. Esto pasa, por ejemplo, cuando comes la carne de una hamburguesa (vaca = consumidor primario) con una hoja de lechuga (lechuga = productor primario).
Para representar estas relaciones con mayor precisión, podemos usar una red trófica, una gráfica que muestre todas las interacciones tróficas (asociadas a la alimentación) entre las diferentes especies en un ecosistema. El diagrama a continuación muestra un ejemplo de una red trófica del Lago Ontario. Los productores primarios están marcados en verde, los consumidores primarios en anaranjado, los consumidores secundarios en azul y los consumidores terciarios en morado.
El nivel inferior de la ilustración muestra a los productores primarios, los cuales incluyen diatomeas, algas verdes, algas verde azules, flagelados y rotíferos. El siguiente nivel incluye a los consumidores primarios que se comen a los productores primarios. Entre ellos están los copépodos calanoides y ciclopoides, las pulgas de agua, los rotíferos y los anfípodos. El camarón también come productores primarios. Los consumidores primarios son devorados por los consumidores secundarios, los cuales típicamente son peces pequeños. A los peces pequeños se los comen los peces más grandes, los consumidores terciarios. La perca amarilla, un consumidor secundario, come pequeños peces en su propio nivel trófico. La lamprea marina se come a todos los peces. Por lo tanto, la red trófica es una estructura compleja con capas entretejidas.
Crédito de la imagen: "Ecología de ecosistemas: figura 5", de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Obra original de la NOAA, GLERL.
En las redes tróficas, las flechas apuntan desde un organismo que es devorado hasta el que se lo come. Como muestra la red trófica de arriba, algunas especies pueden comer organismos de más de un nivel trófico. Por ejemplo, los camarones misidáceos comen tanto productores primarios como consumidores primarios.
Pregunta extra: esta red trófica tiene la cadena alimentaria que vimos anteriormente en el artículo (algas verdes moluscos el pecesito Cottus cognatus salmón real). ¿Puedes encontrarla?

Redes tróficas de pastoreo contra redes tróficas de detritos

Las redes tróficas normalmente no muestran a los descomponedores (por ejemplo, la red trófica del Lago Ontario que vimos anteriormente no lo hace). Aún así, todos los ecosistemas necesitan formas de reciclar la materia muerta y los desechos. Esto significa que los descomponedores en realidad están presentes, aunque no se los mencione mucho.
Por ejemplo, en el ecosistema de la pradera que se muestra a continuación, hay una red trófica de pastoreo de plantas y animales que alimentan la red trófica de detritos de bacterias, hongos y detritívoros. La red de detritos se muestra en forma simplificada en la banda café que se encuentra en la parte inferior del diagrama. En realidad, consiste en varias especies relacionadas mediante interacciones de alimentación específicas (es decir, conectadas por flechas, como sucede con la red de pastoreo en la parte superior). Las redes de detritos pueden proveer de energía a las redes de pastoreo, como cuando un petirrojo come una lombriz de tierra.
El nivel inferior de la ilustración muestra a los descomponedores, entre los que se incluyen hongos, moho, lombrices de tierra y bacterias del suelo. El siguiente nivel por arriba de los descomponedores muestra a los productores: las plantas. El nivel superior a los productores muestra a los consumidores primarios que se comen a los productores, entre los que están las ardillas, los ratones, las aves que comen semillas y los escarabajos. A su vez, los consumidores primarios son devorados por los secundarios, como los petirrojos, cienpiés, arañas y sapos. Los consumidores terciarios como los zorros, los búhos y las serpientes, comen tanto consumidores primarios como secundarios. Finalmente, todos los consumidores y productores se convierten en alimento para los descomponedores.
Imagen modificada de "Flujo de energía a través de los ecosistemas: Figura 5", de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Para ver los créditos completos de las imágenes originales, por favor ve la ventana emergente a continuación.

La eficiencia en la transferencia de energía limita la longitud de las cadenas alimentarias

La energía se transfiere entre los niveles tróficos cuando un organismo se come a otro y obtiene las moléculas ricas en energía del cuerpo de su presa. Sin embargo, esta transferencia es ineficiente y esta ineficacia limita la longitud de las cadenas alimentarias.
Cuando la energía entra en un nivel trófico, parte de ella es almacenada como biomasa (como parte de los cuerpos de los organismos). Esta es la energía que queda disponible para el siguiente nivel trófico, ya que solo la energía almacenada como biomasa puede ser consumida. Como una regla general, solo alrededor del 10% de la energía almacenada como biomasa en un nivel trófico (por unidad de tiempo), termina almacenada como biomasa en el siguiente nivel trófico (por la misma unidad de tiempo). Es bueno tener en mente esta regla del 10% de transferencia de energía.
Como ejemplo, supongamos que los productores primarios de un ecosistema almacenan 20,000 kcal/m2/año de energía como biomasa. Esta es también la cantidad de energía disponible por año para los consumidores primarios que se comen a los productores. La regla del 10% predeciría que los consumidores primarios solo almacenarán 2000 kcal/m2/año de energía en sus cuerpos, con lo lo cual la energía se pondría a disposición de los depredadores (consumidores secundarios) a una tasa menor.
Este patrón de transferencia fraccionaria limita la longitud de las cadenas alimenatarias: después de un cierto número de niveles tróficos (por lo general entre 3 y 6), hay muy poco flujo de energía para soportar una población a un nivel mayor.
Pirámide trófica que ilustra la regla de la transferencia del 10% de energía.
La energía luminosa es captada por los productores primarios.
Cantidad de energía almacenada como biomasa:
Productores primarios - 20,000 kcal por metro cuadrado por año
Consumidores primarios - 2,000 kcal por metro cuadrado por año
Consumidores secundarios - 200 kcal por metro cuadrado por año
Consumidores terciarios - 20 kcal por metro cuadrado por año
Consumidores cuaternarios - 2 kcal por metro cuadrado por año
En cada nivel, la energía se pierde directamente como calor o en la forma de desechos y materia muerta que va a parar a los descomponedores. Eventualmente, los descomponedores metabolizan los desechos y la materia muerta y también liberan su energía en forma de calor.
Imagen modificada de "Pirámide ecológica", por la CK-12 Foundation, CC BY-NC 3.0.
¿Por qué sale tanta energía entre un nivel trófico y el siguiente? Estas son algunas de las razones principales que explican la transferencia de energía ineficiente1,2:
  • En cada nivel trófico, una cantidad significativa de energía se disipa en forma de calor a medida que los organismos llevan a cabo la respiración celular y realizan sus vidas diarias.
  • Parte de las moléculas orgánicas que consume un organismo no se pueden digerir y salen del cuerpo en forma de heces (excremento) en lugar de ser utilizadas.
  • No todos los organismos individuales en un nivel trófico serán devorados por los organismos del siguiente nivel, algunos morirán sin haber sido consumidos.
Las heces y los organismos muertos no consumidos se convierten en alimento para los descomponedores, quienes los metabolizan y convierten su energía en calor mediante la respiración celular. De ese modo, nada de la energía desaparece en realidad, al final toda termina en forma de calor.

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