Lecture Outlines by Gregory Ahearn, University of North Florida
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Capítulo 28
¿Cómo funcionan los ecosistemas?
Contenido de la sección 28.1
• 28.1 ¿Cómo se mueven la energía y los
nutrientes a lo largo de los ecosistemas?
– La función de un ecosistema está sujeta a dos leyes básicas:
Trayectorias de la energía y los
nutrimentos
• La energía se desplaza de una comunidad a otra dentro de los ecosistemas en un
flujo unidireccional continuo.
– La energía que impulsa las actividades de la vida proviene del sol.
– Es captura por los organismos fotosintéticos y transformada por las reacciones químicas que alimentan la vida.
– Termina convertida en energía calorífica que se irradia de regreso hacia el espacio.
• Los nutrimentos constantemente se
reciclan dentro y entre de los ecosistemas.
– Las moléculas de la vida se construyen a
partir de componentes químicos básicos que se obtienen del medio ambiente.
– Los nutrimentos pueden cambiar en cuanto a su forma y distribución, e incluso ser
transportados entre diferentes ecosistemas, pero permanecen en la Tierra.
Trayectorias de la energía y los
nutrimentos
Contenido de la sección 28.2
• 28.2 ¿Cómo fluye la energía a través
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• Las ondas electromagnéticas llevan energía del sol a la Tierra.
– Gran parte de la energía solar que llega a la Tierra es reflejada o absorbida.
– Sólo alrededor del 1% de la energía está disponible para la fotosíntesis.
– Los organismos fotosintéticos capturan el 3% o menos de esta cantidad.
– Gracias a la fotosíntesis, ellos sirven como conducto tanto de energía como de
• La energía fluye en las comunidades a partir de los productores fotosintéticos a través de varios niveles de consumidores.
– Cada nivel de organismos se llama nivel trófico.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• Los autótrofos (o productores)
producen su propio alimento utilizando nutrimentos y energía del ambiente (luz solar).
– Forman el primer nivel trófico.
• Directa o indirectamente también
producen alimento para casi todas las formas de vida.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• Los heterótrofos (o consumidores) no pueden sintetizar su propio alimento, así que obtienen la energía y nutrimentos de los productores.
– Ocupan varios niveles tróficos.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• Los consumidores ocupan varios niveles tróficos.
– Los que se alimentan directa y
exclusivamente de los productores se llaman herbívoros o consumidores primarios.
– Los que se alimentan principalmente de consumidores primarios se llaman
carnívoros o consumidores secundarios.
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
• Los consumidores ocupan varios niveles tróficos.
– Los que se alimentan principalmente de consumidores primarios se llaman
carnívoros o consumidores secundarios.
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
• Los consumidores ocupan varios niveles tróficos.
– Algunos carnívoros se alimentan en
ocasiones de otros carnívoros y actúan como consumidores terciarios.
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
FIGURA 28-1 Flujo de energía, ciclo de
nutrimentos y relaciones tróficas en los ecosistemas
energía de la luz solar productores consumidores de nivel superior calor descomponedores nutrimentos calor consumidores primarios calor calor energía solar energía térmica energía almacenada en enlaces químicos nutrimentos
• La energía que los organismos
fotosintéticos almacenan y ponen a disposición de otros miembros de la comunidad a lo largo de un periodo
específico se denomina productividad
primaria neta.
– Determina la cantidad de vida que un
ecosistema determinado puede sostener.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
• En la productividad primaria neta del ecosistema influyen:
– La cantidad de nutrimentos y luz solar de la que disponen los productores.
– La disponibilidad de agua. – La temperatura.
La energía entra por la vía de la
fotosíntesis
FIGURA 28-2 Comparación de la productividad de los ecosistemas mar abierto (125) plataforma continental (140) bosque lluvioso (2200) estuario (1500) bosque de coníferas (800) bosque caducifolio templado (1200) tundra (140) desierto (90) pastizal (600)
Cadenas tróficas
• Una cadena trófica es una relación lineal de alimentación con un solo
representante de cada nivel trófico.
– Los distintos ecosistemas tienen cadenas alimentarias radicalmente diferentes.
– Las comunidades naturales rara vez contienen grupos bien definidos de
consumidores primarios, secundarios y terciarios.
FIGURA 28-3
Cadenas tróficas terrestre y marina
Redes alimentarias
• Una red trófica muestra las relaciones
alimentarias de una comunidad e incluyen sus múltiples cadenas interconectadas.
• Algunos animales son omnívoros, y actúan en diferentes ocasiones como consumidores primarios, secundarios y, ocasionalmente, terciarios.
– Ejemplo: los seres humanos.
Flujo de energía entre los niveles
tróficos
Comedores de detritos y
descomponedores
• Los comedores de detritos
(detritófagos) y los descomponedores
(saprófitos) liberan nutrimentos que se
• Los comedores de detritos viven de los desperdicios orgánicos: exoesqueletos mudados, hojas caídas, desechos y
cadáveres.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Comedores de detritos.
– Ejemplos: lombrices de tierra, protistas, cochinillas, y buitres.
– Consumen materia orgánica muerta y la excretan en un estado de descomposición más avanzado.
– Sus productos de excreción sirven de
alimento a otros comedores de detritos y a los descomponedores.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Los descomponedores digieren el
alimento que encuentran afuera de su
cuerpo mediante la secreción de enzimas digestivas.
– Son principalmente hongos y bacterias.
– Absorben los nutrimentos y los compuestos ricos en energía que necesitan, liberando aquellos que quedan.
Comedores de detritos y
descomponedores
• Los comedores de detritos y los
descomponedores reducen el cuerpo y los residuos de los organismos vivos a moléculas simples.
– Reciclan los nutrimentos, que vuelven a quedar disponibles para los productores primarios.
– Si no existieran, la productividad primaria se detendría por falta de nutrimentos y la comunidad colapsaría.
Comedores de detritos y
descomponedores
La transferencia de energía es
ineficiente
• La transferencia de energía de un nivel trófico a otro es ineficiente.
• Un pequeño porcentaje de la energía
disponible se transfiere al siguiente nivel trófico porque:
– La conversión de energía siempre implica pérdidas en forma de calor.
– Algunas de las moléculas de los organismos no pueden ser digeridas o absorbidas.
• Un pequeño porcentaje de la energía
disponible se transfiere al siguiente nivel trófico porque:
– Una parte de la energía se utiliza en cada nivel trófico para mantenimiento,
reparación, movimiento, etcétera.
– Algunos organismos mueren en cada nivel sin ser comidos y pasan su energía a los
comedores de detritos y descomponedores.
La transferencia de energía es
ineficiente
FIGURA 28-5
Transferencia
Pirámides de energía
• Las pirámides de energía ilustran la transferencia de energía entre niveles tróficos.
• La transferencia neta de energía entre los niveles tróficos tiene una eficiencia
aproximada del 10%.
– Una pirámide de energía representa esto, con los productores primarios en la base y los niveles tróficos apilados en la parte
superior.
FIGURA 28-6 Pirámide de energía de un ecosistema de pradera consumidor terciario (1 caloría) consumidor secundario (10 caloría) consumidor primario (100 caloría) productores (1000 caloría)
• Este patrón de transferencia de energía tiene algunas ramificaciones importantes:
– Las plantas dominan casi todas las
comunidades porque disponen de más
energía, seguidas por los herbívoros y los carnívoros.
– Se puede alimentar a un número mucho mayor de personas con cereales que con carne.
Contenido de la sección 28.3
• 28.3 ¿Cómo se desplazan los
nutrimentos dentro de los ecosistemas y entre ellos?
Ciclos de nutrimentos
• Los nutrimentos son los elementos y las pequeñas moléculas que constituyen
todos los componentes básicos de la vida.
• Los organismos necesitan de los
macronutrimentos en grandes cantidades.
– Incluyen: agua, carbono, hidrógeno,
oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y calcio.
• Los micronutrimentos son necesarios sólo en muy pequeñas cantidades.
– Incluyen: zinc, molibdeno, hierro, selenio y yodo.
• Los ciclos de nutrimentos (o ciclos
biogeoquímicos) describen las
trayectorias que siguen los nutrimentos entre las comunidades y las partes
inanimadas de los ecosistemas.
– Las fuentes y los lugares de
almacenamiento de nutrimentos se denominan reservas.
– Las reservas principales se encuentran, por lo general, en el ambiente abiótico.
• La reserva principal de agua es el océano.
– Contiene más del 97% del agua de la Tierra.
• La energía solar evapora el agua, y la gravedad la trae de vuelta a la Tierra en forma de precipitación.
• El agua que cae en tierra sigue varias rutas:
– Un poco de agua se evapora del suelo, los lagos y las corrientes de agua.
– Una fracción escurre de la tierra y vuelve a los océanos.
– Una pequeña cantidad penetra hasta los depósitos subterráneos.
• La mayoría del agua se evapora en la superficie del océano.
• Las raíces de las plantas absorben agua, que en buena parte se evapora de las
hojas y regresa a la atmósfera.
vapor de agua en la atmósfera depósitos procesos evaporación de la tierra y transpiración de las plantas evaporación del océano precipitación sobre el océano escurrimiento desde ríos y tierra lagos y ríos evaporación de lagos y ríos agua en el océano extracción para agricultura filtración en el suelo agua subterránea, incluidos acuíferos precipitación sobre la tierra FIGURA 28-7 Ciclo hidrológico
• A medida que la población humana ha crecido, el agua dulce ha comenzado a escasear.
– Debido a que el agua es escasa, el crecimiento de los cultivos, se limita. – El bombeo del agua de los mantos
acuíferos se está agotando rápidamente.
• A medida que la población humana ha crecido, el agua dulce ha comenzado a escasear.
– El agua contaminada se consume por más de mil millones de personas al año en los países en desarrollo, y mata a millones de niños.
El ciclo del carbono
• El marco estructural de todas las moléculas orgánicas, que son los
componentes básicos de la vida, está formado de cadenas de átomos de
• El carbono entra en la comunidad viviente cuando los productores captan dióxido de carbono (CO2) durante la fotosíntesis.
– En tierra, los productores obtienen CO2 de la atmósfera.
– Los productores acuáticos encuentran abundante CO2 disuelto en el agua.
• Los consumidores primarios se alimentan de los productores y se apropian del
carbono almacenado en sus tejidos.
– Estos herbívoros liberan un poco de carbono al respirar.
– Guardan el resto, que es consumido a veces por organismos de niveles tróficos más elevados.
• Todos los seres vivos mueren tarde o
temprano y los detritófagos y saprófagos se encargan de degradar sus cuerpos.
• La respiración celular de estos
organismos devuelve CO2 a la atmósfera y a los océanos.
• Los combustibles fósiles se forman
cuando los restos de plantas y animales antiguos se entierran y se someten a
altas temperaturas y presiones durante millones de años.
– Cuando quemamos combustibles fósiles para aprovechar esta energía almacenada, se libera CO2 en la atmósfera.
FIGURA 28-8 Ciclo del carbono depósitos procesos niveles tróficos CO2en la atmósfera productores CO2en la atmósfera quema de combustibles fósiles CO2disuelto en el océano fuego fotosíntesis detritófagos y saprófitos descomposición consumidores combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas
El ciclo del nitrógeno
• El nitrógeno es un componente fundamental de las proteínas, de muchas vitaminas y de los ácidos nucleicos ADN y ARN.
• Aunque el nitrógeno gaseoso (N2) conforma
el 79% de la atmósfera, esta forma de nitrógeno no puede ser utilizada por las plantas; sólo por algunas bacterias.
• Las plantas utilizan el nitrato (NO3-) o el
• Ciertas bacterias convierten el (N2) en amoniaco (fijación de nitrógeno).
– Algunas de estas bacterias viven en el agua y en la tierra.
– Otras viven en asociaciones simbióticas
con plantas leguminosas.
• Otras bacterias en el suelo y el agua
convierten el amoniaco en nitrato (NO3-). • Los nitratos también se producen durante
tormentas eléctricas, cuando la energía de los relámpagos combina nitrógeno y oxígeno atmosférico para formar
compuestos de óxido de nitrógeno que se disuelven en la lluvia.
• Las plantas asimilan los compuestos nitrogenados disponibles en el suelo y agua.
• Los consumidores obtienen nitrógeno de su alimento a través de los niveles tróficos. • Los detritófagos y saprófitos producen
amoniaco a partir de los organismos que descomponen.
• Las bacterias desnitrificantes
descomponen el nitrato y devuelven nitrógeno gaseoso a la atmósfera.
FIGURA 28-9 Ciclo del nitrógeno depósitos procesos niveles tróficos N2 en la atmósfera bacteria fijadora de nitrógeno en suelo y raíces de leguminosa N2 en la atmósfera bacteria desnitrificante amoniaco y nitratos en el agua consumidores productores aplicación de fertilizante fabricado N2 en la atmósfera N2 en la atmósfera descomposición amoniaco y nitratos en el suelo quema de combustibles fósiles
• Los compuestos nitrogenados producidos por los seres humanos ahora dominan el ciclo del nitrógeno, creando serios
problemas ambientales.
– La aplicación de fertilizantes químicos podría cambiar la composición de las comunidades vegetales.
– La quema de bosques y combustibles fósiles libera nitrógeno que produce la acidificación del hábitat.
El ciclo del fósforo
• El fósforo es un componente fundamental del ATP y el NADP, los ácidos nucleicos y los fosfolípidos de las membranas
• La reserva principal de fósforo de los
ecosistemas es la roca, donde se encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato.
– Las rocas ricas en fosfato expuestas a la
intemperie se erosionan y la lluvia disuelve el fosfato.
– El fosfato disuelto, lo absorben los autótrofos, que lo incorporan a las moléculas biológicas que pasan por las redes alimentarias.
• La reserva principal de fósforo de los ecosistemas es la roca, donde se
encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato.
– En cada nivel se excreta el fósforo
excedente y los descomponedores liberan fosfato.
– El fosfato puede ser reabsorbido por los autótrofos o incorporarse de nuevo a la roca.
FIGURA 28-10 Ciclo del fósforo depósitos procesos niveles tróficos fosfato en roca aplicación de fertilizante fabricado formación de roca que contiene fosfato Fosfato en sedimento fosfato en agua escurrimiento de ríos escurrimiento de campos fertilizados fosfato en suelo ingesta por productores productores descomposición detritófagos y saprófitos consumidores elevación geológica
• Las rocas ricas en fosfatos se emplean para producir fertilizantes.
• El suelo que se erosiona de los campos fertilizados arrastra grandes cantidades de fosfatos hacia lagos, corrientes de agua y el mar.
– Estimula un crecimiento tan abundante de algas y bacterias, que se trastornan las
interacciones naturales en la comunidad.
Contenido de la sección 28.4
¿A qué se debe la lluvia ácida?
• Muchos de los problemas ambientales que aquejan a la sociedad moderna son consecuencia de la interferencia humana en el funcionamiento de los ecosistemas.
• Hemos expuesto a los ecosistemas a una variedad de sustancias que son extrañas y a menudo tóxicas para ellos.
FIGURA 28-11 Una sustancia natural fuera de lugar
• Sintetizamos sustancias que nunca se habían hallado en la Tierra y que son dañinas para muchas formas de vida.
– Ejemplos: pesticidas y solventes.
• Desde el inicio de la Revolución hemos dependido enormemente de la energía extraída de los combustibles fósiles para calentar, iluminar y transportar, así como para la agricultura y las diversas industrias. • La dependencia en los combustibles fósiles
provoca dos problemas ambientales:
– La lluvia ácida
– El calentamiento global
• La lluvia ácida (sedimentación ácida) se debe a la producción industrial excesiva de óxidos de nitrógeno y dióxido de
azufre que nuestros ecosistemas
naturales no pueden absorber y reciclar.
Ciclos sobrecargados
• Dióxido de azufre:
– Liberado principalmente por plantas
generadoras que usan carbón y petróleo. – Al combinarse con el vapor de agua de la
• Óxidos de nitrógeno:
– Liberados por vehículos, plantas generadoras, e industrias.
– Al combinarse con el vapor de agua de la atmósfera se transforman en ácido nítrico.
• Algunos días después, y con frecuencia a cientos de kilómetros de la fuente, los
ácidos se precipitan.
– Corroen las estatuas y los edificios – Dañan los árboles y los cultivos
– Dejan los lagos sin vida
FIGURA 28-12
La sedimentación ácida es corrosiva
Daños por sedimentación ácida
• El 25% de todos los lagos y estanques de los montes Adirondack (Nueva York) son demasiado ácidos para permitir la vida de peces en ellos.
• Los peces mueren, porque se destruye
gran parte de la red alimentaria que les da sustento
• La acidificación afecta primero a las
almejas, los caracoles, los langostinos y las larvas de insectos, después a los
anfibios y finalmente a los peces. • El resultado es un lago cristalino—
hermoso, pero muerto.
• La lluvia ácida disminuye la productividad de los cultivos y la salud de las plantas
silvestres.
– Al penetrar en el suelo disuelve y arrastra consigo nutrimentos indispensables al
tiempo que mata los microorganismos descomponedores.
– Las plantas, envenenadas y privadas de
nutrimentos, se debilitan y quedan a merced de las infecciones y el ataque de los
insectos.
• La lluvia ácida disminuye la productividad de los cultivos y la salud de las plantas
silvestres.
– Ejemplo: los bosques del monte Mitchell, en Carolina del Norte.
