Ecosistemas y flujo de energía

Un ecosistema es el conjunto formado por un espacio físico, los seres vivos que lo habitan y las relaciones que se establecen entre ellos. Se compone de dos partes inseparables:

1. Biotopo: Es el componente físico-químico (el lugar). Incluye los factores abióticos como la luz solar, la temperatura, la humedad, el tipo de suelo y la presión.
2. Biocenosis: Es el componente biológico (la comunidad). Incluye todos los seres vivos y sus factores bióticos, es decir, las relaciones entre organismos.

Para sobrevivir, los organismos poseen límites de tolerancia. Si un factor (como la salinidad o la temperatura) se encuentra fuera de un rango determinado, el organismo no puede sobrevivir. Aquel factor que escasea o excede los límites y condiciona el crecimiento de una población se denomina factor limitante.

La ecología organiza la vida en niveles de complejidad creciente:

• Individuo: Un único organismo (ej. un lobo).
• Población: Conjunto de individuos de la misma especie que viven en un lugar y tiempo determinados.
• Comunidad (Biocenosis): Conjunto de poblaciones de diferentes especies que conviven en un área.
• Ecosistema: La suma de la comunidad más el biotopo.
• Biosfera: El conjunto de todos los ecosistemas de la Tierra. A veces usamos el término ecósfera para referirnos al ecosistema global planetario.

Es común confundir estos términos, pero son muy distintos:

• Hábitat: Es el "domicilio" del organismo, el lugar físico donde vive (ej. el bosque mediterráneo).
• Nicho ecológico: Es la "profesión" o el papel funcional de la especie en el ecosistema (qué come, cuándo caza, cómo se reproduce).

Diferenciamos entre el nicho potencial (el papel que una especie podría ocupar si no tuviera competencia) y el nicho efectivo (el que ocupa realmente en presencia de competidores). La especialización ecológica permite que varias especies compartan un hábitat al ocupar nichos diferentes, evitando así la extinción por competencia directa.

Los organismos se agrupan según cómo obtienen su alimento:

• Productores primarios: Organismos autótrofos (plantas, algas, bacterias fotosintéticas) que transforman energía inorgánica en orgánica.
• Consumidores: Organismos heterótrofos. Se dividen en primarios (herbívoros), secundarios (carnívoros que comen herbívoros) y terciarios (superdepredadores).
• Descomponedores y transformadores: Hongos y bacterias que degradan la materia orgánica a inorgánica, cerrando el ciclo de la materia.
• Detritívoros: Se alimentan de restos de materia muerta (carroñeros, lombrices).

La energía solar es captada por los productores y pasa de un nivel a otro. Sin embargo, en cada transferencia se pierde una gran cantidad de energía en forma de calor (respiración celular, movimiento, excreción).

Se cumple la Regla del diez por ciento: aproximadamente solo el $10\%$ de la energía almacenada en un nivel trófico pasa al siguiente nivel. Esto explica por qué las cadenas alimentarias son cortas; llega un punto en el que no queda energía suficiente para mantener a otro nivel superior.

Para visualizar estas relaciones usamos:

1. Cadenas tróficas: Líneas lineales de transferencia (Planta → Saltamontes → Rana).
2. Redes tróficas: Interconexiones complejas de múltiples cadenas (la realidad del ecosistema).
3. Pirámides ecológicas:
   • De energía: Siempre son piramidales (por la pérdida del $10\%$). Se mide en $kJ/m^2 \cdot año$.
   • De biomasa: Representan la cantidad de materia orgánica. Pueden ser invertidas en ecosistemas marinos.
   • De números: Representan el número de individuos.

Estos ciclos están íntimamente ligados a través de dos procesos vitales:

• Fotosíntesis: Retira $CO_2$ de la atmósfera y libera $O_2$.
• Respiración y Combustión: Consumen $O_2$ y liberan $CO_2$.

El carbono se almacena en reservorios como los océanos, las rocas calizas y los combustibles fósiles. La quema masiva de estos últimos está rompiendo el equilibrio natural, aumentando el efecto invernadero.

El nitrógeno es esencial para las proteínas y el ADN, pero los seres vivos no pueden tomarlo directamente del aire ($N_2$).

1. Fijación: Bacterias (como Rhizobium) en raíces de leguminosas convierten el $N_2$ en amoníaco.
2. Nitrificación: Otras bacterias convierten el amoníaco en nitratos ($NO_3^-$), que las plantas sí pueden absorber (asimilación).
3. Desnitrificación: Bacterias devuelven el nitrógeno a la atmósfera para cerrar el ciclo.

El fósforo es un ciclo sedimentario; no pasa por la atmósfera. Se libera por la meteorización de las rocas y es absorbido por las plantas. Un exceso de fósforo y nitrógeno en el agua (por fertilizantes) provoca la eutrofización, un crecimiento explosivo de algas que agota el oxígeno y mata a los peces.

El ciclo hidrológico (evaporación, condensación, precipitación) es el motor que transporta nutrientes a través de los ecosistemas.

• Intraespecíficas (misma especie): Competencia por recursos o cooperación (familias, colonias).
• Interespecíficas (distintas especies):
  • Depredación (+/-): Un organismo mata a otro.
  • Parasitismo (+/-): El parásito vive a costa del huésped sin matarlo inmediatamente.
  • Mutualismo (+/+): Ambos se benefician (ej. abejas y flores). Si la unión es obligatoria, se llama simbiosis.
  • Comensalismo (+/0): Uno se beneficia y el otro es indiferente.

Es el proceso de cambio gradual en la composición de una comunidad a lo largo del tiempo.

• Sucesión primaria: Comienza en un área donde no había vida previa (roca desnuda tras un volcán).
• Sucesión secundaria: Ocurre tras una perturbación (incendio, abandono de cultivo) donde el suelo ya existe.

El proceso comienza con especies pioneras (líquenes, musgos) y termina en la comunidad clímax, el estado de máxima estabilidad y biodiversidad posible para ese clima.

Los ecosistemas utilizan la retroalimentación negativa para mantener la estabilidad (homeostasis). Por ejemplo, si aumenta la población de presas, pronto aumentará la de depredadores, lo que hará que las presas disminuyan de nuevo, equilibrando el sistema. La resiliencia es la capacidad de un ecosistema para recuperar su estado inicial tras una perturbación.

La actividad humana altera estos equilibrios de tres formas principales:

1. Sobreexplotación: Pesca y tala excesiva que impiden la regeneración natural.
2. Especies invasoras: Al introducir especies foráneas, estas compiten con las autóctonas, a menudo desplazándolas al no tener depredadores naturales.
3. Alteración de ciclos: La contaminación y el cambio climático modifican cómo fluye la energía y se recicla la materia, poniendo en riesgo la supervivencia de miles de especies.