Biología, la vida en la tierra con fisiología TOMO 02-páginas-16

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A Un oso grizzly intercepta un salmón en su viaje d e desove. Al 
luchar por ascender en la corriente de una cascada, el salmón trata 
de llegar al mismo lecho de corriente donde nació artos atrás.
E s tu d io de caso
Peces moribundos alimentan 
un ecosistema
EL SALM ÓN RO JO DEL PAC ÍF ICO NOROESTE 
tiene un asom broso ciclo d e v id a . Los huevos 
eclosionan en depresiones poco p ro fundas en 
e l lecho d e g rava d e un torrente q u e fluye en 
forma rápida, siguen la ru ta del to rren te hacia 
nos cada vez m ás grandes que eventua lm en te 
desem bocan a l o céano . A l em erger en estuarios 
(hum edales donde se m ezclan agua du lce y 
agua salada), la no tab le fisio logía de l salm ón 
le perm ite adap tarse a l cam bio de l agua dulce 
a sa lada antes d e llegar a l m ar. El pequeño 
porcentaje d e salm ones jó ve n es que evaden 
a los dep redadores crecen hasta la adultez, 
alim entándose d e crustáceos y peces más 
pequeños.
Años después, sus cuerpos experim entan otra 
transform ación. Conform e a lcanzan la m adurez 
sexual, un aprem iante im pulso instintivo, 
todavía poco entend ido a p esar d e décadas de 
investigación , los a trae d e regreso a l agua 
du lce, pero no a cualqu ier corrien te o 
rio. E l sa lm ón nada a lo largo d e la costa 
(probablem ente navegando d e acuerdo al 
cam po m agnético d e la T ierra ) hasta que la 
esencia ú n ica d e la corrien te que los v io crecer 
los a trae hacia las aguas que se encuentran 
tierra adentro. Luchan con tra fuertes corrientes, 
saltan pequeñas cascadas, ondu lan sobre 
bancos d e arena poco pro fundos y evaden 
tram pas pesqueras, a fin d e lle va r su preciosa 
carga d e esperm a y h u evo s d e regreso a casa y 
asi renovar su ciclo d e v id a , para m orir después 
de com p le tar su m isión.
0 v ia je de los peces d e regreso a su lugar de 
nacim iento es adm irable tam bién en otro sentido. 
Los nutrim entos cas i siempre fluyen corriente 
abajo, transportados de la tie rra hacia e l océano. 
Pero e l salm ón, p rovisto de m úsculos y grasas 
que adquirieron a l alim entarse en e l océano, 
no sólo lucha contra e l flujo de la corriente en 
su v ia je río arriba, sino que tam bién invierte 
e l m ovim iento usual d e los nutrim entos. ¿Q ué 
le espera a l salm ón al final de su v ia je ? ¿Cóm o 
afecta su v ia je la red d e vida corriente arriba?
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¿Cóm o funcionan los ecosistemas? 5 3 3
De un v is ta z o
Estu d io d a caso Peces m oribundos a lim en tan un 
ecosistem a
28 .1 ¿ C ó m o se m u e v e n la e n e rg ía y los 
n u tr im e n to s a lo la rg o d e lo s e c o s is te m a s ?
2 8 .2 ¿ C ó m o f lu y e la e n e rg ía a lo la rg o 
d e lo s e c o s is te m a s ?
l a energía entra a las com unidades p o r la v ía d e la ftxosíntesis
La energía se transm ite de un nivel tró fico a o tro
La producción prim aria neta es un a m edida de la energía
a lm acenada en los productores
Las cadenas y las redes tróficas describen las relaciones
d e alim entación dentro d e las com unidades
Los detritófagos y los saprófitos liberan nutrim entos para
su reutiliración
La transferencia de energía a través de los niveles tróficos 
es ineficiente
Estu d io de caso continuación Peces m oribundos 
a lim entan un ecosistem a
Guard ian d e la sa lud Las cadenas tró ficas am plifican 
las sustancias tóx icas
2 8 .3 ¿ C ó m o c irc u la n lo s n u t r im e n to s d e n t ro 
y e n t r e e c o s is te m a s ?
0 ciclo hidrológico tiene su principal depósito en los océanos 
E l c ic lo del carbono tiene sus principales depósitos 
en la atm ósfera y los océanos
P ío F Iím The Carbón Cycle (disponible e n inglés)
E l c id o del nitrógeno tiene su principal depósito e n la 
atmósfera
Estu d io d e caso continuación Peces m oribundos 
a lim entan un ecosistem a 
E l c id o del fósforo tiene su p rincipal depósito en las rocas
2 8 .4 ¿ Q u é o c u rre c u a n d o lo s s e re s h u m a n o s 
d e s e s ta b iliz a n lo s d c lo s d e lo s n u t r im e n to s ?
Sobrecargar los ciclos d e l nitrógeno y del fósforo daña 
los ecosistem as acuáticos
Sobrecargar los ciclos d e l azufre y del nitrógeno causa 
deposición á r id a
Interferircon el ciclo del carbono contibuye al calentamiento 
global
Guard ián da la T ie rra Los polos e n peligro 
Es tu d io d a caso o tro v is taz o Peces m oribundos 
 a lim entan un ecosistem a J
28.1 ¿C Ó M O S E M U E V E N LA 
E N E R G ÍA Y LO S 
N U T R IM E N T O S A LO LA R G O 
D E LO S E C O S IST E M A S?
D o s leyes básicas subyacen en la función d e u n ecosistem a: los nu­
trim entos constantem ente d a n vueltas y se recidan d en tro y entre 
los ecosistemas, m ientras que la energía se m ueve a través de co ­
m un idades ecológicas (la s diversas pob ladones d e organism os en 
in teraed ón q ue hab itan los ecosistem as) e n un flu jo co n tin u o de 
una so la d irecdó n .
Ix » n u tr im e n to s son átom os y m oléculas q ue obtienen los 
o rgan ism os de su am b ien te v iv o y n o v iv o y q ue se requ ieren 
para la sobrevivencia. Lo s m ism os áto m o s h a n sosten ido la vida 
duran te ap rox im ad am ente 3 ,500 m illo nes d e años . Ia s m o lécu ­
las q ue con stitu yen tu cuerpo s in d u d a in c lu yen áto m o s d e oxí­
g eno alguna vez a trapad o en e l agua p rim ig en ia y lib e rad o por 
p rim era ve z p o r bacterias fo tos in téticas antiguas. A lgunos de tus 
á to m o s d e ca rbono fueron exhalados p o r un d in osau rio , y algu­
nos d e tu s á to m o s d e n itrógeno p robab lem en te fu eron liberados 
p o r bacterias saprofitas (d escom poned oras) q u e consum ieron 
los restos d e u n sa lm ó n . A unque los nu trim entos pueden trans­
portarse, red istribu irse o co n ven irse a d iferentes fo rm as m o lecu ­
lares, n o d e jan la T ierra y se recic lan co n tin uam en te a través d e los 
ciclos d e nu trim entos q ue se describen e n secciones posteriores.
La energía, e n contraste, se repone d e m anera co n tinua . Las 
activ idades de la v ida , desde la m ig rac ión del sa lm ón hasta el 
transporte a c t ivo d e m o lécu las a través d e un a m em brana celu­
lar, a f in a l de cuentas son im pu lsadas p o r la lu z so lar. La energ ía 
so la r q ue co n tin u am en te b om b ard ea la T ierra es capturada por 
o rgan ism os fo tos in tétiros, luego es transfo rm ada p o r m ile s de 
reacciones qu ím icas q ue dan energ ía a la v ida , y fina lm en te se 
co n v ie n e e n ca lo r q ue se irrad ia d e vu e lta a l espado.
28.2 ¿C Ó M O R U Y E LA E N E R G ÍA A LO LA R G O 
D E LO S E C O S IST E M A S?
A proxim adam ente a 149,600,000 kilóm etros, las reacciones term o­
nucleares e n e l So l con vien en h id rógeno en he lio , y transform an 
u n a cantidad relativam ente pequeña de m ateria en enorm es can ­
tidades de energía, l in a pequeña fracción d e esta energía llega a la 
T ierra e n form a d e ondas electromagnéticas, inc lu idos ca lor, lu z y 
energía ultravio leta. D e la energía q ue llega a la T ierra, gran parte es 
reflejada p o r la atmósfera, las nubes y la su perfide d e la T ierra. O tra 
parte es absorbida co m o ca lor p o r la T ierra y su atmósfera, lo que 
deja só lo a lrededo r d e 1 % para sostener la vida. D a d o q ue só lo una 
fracción de esta energía solar restante es capturada por organism os 
fotosintéticos, la abundante v id a e n este planeta está sosten ida por 
m enos de 0 .0 3 % d e la energía q ue llega a la T ierra desde el Sol.
La energía entra a las com unidades 
por la vía de la fotosíntesis
D urante la fotosíntesis, las m oléculas d e p ig m en to co m o la clo­
ro fila absorben longitudes d e onda específicasde luz so la r (ufase 
la figura 7-4). Luego, esta energía so la r se usa e n reaedones que 
a lm acenan energ ia en en laces quím icos. Para crear nuevas m o lé ­
culas, las plantas y otros organism os fotosintéticos adqu ieren nu­
trim entos de las p o rd o nes ab ió ticas (n o v iva s ) d e los ecosistemas. 
Ingieren n itrógeno y fósforo d e l su e lo y e l agua, absorben ca rbono 
del C O , e n e l a ire , y obtienen oxigeno del aire y las m oléculas de 
agua. C o n La energ ía del S o l y estos nutrim entos inorgánicos, las 
p lantas s intetizan azúcares, a lm idones, proteínas, áad o s nucleicos 
y todas las otras m o lécu las b io lóg icas q ue necesitan para sostener 
la v id a (F IG U R A 28-1). D urante la fotosíntesis, las plantas liberan 
d oxígeno q ue la m ayoría de los organism os requieren para las 
reaedones q ue generan A T P . Por ende, los fotosintetizadores sirven
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5 3 4 Com porum ieiuo y ecología
► F IG U R A 28-1 P ro d u c to r e s Durante la fotosíntesis, los productores 
capturan energía solar y liberan oxigeno como subproducto. C on esta energía 
y nutrimentos Inorgánicos del ambiente, los productores sintetizan todas las 
nolécu las que necesitan. Incluidos carbohidratos, grasas, proteínas y ácidos 
nucleicos. Dichas moléculas, a su vez. proporcionan casi toda la energía y la 
mayoría de los nutrimentos para el resto d e la vida sobre la Tierra.
► F IG U R A 28-2 F lu jo d e e n e rg ía , 
d d o d e n u tr im e n to s y re la c io n e s 
tró f ic a s e n lo s e c o s is te m a s la
energía Ingresa constantemente a los 
productores como luz solar, q ue es 
capturada por los productores durante 
la fotosíntesis y almacenada en enlaces 
químicos, la energía quím ica se 
transmite entonces a través d e varios 
niveles tróficos. En cada nivel, parte 
de la energía se pierde como calor. Los 
nutrimentos se reciclan continuamente.
P R E G U N T A ¿Por qué una parte de la 
energía siempre se pierde como calor? 
Relaciona esta pérdida con la segunda 
ley d e la termodinám ica, como se 
estudió en la página 99.
consumidores
primarlos
nutrimentos
a ie rg ía solar
energía térm ica
cnorgla alm aconada 
a i en laces quím icos
nutrimentos f & y
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¿Cóm o funcionan los ecosistemas? 5 3 5
co m o un co n du cto tan to d e energ ía co m o d e nu trim entos hacia 
las com unidades ecológicas.
L a e n e r g ía s e t r a n s m ite d e u n n iv e l t r ó f i c o a o t r o
las com plejas interacciones dentro de las com unidades biológicas, 
y en tre las com unidades y sus am bientes abióticos, determ inan las 
rutas seguidas por la energía y los nutrim entos con fo rm e se m ueven 
a lo largo d e los ecosistemas. La R G U R A 28-2 ofrece u n a v is ió n pre­
v ia de lo q ue se estudiará en este cap ítu lo acerca d e cóm o funcionan 
los ecosistemas.
La energía fluye e n las com un idades a p a rtir d e los produc­
tores fo tos in téticos a través de varios n ive les d e consum idores. 
Cada categoría de organism os se lla m a n iv e l t ró f ic o (lite ra lm en ­
te, 'n iv e l d e a lim e n ta c ió n "). Los organism os fo tos in téticos, desde 
los robles e n u n bosque hasta las d iatom eas un ice lu lares e n el 
océano, fo rm an e l p r im e r n ive l tró fico , y se llam an p ro d u c to re s 
o a u tó t ro fo s (d e l griego, 'a u to a lim e n ta d o re s ') , p o rq u e p rod u ­
cen a lim e n to para e llos m ism os usan d o nu trim entos inorgánicos 
y energ ía so lar. A l hacerlo , d irecta o ind irectam ente tam b ién pro­
ducen a lim e n to para casi to d a o tra fo rm a de v id a . Lo s organism os 
que n o pueden fotosin tetizar, llam ado s c o n s u m id o re s o heteró- 
t r o fo s (d e l griego, 'q u e se a lim en tan d e o t ro s ') , deben adqu irir 
energ ía y la m ayo ría de sus nu trim entos p reem paquetados e n las 
m o lécu las que com prenden los cuerpos d e otros organism os.
lo » consum idores ocupan varios niveles tróficos. A lgunos 
consum idores, llam ados co n su m id o re s p r im a rlo s , se alim entan 
directa y exclusivamente de los productores, la fuente d e energía v i­
viente m ás abundante e n cualquier ecosistema, listos h e rb ívo ro s ( l i ­
teralmente, 'com edores d e p lan tas '), q ue inc luyen an im ales com o 
saltamontes, ratones y cebras, fo rm an e l segundo n ive l trófico. Los 
c a rn ívo ro s (litera lm ente, 'com edores de c a rn e '), co m o arañas, hal­
cones, guepardosy salmones, com prenden a los consum idores de ni- 
w l superior. Ix>s carn ívoros actúan co m o co n su m id o re s se cu n d a ­
r lo s cu an d o sus presas so n lierb ívoros. A lgunos carn ívoros com en, 
al m enos ocasionalm ente, otros carnívoros; cuando lo hacen, ocu­
pan e l cuarto n ivel trófico, y se llam an co n su m id o re s te rc iario s .
L a p r o d u c c ió n p r im a r ia n e t a e s u n a m e d id a 
d e la e n e r g ía a lm a c e n a d a e n lo s p r o d u c to r e s
l a cantidad d e v id a q ue puede soportar u n ecosistem a particular 
está determ inada por la energ ía capturada p o r los productores en 
d ich o ecosistem a, l a energ ía q ue los organism os fotosintéticos al­
m acenan y ponen a d isposic ión de otros m iem bros de la co m u n i­
d ad a lo largo de u n periodo d ad o se llam a p ro d u c c ió n p r im a r ia 
n e ta (F IG U R A 28-3).
l a p roducción p r im a ria ne ta de u n ecosistem a está in flu id a 
p o r m uchas variab les am b ien ta les, in c lu id a la cantidad d e nu tri­
m entos d isp o n ib les para los productores, la can tid ad d e luz so la r 
q ue lle g i a e llos, la d isp o n ib ilid ad d e agua y la tem pera tu ra. E n el 
desierto , p o r e jem p lo , la fa lta d e agua lim ita la p roducción . En 
e l m a r ab ierto , la lu z es u n fa c to r l im ita n te e n agua p ro fu nd a , y la 
fa lta de nu trim entos restringe la p roductiv idad e n la m a y o r parte 
d e l agua superfic ia l. E n los ecosistem as donde to d o s los recursos 
son abundantes, la p roducti v idad es alta; p o r e jem p lo , e n la p lu vi- 
selva y e n los e s tu a r io s (á reas cosieras d o n d e b s ríos se ju n ta n con 
el m ar, y transpo rtan nu trim entos rem o v id o s d e la tierra ), co m o 
se m uestra e n la figura 28-3.
La ap o rtac ió n d e u n ecosistem a a la p ro d u c tiv id ad g lobal 
d e la 'l le n a está dete rm inada tan to p o r la p rod uctiv id ad d e l era- 
s istem a co m o p o r la p o rc ió n de l l e n a q ue n ib re . E l m ar ab ierto , 
cuya p roductiv idad es baja, cubre a lrededo r d e 6 5 % d e la super­
f ic ie d e la T ierra , p o r lo q ue apo rta ap rox im ad am ente 2 5 % de la 
p ro d u c tiv id ad to ta l d e la l le n a , fista es m ás o m enos la m ism a 
a p o n a c ió n g lob a l d e la p luv ise lva , cuya p rod uctiv id ad es m u y 
alta, p e ro que só lo cubre a lrededo r d e 4 % d e la superficie ierres- 
tre.
L a s c a d e n a s y la s re d e s t r ó f ic a s d e s c r ib e n 
la s r e la c io n e s d e a l im e n ta c ió n d e n t r o 
d e l a s c o m u n id a d e s
Para ilustrar q u ién se a lim enta d e q ué e n un a com unidad, es co ­
m ú n identificar u n organism o representativo dentro de cada nivel
A F IG U R A 28-3 P ro d u c t iv id a d e s p r im a r ia s n e ta s d e e co s is te m a s «q u l se ilustra la producción 
primaría neta promedio de algunos ecosistemas terrestres y acuáticos, medida en gramos d e material 
biológico producido por metro cuadrado por año. Observa las enormes cftfercnclas.
P R E G U N T A ¿Qué factores contribuyen a estas diferencias e n productividad?
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5 3 6 Comportamiento y ecología
trófico q ue es co m ido por u n representantedel n ivel que se encuen­
tra por encim a d e é l. Esta re lación de a lim entac ión lin ea l se llam a 
ca d e n a tró fica . Diferentes ecosistemas soportan cadenas tróficas 
radicalm ente diferentes. lx>s productores dom inantes e n ecosiste­
m as basadosen t im a (terrestres) so n las plantas (R G U R A 28-4*). És­
tas sostienen a los fam iliares insectos, aves y m am íferos comedores 
de plantas, cada u n o d e los cuales puede ser presa d e otros insectos, 
aves o m am íferos. F.n contraste, los productores dom inantes e n la 
ira yo r ía de las cadenas tróficas acuáticas (co m o e n lagos y océanos; 
H G U R A 28-4 b ) so n protistas y bacterias m icroscópicos q ue colecti­
vam ente reciben el nom bre de f ito p la n c to n (litera lm ente, 'deriva- 
dores d e p lan tas '). Estos productores sostienen u n grupo d iverso de 
consumidores llam ados zoo p la n c to n (literalm ente, 'derivadores 
de an im a le s '), q ue consisten principalm ente d e protistas y peque­
ños crustáceos con form a d e c a m a ró a los cuales son com idos sobre 
lo d o por peces, q ue a su v e r so n a lim ento d e peces m ás grandes.
S in em bargo, los an im a les e n las com unidades naturales 
con frecuencia n o encajan m u y b ien e n las categorías d e con­
sum idores p rim arios, secundarios y terciarios. U n a red t ró f ic a 
m uestra m lid ia s cadenas tróficas in terconectadas y describe con 
m a y o r precisión las re lad o n es de a lim en tac ió n reales d en tro de 
un a co m u n id ad dada (R G U R A 28-5). A lgunos an im a les, co m o 
b s m apaches. los osos, las ratas y los seres hum anos, son o m n í­
v o ro s (litera lm ente , 'q u e co m en d e to d o *), y ac túan co m o consu­
m ido res p rim arios, secundarios y e n ocasiones ternario s, l l n h a l ­
cón , p o r e jem p lo , es un co n su m id o r secund ario cu an d o co m e un 
ra tó n (u n herb ívo ro ), y u n co n sum id o r te rc iario cu an d o com e 
u n p e tirro jo q ue se a lim en ta d e insectos y lom brices. C u an d o
consum idor secundario 
(3or. nlvol trófico) A
consumidor primario 
(2o. n ivel trófico)
productor 
(1 er. nivol trófico)
(a) U n a cadena trófica terrestre simple
consum idor terciario 
(4o. n ivel trófico)
A R G U R A 28-4 Cadenas tró ficas en tierra y m ar
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