Biología, la vida en la tierra con fisiología TOMO 02-páginas-17

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¿Cóm o funcionan los ecosistemas? 5 3 7
A F IG U R A 28-5 U n a red t r ó f ic a s im p lif ic a d a d e p as tiz a l Los anim ales mostrados en primer plano Incluyen un buitre (un 
detrltófago), una serpiente toro, una marmota, un mochuelo de madriguera, un tejón, un ratón, una musaraña (que parece un 
ratón pequeño, pero e s carnívoro) y una araña lobo. A media distancia verás un urogallo, un tordo, un saltamontes y una liebre. A 
lo lejos se ven un antílope, un halcón, un lobo y un bisonte.
E JE R C IC IO Con esta figura, genera una cadena trófica con cuatro niveles tróficos e Identifica cada uno.
d ig iere a un a araña, u n a p lan ta ca rn ívo ra co m o la Venus atrapa­
m oscas puede enredar aú n m ás la red tró fica al actuar tan to co m o 
p rod ucto r co m o consum idor terciario.
L o s d e t r i t ó f a g o s y lo s s a p r ó f i t o s I f c e r a n 
n u t r im e n t o s p a r a s u re u t i l iz a c ió n
Entre las hebras m.ts im portantes e n la red trófica están los detri- 
tófagos y los saprófitos. Estos dos grupos v iven d e los desechos de 
la vida, co m o ho jas y frutos caídos, a s i co m o d e los desperdicios 
y cuerpos m uertos de otros organismos. lo s d e tr itó fa g o s (detrito 
significa 'd e s e c h o ') son un ejército d e organism os sign ificativa­
m ente pequeños q ue suelen pasar inadvertidos, in c lu id o s ciertos 
ácaros y protistas, nem átodos, lombrices, escolopendras, y algu­
nos insectos y caracoles. Pocos vertebrados grandes, co m o el buitre, 
pueden encajar e n esta categoría [léase la figura 28-5). C on fo rm e se 
a lim en tan d e restos orgánicos, los detrilólagos extraen parte d e la 
energía a lm acenada a h í y excretan el resto en piezas m ás pequeñas 
que p roporcionan a lim en to a otros detritófagos o a los saprófitos.
Los s a p ró f ito s son p r in d p a lm e n te hongos y bacterias. 
D ifie ren de los detriló fagos p o r secretar en z im as digestivas fuera
d e sus cuerpos; estas enz im as descom ponen la m ateria orgánica 
cercana, l o q ue perm ite a los saprófitos absorber los nutrim entos 
que requ ieren , m ientras q ue los e lem en tos restantes y las m olé­
cu las pequeñas se lib eran a l am biente. Lo s hongos e n el césped 
o e l m o h o q ue observas e n e l pan v ie jo so n sap ró fitos fúngicos 
que trab a jan d u ro , y e l apestoso l im o e n la carne p od rid a señala 
la p resencia d e sap ró fitos bacterianos.
A través d e las actividades de los detrilófagos y saprófitos, 
los cuerpos y desed ios de los o rgan ism os vivientes se reducen a 
m o lécu las s im p les (c o m o d ió x id o d e carbono, agua y m inera les ) 
que regresan a la atm ósfera, el su e lo y e l agua. A l lib e ra r n u tr i­
m entos para su reu tilizac ión , los detriló fagos y sap ró fitos realizan 
las etapas fina les d e l re c id ad o d e nu trim entos y fo rm an u n v ín cu ­
lo v ita l e n los d d o s d e nu trim entos de los ecosistem as.
¿Q u é ocu rriría s i desaparederan los detrilófagos y saprofi­
tos? Esta p o rd ó n de la red trófica, aunq ue inadvertida, es absolu­
tam ente e se n a a l para la v id a sobre la T ierra . S in e lla , las co m u ­
n id ades gradualm ente quedarían enterradas p o r los desechos y 
cuerpos m uertos acum ulados. Ix » nutrim entos alm acenados en 
d icho s cuerpos n o estarían d isp o n ib les para enriquecer el su e lo y 
el agua. C o n el tiem p o , las p lan tas y o tros organism os fotosinté-
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5 3 8 Com porum ieruo y teología
ticos n o pod rían ob tener suficientes nu trim entos para sobrevivir. 
C o n la e lim in a c ió n d e d ichos p roductores, dejarían d e en tra r a la 
co m u n id a d energ ia y nu trim entos, y los n ive les tró ficos superio ­
res, in c lu id o s los seres hu m an os , tam b ién desaparecerían.
L a t r a n s fe r e n c ia d e e n e rg ía a t r a v é s 
d e lo s n iv e le s t r ó f i c o s e s in e f ic ie n te 
C o m o se exp licó e n el cap itu lo 6, un a le y básica d e la te rm odiná­
m ica es q ue e l uso d e energia nunca es com pletam ente eficiente. 
Po r e jem p lo , cuando se q uem a gasolina, a lrededor de 7 5 % d e la 
energfa liberada se pierde co m o calor, fisto tam b ién es cierto en 
los sistem as vivientes: todas las reacciones qu ím icas q ue m an tie ­
nen v ivas a las célu las producen desperd icio de calor. Po r e jem plo, 
rom per los en laces quím icos d e l adenosin trifosfato (A T P ) para 
provocar la contracción m uscu lar libera energ ia térm ica; es p o r eso 
q ue cam in ar vigorosam ente e n u n d ía frío te hará entrar e n calor.
La transferencia d e energ ia d e u n n ive l tró fico a l siguiente 
tam b ién es bastante ineficiente. C u an d o u n saltam ontes (u n con­
su m id o r p rim a rio ) com e las hojas de un a p lanta (u n productor), 
só lo parte d e la energía so la r atrapada p o r la p lan ta está d isponib le 
para e l insecto; cierta cantidad fue aprovechada por la p lan ta para 
actividades d e m etabo lism o celu lar, y o tra tanta se perd ió co m o 
ca lo r duran te d ichos procesos. O tra parte d e la energ ía se co n v ir­
t ió e n enlaces qu ím ico s de celulosa, q ue e l saltam ontes n o puede 
d igerir. Po r tanto, só lo u n a fracción de la energ ía capturada por 
los productores d e l p rim er n ive l trófico puede ser usada por los 
organism os e n e l seg un do n ive l tró fico . U n petirro jo q ue com e al 
saltam ontes (e l tercer n ive l tró fico ) n o obtendrá toda la energia 
q u e e l insecto adqu ir ió d e la p lanta: y a q ue un a parte se usó para 
im pu lsar los saltos, e l vue lo y e l re ch in id o d e las p ie ? » sonoras; 
o tra parte de la energía se gastó e n la construcción d e l exoesqueleto 
n o d igerib le del saltamontes, y m u ch a d e e lla se perd ió co m o calor. 
D e l m ism o m odo, la energ ia proveniente d e l cuerpo del petirrojo 
no estará d isp o n ib le por com pleto para e l ha lcón q ue eventual­
m ente lo consum irá.
L a s p irám id es d e en e rg ia ilustran la transferenc ia 
d e energ ia e n tre n iveles tró ficos
A u n q u e la transferencia d e energ ia entre n iveles tróficos dentro 
d e diferentes com unidades varía d e m anera s ignificativa, estudios de 
varias com unidades ind ican que la transferencia neta de energía 
entre n ive les tróficos tien e un a eficiencia ap rox im ada de 1 0 % . fisto 
s ign ifica que , en general, la energ ía a lm acenada e n los consum ido- 
íes p rim arios só lo representa 1 0 % d e la energía a lm acenada e n los 
cuerpos d e los productores. A su vez, los cuerpos d e los co n sum i­
dores secundarios poseen m ás o m enos 1 0 % d e la energ ia a lm ace­
nada e n los consum idores prim arios, fista transferencia ineficiente 
d e energía en tre n ive les tróficos se llam a * le y del 10%*. U n a p ir á ­
m id e d e e n e rg ía , que m uestra la m áx im a energ ía d ispon ib le en 
la base y cantidades q ue d ism in uyen d e m anera constante e n los 
n ive les superiores , ilustra las re laciones d e energ ía generales e n ­
tre n ive les tróficos (F IG U R A 2 8 -6 ) En ocasiones, los ecólogos m i­
den la b lo m a sa . q ue es e l peso d e l m aterial v iv ien te (generalm ente 
m ed id o co m o peso seco d en tro de un área d ada ), e n cada n ivel 
tró fico . D ad o q ue el peso seco d e los cuerpos d e los organism os en 
cada n ive l tró fico es ap roxim adam ente p rop o rc io na l a la cantidad 
d e energía a lm acenada e n d ich o n ive l, un a p irám id e d e biomasa 
para un a co m u n id ad determ inada usualm ente tien e la m ism a for­
m a general q ue su p irám ide de energía.
A F IG U R A 28-6 U n a p irá m id e d e e n e rg ia p a ra un 
e c o s is te m a d e p as tiz a l f l ancho de cada rectángulo e» 
proporcional a la energía almacenada en dicho n ivel trófico, lo s 
organismos representativos para los tres primeros niveles tróficos 
en el ecosistema d e pastizal estadounidense q ue se ilustra aquí son 
i r saltamontes, un petirrojo y un halcón cola roja.
¿Q u é s ign ifica esto para la estructura d e la co m u n id ad ? Si 
recorres un ecosistem a s in p ertu rbación , observarás q ue los o rg a ­
n ism o s p redom inan tes so n las p lantas, porque t ien e n la m ayor 
energ ia d isp o n ib le para e llas . Lo s an im ales m ás abundantes serán 
los herb ívoros, y los ca rn ívo ro s serán re la tivam en te raros, porque 
h a y m u cho m enos energia d isp o n ib le para sostenerlos. La inefi- 
c ie n d a d e la transferenc ia d e energfa tam b ién tien e im p licad o n es 
im portan tes para la p rod ucc ió n de alim entos d irig idos a los seres 
hu m an os . C u an to m ás ba jo sea e l n ive l tró fico q ue se u tilice , h a ­
b rá m ás energia a lim en tic ia d isp o n ib le ; e n consecuencia, m uchas 
m ás personas p o d rán a lim entarse d e granos que d e carne.
E s tu d io d e c a s o c o n t i n u a c i ón 
Peces moribundos alimentan 
un ecosistema
lo s salm ones son ca rn ívo ros y com en pequeños peces y 
rooplancton grande, l a pesca excesiva y la perturbación 
ambiental condujeron a una drástica reducción en sus 
poblaciones s ilvestres, lo q ue a su ve z condujo a un aumento 
en las operaciones de granjas de salm ón. Pero e l salm ón de 
g ran ja con frecuencia se alim enta d e carne y ace ite d e pescado 
elaborados a partir d e pequeños peces silvestres capturados. 
Dada la Inefldcncia de la transferencia d e energía, se requieren
1.4 kilogram os d e l pez s ilvestre para cr ia r m enos de medio 
kilo de salmón d e granja. Por tanto, existe preocupación de 
que las g ran jas d e salmones trasladen la presión de la pesca de 
los salmones silvestres hacia los peces d e m ar m ás pequeños 
que se capturan para alim entar a l salmón. Estos peces más 
pequeños son un im portante vincu lo e n las cadenas tróficas 
cccán lcas. y proporcionan alim ento para ca rn ívo ros m arinos 
m ás grandes, como la m acarela, e l atún, la ballena, la fo ca y 
las aves marinas-
consumido» 
terciario 
( 1 caloría)
consumido» 
secundario 
( 1 0 calorías)
consumido» 
p» miaño 
( 1 0 0 calorías)
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¿Cóm o funcionan los ecosistemas? 5 3 9
Un desafortunado efecto colateral de la ine fiden cia d e la 
transferenria d e energía, ju n to con la p roducrión h u m an a y la li- 
heradó n de compuestos quím icos tóxicos, es q ue riertas sustandas 
tóxicas persistentes se concentran o d a vez m ás en los o ie tp os de los 
anim ales q ue ocupan n ive les tróficos cada vez m ás altos, u n proceso 
llam ad o a m p lif ic a c ió n b io ló g ica . C o n frecuencia, los productores 
ingieren los com puestos tóxicos persistentes, co m o e l m ercurio, que 
luego transm iten a los consum idores p rim arios (qu ienes com en
G uard ián de la salud í^ h i
CaSEEMBUÍ
En Estados Unidos, tos biólogos d e la v id a silvestre durante 
la década d e 1950 y 1960 atestiguaron un alarm ante declive 
en las poblaciones de varias aves predatorias, en especial las 
piscívoras, com o águilas calvas, corm oranes, águila pescadora 
y pelicanos pardos. 0 declive puso a algunas, inclu ido el 
pelicano pardo y c l águila ca lva, cerca de la ex tindón . ¿Qué 
provocó esto? Los ecosistem as acuáticos q ue sostienen a dichas 
aves se han rodado con cantidades relativamente bajas del 0 0 T 
para controlar Insectos. En los tejidos de estos depredadores 
superiores, los científicos encontraron concentraciones d e DDT 
hasta un m illón d e veces m ayores que las del agua donde vivían 
sus peces presa; esto deterioró su capaddad para reprodudrse.
la s a ve s fueron victim as d e am plificación biológica, 
proceso m ediante el cu a l las sustancias tóx icas se acum ulan en 
concentraciones cada ve z m ayores en los an im ales q ue ocupan 
niveles tró fico s superiores. Por fortuna, la s aves depredadoras 
vu lnerab les al D D T se recuperaron significativam ente desde 
que se prohibió c l pestidda en Estados Un idos en 1973.
la s sustandas que experimentan amplificación biológica (como 
el DOT) comparten dos propiedades que las hacen peligrosas. 
Primero, los organismos saprófitos no las degradan fácilmente 
en sustancias Inofensivas; esto es. no son b io d eg rad ab les . 
Segundo, tienden a almacenarse en el tejido vivo (con frecuencia 
en grasa), y a acumularse a lo largo d e tos artos e n tos cuerpos 
de tos animales d e larga vida, l a exposición a altos niveles de 
pesticidas y otros contaminantes persistentes se vincula con 
algunos tipos d e cáncer, Infertilidad, cardiopatias, supresión de la 
respuesta Inmunitario y dafto neurológico.
la contam inación con m ercurio es una causa particular 
de preocupación, porque el m ercurio e s una neurotoxlna 
extrem adam ente potente q ue se acum u la e n los músculos, 
asi com o en la grasa. Sus a ltos n ive les en a lgunos tipos de 
depredadores m arinos de la rga v id a (com o el pez espada, 
ef tibu rón y c l atún b lanco) hicieron que la Food and 
Drug A dm in istraron (EDA, Adm inistración d e A lim entos y 
Medicam entos) e n Estados Unidos advirtiera a las m ujeres en 
edad reproductiva y nlftos pequeños q ue evitaran o lim itaran 
ef consum o de este tipo d e peces, porque los n ive les de 
m ercurio pueden representar un riesgo potencial para la salud. 
En Estados Unidos, las p lan tas eléctricas q ue quem an carbón 
son la principal fuente d e contam inación con m ercurio: el 
m ercurio atm osférico puede trasladarse con el viento a m iles 
de k ilóm etros desde d ichas p lan tas y depositarse en lo que 
serian am b ientes prístinos, com o e l Á rtico , l o s inu lt, nativos 
del norte del G rcu to Á rtico , presentan a lto s n ive les de mercurio 
y o tros contam inantes en su organism o por consum ir grandes 
cantidades d e m am íferos m arinos y peces depredadores.
Una clase de compuestos quím icos orgánicos llamados 
in terrupto res endocrinos—q ue incluyen algunos pesticidas, 
plastlflcantes (que hacen flexible el plástico) y retardadores de 
flama de extenso uso— se han dispersado de una m anera muy 
extensa e n e l ambiente. Com o e l DDT, estos com puestos se
gran cantidad d e productores) y luego a los cam fvoros, quienes acu ­
m u lan la toxina de los consum idores q ue están abajo d e e llos e n la 
cadena trófica, lo s an im ales carn ívoros d e larga vida, co m o e l pez 
espada, pueden acum ular suficiente m ercurio co m o para plantear 
u n potencial riesgo san ita rio a los s a e s hum anos, qu ienes actúan 
co m o consum idores d e n iv e l superior cu an d o com en a d ichos de­
predadores superiores (i<éase la sección 'G u a rd iá n d e la salud: la s 
cadenas tróficas am p lifican las sustancias tóx icas ').
acumulan en la grasa, e Imitan y/o interfieren con las acciones de 
las horm onas animales. Existe evidencia convincente d e q ue estos 
quím icos interfieren con la reproducción y el desarrollo d e tos 
peces (Incluido el salmón), aves piscívoras (como tos cormoranes), 
ranas (F IG URA E2&-1X salamandras, lagartos y m uchos otros 
animales. Lo s interruptores endocrinos y otros contaminantes 
orgánicos se bioacumulan e n tos mejillones q ue filtran gran 
cantidad d e agua para obtener alimento. Los mejillones cebra (que 
invadieron tos Grandes lagos; consulta e l capitulo 27) acumulan 
gran variedad d e contaminantes orgánicos, lo que pone en peligro 
a tos peces y aves que tos consumen.
Comprender e l funcionam iento de las redes tróficas permite 
entender por qué ocurre la bioacumulación, y por q ué las 
personas, asi comola v id a silvestre, son susceptibles a ello. 
Cuando com es atún o pez espada, por e jem plo, actúas como 
consum idor terciario o Ind uso cuaternario, y por tanto eres 
vulnerable a las sustancias q ue se bioacumulan. Adem ás, la 
larga vida de los seres hum anos ofrece m ás tiem po para que las 
sustancias se acumulen dentro del cuerpo. Las am enazas a la 
salud humana ofrecen un Incentivo ad icional para estud iarlo que 
ocurre con los com puestos quím icos liberados en e l ambiente, y 
para restringir la fabricación y la d ispositíón Inadecuada de las 
sustancias q ue se bioacumulan.
cas amplifican las sustancias toxicas
A F IG U R A E28-1 E l p r e d o d e la c o n ta m in a d ó n Las
deformaciones como la que muestra esta rana descubierta 
en Orcgon se vinculan con la bioacumulación de compuestos 
químicos. Las anormalidades en d sistema reproductor y 
en el Inmunltark) también son comunes e n muchos tipos de 
organismos expuestos a estos contaminantes. Las ranas, que 
tienen una piel extremadamente delgada y pasan gran pane de su 
vida en el agua, son en particular vulnerables a los contaminantes 
que se encuentran e n ella.
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5 4 0 n E n E T T T l C o m p o r t a m ie n t o y e i o l o g l j
28.3 ¿C Ó M O C IR C U LA N LO S N U T R IM E N T O S 
D E N T R O Y E N T R E E C O S IS T E M A S ?
B l contraste con l.i energía d e la lu z solar, los nutrim entos n o des­
cienden sobre la T ierra e n u n f lu jo con tinuo . Los nutrim entos son 
elem entos y pequeñas m oléculas q ue fo rm an los b loques construc­
tores qu ím icos d e la v ida . A lgunos, llam ados m acronutrlm entos, 
los requieren los organism os e n grandes cantidades; a lgunos de 
e llos so n agua, carbono, h idrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, 
azufre y ca lc io . Lo s m i c r o n u t r i m e n t o s , in c lu id o s zinc, molib- 
deno, h ierro , se len io y yod o , só lo se requieren e n pequeñas can ­
tidades. Los d d o s d e n u t r i m e n t o s , tam b ién llam ados d d o s 
b i o g e o q u í m l c o s . describen las rutas q ue siguen estas sustandas 
conform e se m ueven desde las p o rd o nes ab ió ticas de los ecosiste­
mas a través d e Las com unidades y de vuelta a los sitios d e a lm ace­
n am ien to n o vivos.
Las p rindp a les fuentes y sitios de a lm acen am ien to d e los nu­
trim entos se llam an depósitos, y casi siem pre están e n e l am b ien ­
te n o v ivo o ab ió tico . E n las sigu ientes se ca o n cs se describen los 
d d o s del agua, d e l carbono, del n itrógeno y del fósforo . Verás 
los depósitos d e nu trim entos ind icados e n recuadros b lancos en 
cada figura del d d o d e l nu trim ento . lo s eventos q ue im pu lsan el 
m o v im ie n to d e los nu trim entos están e n recuadros púrpuras, y 
los n iv e lo tró ficos a través de los cuales se m ueven los nu trim en ­
tos o t a n e n recuadros am arillos .
E l ciclo hidrológico tiene su principal 
depósito en los océanos
E l d c lo d e l agua, o d d o h i d r o l ó g i c o ( F I G U R A 28-7), describe la 
ruta que sigue el agua m ientras viaja desde su p rin d p a l depósito, 
los océanos, a través d e la atmósfera, a los depósitos e n lagos, ríos y 
aculferos de agua dulce, y luego de vuelta nuevam ente a ios océanos. 
E l d c lo h id ro lóg ico difiere significativam ente de los otros d d o s de 
nutrim entos e n q ue la p o ro ó n biótica d e los ecosistemas tiene sólo 
un pequeño papel; e l p roceso fundam ental d e l d c lo h id ro lóg ico 
continuaría incluso s i la v id a sobre la T ierra desapareciera.
E l d d o h id ro ló g ico es im p u ls ad o p o r energ ía té rm ica so ­
lar, que evapora el agua e im pu lsa los v ien to s q ue la transportan 
co m o vapo r d e agua e n la atm ósfera. L a gravedad lleva a l agua de 
vuelta a l su e lo e n fo rm a d e p rec ip itad ó n (p rin c ipa lm en te llu v ia 
y n ieve ), la e m p u ja y hace q ue f lu ya e n ríos q u e se v a d a n e n los 
océanos. Éstos a i b ren casi tres a ra rlo s d e la su perfide d e la T ierra 
y co n tien en m ás de 9 7 % d e l agua total d e la T ierra , con o tro 2 % 
d e l agua to ta l atrapada e n h ie lo , lo q ue deja só lo 1 % co m o agua 
d u lce líq u id a , La m a y o r evaporación o a ir r e desde los océanos, y 
la m ayo ría de la p red p itad ó n cae de vuelta sobre e llos. D e l agua 
q ue cae sobre e l suelo , un a parte se evapora d e l m ism o, a s í com o 
de las plantas, de lagos y to rren to ; u n a porc ión corre d e vuelta a los 
océanos, y un a pequeña cantidad en tra a depósitos subterráneos 
naturales llam ados acu íferos. Los acuíferos están com puestos de
A RG U RA 28-7 E l d c lo hidrológico
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