Biología, la vida en la tierra con fisiología TOMO 02-páginas-18

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¿Cóm o funcionan los ecosistemas? 5 4 1
sed im entos perm eab les al agua co m o c ieno , arena o grava, que 
están satu rados co n agua. C o n frecuencia se exp lotan para su m i­
nistrar agua para cu ltivos de riego.
Po r desgracia, e n m uchas áreas d e l m u n d o (en tre ellas. C h i­
n a , In d ia , A fr ica d e l N o rte y el M ed io O este es tad ou n id en se ) los 
acu íferos subterráneos h a n s id o 'm in a d o s ' p o r la activ idad d e la 
agricultura; esto es, e l agua se saca m ás ráp id o d e lo q ue se vuelve 
a llenar. Ix»s sum in is tros d e agua subterránea se agotan con rap i­
dez e n In d ia , q ue se apoya eno rm em en te e n e llo s para el riego. La 
p o b la d ó n de In d ia , que ahora supera los 1,000 m illo n e s d e hab i­
tantes, podría verse afectada s i sus cu ltivo s m ueren e n la m edida 
q ue e l agua subterránea se agote.
Los cuerpos de los seres v ivien tes s o n aproxim adam ente 
7 0 % agua, p ero só lo un a p eq ueñ a p o rd ó n d e l agua to ta l in vo ­
lucrada e n e l c ic lo h id ro ló g ico g lobal en tra a las com un idades 
v ivien tes d e ecosistem as terrestres, l in a parte es absorb ida p o r las 
rafees de las p lantas, y m ucha d e ésta se evapora d e vu e lta a la 
atm ósfera desde sus hojas m ed ian te u n proceso llam ad o tra n s p i­
r a c ió n . l in a can tid ad re la tivam en te m in ú scu la d e agua partic ipa 
en las reaedones q u ím icas de la fotosíntesis, y se vuelve a s in te ti­
zar y a lib erar duran te la resp iración ce lu lar.
l il r ie lo h id ro ló g ico es crucial para las com un idades terres­
tres porque con tinuam en te restaura e l agua d u lce necesaria para 
la v id a terrestre. E l agua es un so lven te para todos los otros nu­
trim entos, y n in gu no d e éstos puede en tra r o sa lir d e las células 
d e u n o rgan ism o a m en o s q ue se d isue lva e n agua. M ientras es­
tud ias los ciclos d e nutrim entos q ue siguen, ten e n m ente q ue los 
n u trim entos e n e l suelo d eb en d iso lverse e n agua d e l su e lo para 
q ue sean absorb idos p o r las raíces de las p lantas o p o r bacterias.
Las ho jas de las p lantas s ó lo pueden absorber d ió x id o d e ca rbo ­
n o gaseoso después de d iso lverse e n u n a pequeña capa d e agua 
q ue recubre las cé lu las d en tro de la h o ja . E l c id o h id ro ló g ico n o 
d ep end e d e los organism os terrestres, p ero e llo s desaparecerían 
ráp idam en te s in d ich o d d o .
E l ciclo del carbono tiene sus principales depósitos 
en la atm ósfera y lo s océanos
la s cadenas de átom os de ca rbono fo rm an el a rm azón d e todas las 
m oléculas orgánicas, los bloques constructores d e la vida. E l c ic lo 
d e l c a rb o n o (R G U R A 28-8) describe el m o v im ie n to del carbono 
desde sus principales depósitos a corto p lazo e n la aunósfera y los 
océanos, a través d e los productores y h a d a los cuerpos de los con­
sum idores y deiriiófagos. y luego d e vuelta nuevam ente a sus depó ­
sitos. El carbono en tra a la com u n idad v iv ien te cuando los produc­
tores capturan d ióx ido d e ca rbono (C O , ) durante la fotosíntesis. En 
tierra, los organism os fotosintéticos adqu ieren C O , d e la atmósfera, 
d o n d e representa 0 .0 3 8 % de todos los gases atm osféricos, io s pro­
ductores acuáticos co m o e l fitop lancton obtienen e l C O , (que nece­
sitan para la fotosíntesis) d e l agua, d o n d e está disuelto.
L o s productores regresan parte del C O , a la a tm ósfera o 
agua d u ran te la resp iración celu lar, e incorporan e l resto e n sus 
cuerpos. La q uem a de bosques regresa d ió x id o d e ca rbono des­
d e estos productores d e vu e lta a la atm ósfera. C u an d o los co n ­
sum idores p rim ario s com en productores, adqu ieren e l ca rbono 
a lm acenad o e n los te jidos d e los productores. C o m o ocurre con 
los p roductores, d ichos he rb ívo ros y los organism os e n los n i ­
veles tróficos superiores que los consum en lib e ran C O , durante
consumidores
▲ RG U RA 28-8 E l d e lo del carbono
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5 4 2 | l lk l l » ^ * X I Comportamiento y ecología
la resp iración, « c r e ía n com puestos d e ca rbono e n sus heces y 
a lm acenan el resto e n sus te jidos. To do s los seres v ivientes even­
tua lm en te m ueren , y sus cuerpos se desco m po nen co n ayuda de 
los detritófagos y los saprófttos. L a resp iración ce lu lar por parte 
de estos organism os regresa C O , a la a tm ósfera y a los océanos. 
I£i C O , pasa lib rem ente en tre estos dos grandes depósitos ( tó u e la 
figura 2 8 -8 ) . I.os procesos com p lem en tarios de ingesta p o r fo to ­
síntesis y lib e rac ió n p o r resp iración ce lu la r co n tin uam en te trans­
fie ren ca rbono desde las porc iones ab ió ticas h a c ia las b ióticas de 
u n ecosistem a y de vuelta.
S in em bargo, parte del ca rb o n o se recic la d e un a m anera 
m u cho m is lenta. C.ran parte d e l ca rb o n o d e la T ierra está ligado 
e n la p ied ra caliza, que se fo rm a con ca rbo n ato d e ca lc io (C a C O , ) 
depositado e n e l le cho m arin o e n las conchas d e fitop lancton 
preh istórico . Pero, d ad o q ue el m o v im ie n to del ca rb o n o — desde 
esta fuente hasta la a tm ósfera y d e vuelta— requ iere m illo nes de 
años, este proceso ex trem adam ente largo tien e m u y p oca ap o rta ­
c ió n para e l ca rb o n o e n c ircu lac ión q ue sostiene los ecosistemas. 
O tro d ep ósito a la rg o p laz o d e ca rbono está e n los c o m b u s t ib le s
fó s ile s , que in c lu yen carbón , petró leo y gas natural. Estas sustan­
cias se p ro d u je ro n a través d e m illo n e s d e años a partir d e restos 
d e o rgan ism os prehistóricos en terrados p ro fu nd o e n el subsuelo 
y su jetos a e levadas tem peraturas y p res iones. A dem ás d e l car­
bon o , la energ ía d e la lu z so la r p reh istórica (q u e fu e capturada 
p o r organism os fo tos in téticos) está atrapada e n d icho s depó ­
sitos. C u a n d o los seres hum anos q uem an com bustib les fósiles 
para usar esta energ ía a lm acenada, se lib era C O , e n la atm ósfera, 
con consecuencias potenc ia lm en te severas, co m o se describe más 
adelante e n este capítulo.
R io F I Í X T h e C a rb ó n C y c le (d is p o n ib le e n in g lé s ) 
E l c ic lo d e l n it r ó g e n o t ie n e s u p r in c ip a l 
d e p ó s i to e n la a tm ó s f e r a
03 nitrógeno es u n com ponente crucial d e am inoácidos, proteínas, 
m uchas vitam inas, nucleótidos (co m o e l A T P ) y ácidos nucleicos 
(co m o e l A D N ) . líl c ic lo d e l n it ró g e n o (F IG U R A 28-9) descri­
bacteria fijadora 
d e nitrógeno en 
ajoto y rale os 
da leguminosan g es ta por 
productores
▲ R G U R A 28-9 E l c ic lo d e l n it ró g e n o
P R E G U N T A ¿Qué Incentivos hacen q ue los seres humanos capturen nitrógeno del aire y lo bombeen 
en el ciclo del nitrógeno? ¿Cuáles son algunas consecuencias del acrecentamiento del ciclo d d nitrógeno 
provocado por los seres humanos?
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¿Cóm o funcionan los aos is iem as? 5 4 3
b e e l proceso p o r e l cual e l nitrógeno se m u eve desde su depósito 
p rin c ipa l, e l gas nitrógeno e n la atmósfera, h a c ia los depósitos de 
am o n iaco y n itra to e n e l su e lo y e l agua, a través de los producto ­
res y h a d a los consum idores y detritófagos, para regresar d e nuevo 
hacia sus depósitos.
La a tm ósfera co n tien e a lrededo r de 7 8 % d e gas n itrógeno 
( N j ) , pero en tre todas las fo rm as de vida, só lo algunos tipos de 
bacterias son capaces d e co n vertir N 2 e n u n a fo rm a ú til para las 
p lan tas y o tros p roductores. Estosm icroorgan ism os p ropo rc io ­
n an e l m ayo r co n du cto na tu ra l en tre e l depósito a tm osférico y 
las co m u n idades ecológicas. En u n proceso lla m a d o f i ja c ió n de 
n it ró g e n o , las bacterias q u e fijan n itrógeno e n e l su e lo y e l agua 
d escom ponen los en laces e n e l N , y lo co m b in an co n átom os 
d e h id ró gen o para form ar am o n iaco ( N U , ) . A lgunas bacterias 
q ue fijan n itrógeno entra ron e n un a a so r ia c ió n s im b ió tica con 
las p lan tas, d e ta l m anera q u e las bacterias v iv e n e n tubérculos 
espedales e n las raíces (véase la figura 19-9). D ich as p lantas, lla ­
m adas le g u m in o s a s (q u e inc luyen alfa lfa, soya, tréb o l y guisan­
tes), se siem bran extensam ente en las g ran ja^ e n parte porque 
lib e ran el am o n iaco e n exceso p rod uc id o p o r las bacterias, y fer­
tiliz an e l sue lo . O tras bacterias e n e l su e lo y el agua convierten 
este am o n iaco e n n itra to ( N O , - ) , q ue tam b ién pueden usar los 
productores. Los n itra tos tam b ién se p roducen d u ran te torm entas 
eléctricas, cuando la energ ía de los relám pagos co m b in a los gases 
n itrógeno y oxigeno para fo rm a r com puestos d e ó x id o d e n itró ­
geno, q ue se d isue lve e n la llu v ia . C u an d o la llu v ia cae, enriquece 
el su e lo y e l agua con este im portan te nu trim ento .
Los detritófagos y los saprófitos tam bién tienen un papel en 
e l d d o del nitrógeno, y p roducen am o n iaco a partir de los com ­
puestos q ue contienen nitrógeno d e los cuerpos m uertos y de­
sechos. Los productores absorben e l am o n iaco y e l n itra to y los 
incorporan e n varias m o lécu las biológicas. Catas se transm iten a n i­
veles tróficos sucesivam ente m ás altos conform e los consum idores 
prim arios co m en a los productores y e llos m ism os so n com idos. 
En cada n ive l trófico, los cuerpos y desechos se descom ponen por 
la a c tu ad ó n de los saprófitos, l o q ue libera e l am o n iaco d e vuelta
E s tu d io d e ca so c o n t i n u a c i ó n
Peces moribundos alimentan 
un ecosistema
lo s cuerpos d e los salm ones contienen g randes niveles 
de nitrógeno, y los ecó logos están Interesados en cuánto 
nitrógeno aportan sus cuerpos a las com unidades que rodean 
sus corrientes de desove. Casi todo e l nitrógeno tiene un 
peso m olecular de 14 ( U N>, pero un a pequeña cantidad es 
un Isótopo m ás pesado ( “ N). La razón en tre estos d o s isótopos 
es d iferen te e n e l océano, en el agua dulce y e n los am bientes 
terrestres. Puesto q ue el salm ón obtiene alrededor de 9 5 * de 
su peso e n el océano, su cuerpo tiene la razón d e isótopo 
de nitrógeno de los an im ales m arinos. Los ecólogos pueden 
medir e l n itrógeno en la vegetación alrededor d e los torrentes 
donde el salmón llega a desovar y morir. El porcentaje 
de nitrógeno que m uestra la razón del océano se supone 
proviene del salmón. A l usar este Upo de análisis, los ecólogos 
descubrieron q ue la aportación d e los salm ones moribundos 
al nitrógeno de la s p lantas ce rca de sus corrientes d e desove 
puede ser tan a lta com o 70*.
al depósito e n e l su e lo y el agua. E l d e lo d e l n itrógeno se com pleta 
m ed ian te b ac te r ia s d e s n itr if ic a n te s D ichas residentes d e l su e lo 
hú m edo , pantanos y estuarios d escom ponen e l n itra to y liberan 
g is n itrógeno de vuelta a la atm ósfera (léase la figura 78-9).
Las fábricas de fertilizantes usan energ ía d e com bustib les 
fósiles y N , de la a tm ósfera para s in te tiza r am on iaco , n itra to y 
urea (u n com puesto n itrog enad o o rgán ico q ue tam b ién se e n ­
cuentra e n la o r in a ). 1.a q uem a d e com bustib les fósiles co m b i­
n a N : y O , atm osféricos, lo q u e genera óx idos d e n itrógeno que 
fo rm an nitratos. Los com puestos d e n itrógeno in trodu cid os en 
los ecosistem as p o r los cam pos agríco las q ue se fe rtilizan y por 
la q uem a d e com bustib les fósiles ah o ra d o m in a n el c ic lo d e l n i­
trógeno, lo q ue crea serias p reocupaciones am bientales, co m o se 
discute m ás ade lan te e n este capítulo.
E l ciclo del fósforo tiene su principal 
depósito en las rocas
E l d e lo d e l fó s fo ro (F IG U R A 28-10) describe e l proceso m ediante 
e l cual e l fósforo se m u eve desde su depósito p rincipal, la ro ca rica 
e n fosfato, h a d a los depósitos d e fosfato e n e l suelo y e l agua, a 
través de los productores y h a d a los consum idores y detritófagos, 
y luego de vue lta a sus depósitos. E l fósforo se encuentra e n las 
m o lécu las biológicas q ue in d u y e n nucleótidos (co m o e l A T P ), áa- 
dos nucleicos (co m o e l A D N ) y los fosfo líp idos d e las m em branas 
celulares. T am b ié n form a u n com ponente p rin c ipa l d e los dientes 
y huesos d e los vertebrados.
E n contraste co n e l ca rb o n o y e l n itrógeno, e l fósforo n o 
tien e un d ep ósito atm osférico . A lo largo d e su c ic lo , e l fósforo 
perm anece en lazad o al oxígeno e n la fo rm a d e fo sfa to ( P 0 4**). A 
m ed id a que las rocas ricas e n fosfato se exponen m ed ian te proce­
sos geológicos, parte d e l fosfato se d isu e lve p o r la llu v ia y e l agua 
q ue flu ye , lo q u e lo lleva al sue lo , los lagos y e l océano, y fo rm a 
los depósitos d e fó sfo ro que están d irectam ente d isp o n ib les para 
las co m u n idades ecológicas. E l fosfato d isue lto se absorbe con 
fa d lid a d por los p roductores, q ue lo in co rp o ran e n m oléculas 
b io lóg icas q ue co n tien en fosfato . A p a n i r d e estos p roductores, el 
fósforo se transm ite a través d e las redes tróficas; e n cada nivel, 
d fosfato e n exceso se expulsa. A l fina l, los detritófagos y saprófi­
tos regresan e l fo sfa to al su e lo y a l agua, donde en tonces lo pue­
d en reabsorber los productores o puede regresar a l sed im en to 
o ceán ico y evcn tua lm en te vo lve r a form arse e n roca.
Parte d e l fo sfa to d isu e lto e n agua d u lce se transporta hacia 
los océanos. A u n q u e gran parte d e este fo sfa to te rm ina e n sedi­
m entos m arinos, n e n a cantidad es absorb ida por los productores 
m arinos y even tu a lm en te se incorpo ra e n lo s cuerpos d e inverte ­
brados y peces. A lgunos de éstos, a su vez, los co n sum en las aves 
m arinas, q ue excretan grandes cantidades d e fó sfo ro d e vu e lta a la 
tierra. En un a época, el excrem ento d e las aves m arinas ( l la m a d o 
'g u a n o ') depositado a lo largo d e la costa o cc id en ta l de A m éri­
c a d e l Su r se reco lectaba y co n stitu ía un a fu en te im portan te de 
fósforo d e l m u n d o . C o n fo rm e se agotaba este recurso, se m in ó 
roca r ica e n fósforo, p rin c ipa lm en te para p rod uc ir fertilizante. E l 
su e lo q ue se e ro s ion a d e los cam pos fertilizados transporta gran­
des cantidades d e fosfatos hacia lagos, ríos y e l océano, donde 
estim u la el crec im ien to d e los productores. En los lagos, el es- 
cu rtim ien to rico e n fó sfo ro desde la tie rra puede e s tim u la r un 
crec im ien to excesivo d e algas y bacterias cuyas in teracciones co­
m un itarias natura les son perturbadas.
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5 4 4 Com porum ieruo y ecología
fosfato 
a i agua
fosfato en 
sedimento
A R G U R A 28-10 E l d c lo d e l fó s fo ro
28.4 ¿Q U É O C U R R E C U A N D O LO S S E R E S 
H U M A N O S D E S E S T A B IL IZ A N LO S O C L O S 
D E LO S N U T R IM E N T O S ?
M u ch o s d e lo s p ro b lem as am b ien ta le s q u e a h o ra s o n u n a p la ­
ga p a ra la so c ie d a d m o d ern a se d ie ro n c o mo resu ltad o d e la 
in te rfe re n c ia d e l se r h u m a n o e n e l fu n c io n a m ie n to d e lo s e co ­
s istem as. Lo s seres h u m an o s p r im it ivo s se so s te n ían d e m a­
n e ra e xc lu s iva p o r la energ ía q u e f lu ía d e l S o l, y p ro d u c ía n 
desechos q u e eran fá c ilm e n te in c o rp o ra d o s e n los c ic lo s d e n u ­
tr im en to s . A m ed iad o s d e l s ig lo X IX , c a b a llo s , b ueyes y m u ías 
tran sp o rtab an personas, a s í c o m o sus b ie n e s y t ira b a n d e los 
arados d e los g ran jeros. La energ ía em p le ad a p o r estas 'b estia s 
d e c a rg a ' p ro ve n ía d e la lu z s o la r a trap ad a p o r la s p lan tas q ue 
d icho s an im a le s co n su m ía n , y sus d esech o s se co n ve rt ía n en 
fe rtilizan tes.
Pero a m e d id a q ue ia p o b la c ió n creció y la tecno log ía au ­
m entó , los seres h u m a n o s co m en zaron a actuar d e m anera cada 
vez m ás in d e p e n d ien te d e estos procesos natura les. L a Revo lu- 
d ó n In d u s tr ia l, q u e co m en zó a m ed iad o s d e l s ig lo X IX , resu ltó 
en u n tre m e n d o a u m e n to d e l a dependenc ia d e la energ ía a l­
m acenad a e n lo s com bustib les fó siles para ca lo r, i lu m in a c ió n , 
transportac ión , in d u s tr ia y agricu ltu ra . A l m in a r y tran sp o rta r 
d icho s com bustib les, b s ecosistem as se exp onen a varias sus­
tan d as q ue s o n extrañas y co n fre cu e n d a tóxicas para e llo s , 
ro m o b s derram es d e p e tró leo e n b s cuerpos d e agua ( F I G U R A
28-11). La d e p e n d e n d a d e lo s com bustib les fó siles ta m b ié n per­
tu rbó b s d c lo s d e nu trim en to s g lob a les d e n itró g en o , fó sfo ro , 
azufre y carbono.
Sobrecargar los d c lo s d d nitrógeno y del fósforo 
daña b s ecosistem as acuáticos
En los ecosistemas d om inado s por los seres h u m an os (co m o 
cam pos d e cu ltivo , jard ines y prados subu rbanos) e l am oniaco , 
el n itra to y el fosfato so n sum in istrados p o r fertilizantes quím icos 
para estim ular e l c red m ien to d e las plantas. Cada añ o se produ­
cen ap roxim adam ente 150 m illo nes de toneladas d e fertilizantes 
d e fosfato a partir d e roca de fosfato m inad a , l in a cantidad s im i­
la r d e fertilizante a base d e n itrógeno se fabrica usando nitrógeno 
atm osférico . Éstos se ap lican a los cam p o s d e cu ltivo para ayud ar a 
satisfacer las dem andas agrícolas d e un a p o b la d ó n creciente.
E l agua, im pu lsada p o r e l d c lo h id ro lóg ico , lava la t ierra , y 
d isue lve y retira enorm es cantidades d e fosfato y fertilizantes con
A R G U R A 28-11 U n a s u s t a n d a n a tu ra l fu e ra d e lu g a r Un
zve empapada en petróleo sobre las costas del Mar Negro después de 
un derrame de petróleo.
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