24.5: Energía en Ecosistemas

Ángel de mar

Es fácil ver por qué a la criatura acuática en Figura\(\PageIndex{1}\) se le suele llamar un ángel de mar. Tiene “alas” parecidas a un asador que revolotean suavemente y le ayudan a nadar, y su cuerpo diáfano le da una apariencia de otro mundo. Aunque parece angelical, este minúsculo invertebrado es en realidad un depredador vicioso. Tiene un arma secreta en forma de seis tentáculos afilados escondidos en su rostro. Cuando una presa desprevenida pasa a la deriva, el ángel de mar se convierte en una máquina de matar diabólica. Arma sus tentáculos, agarra a su presa, y luego se la come lentamente. Los depredadores como los ángeles de mar obtienen energía de los organismos presa. Esta es solo una de las formas en que los organismos obtienen energía.

Figura\(\PageIndex{1}\): Clione, un caracol sin conchas conocido como la Mariposa de Mar nada en las aguas poco profundas bajo el hielo ártico. Foto del mar de Beaufort, al norte de Point Barrow (Alaska)

Cómo obtienen energía los organismos

Existen dos tipos básicos de organismos en cuanto a cómo obtienen energía: los autótrofos y los heterótrofos.

Autótrofos

Los autótrofos son organismos que utilizan energía directamente del sol o de enlaces químicos. Comúnmente llamados productores, utilizan energía y compuestos inorgánicos simples para producir moléculas orgánicas. Los autótrofos son vitales para todos los ecosistemas porque todos los organismos necesitan moléculas orgánicas y solo los autótrofos pueden producirlas a partir de compuestos inorgánicos. Existen dos tipos básicos de autótrofos: fotoautótrofos y quimioautótrofos.

Fotoautótrofos

Los fotoautótrofos son autótrofos que utilizan la energía de la luz solar para elaborar compuestos orgánicos por fotosíntesis. Los fotoautótrofos incluyen plantas, algas y muchas bacterias, como se muestra en la Tabla\(\PageIndex{1}\). Ellos son los principales productores en la gran mayoría de los ecosistemas de la Tierra.

Quimioautótrofos

Los quimioautótrofos utilizan la energía de los enlaces químicos para elaborar compuestos orgánicos por quimiosíntesis. Los quimioautótrofos incluyen ciertas bacterias y arqueos. Son los principales productores en ecosistemas que se forman alrededor de respiraderos hidrotermales y en aguas termales.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Diferentes tipos de fotoautótrofos son importantes en diferentes ecosistemas

Tipo de Fotoautotrofo	Tipo de ecosistema (s)	Ejemplo	Ejemplo
Plantas	Terrestre	Árbol	Gramíneas
Algas	Acuáticos	Diatomeas	Algas
Bacterias	Acuáticos y Terrestres	Cianobacterias	Bacterias Moradas

Heterótrofos

Los heterótrofos son organismos que obtienen energía de otros seres vivos. Al igual que los ángeles de mar, toman moléculas orgánicas al consumir otros organismos, por lo que comúnmente se les llama consumidores. Los heterótrofos incluyen todos los animales y hongos, así como muchos protistas y bacterias. Los heterótrofos pueden clasificarse por lo que suelen comer como herbívoros, carnívoros, omnívoros o descomponedores.

Herbívoros

Los herbívoros son heterótrofos que consumen directamente productores como plantas o algas. Son un vínculo necesario entre productores y otros heterótrofos como los carnívoros. Ejemplos de herbívoros incluyen ciervos, conejos, erizos de mar, saltamontes, ratones y las larvas de muchos insectos, como la oruga en la Figura\(\PageIndex{2}\). Los animales herbívoros suelen tener partes bucales o dientes adaptados para agarrar o moler los materiales duros en las plantas. Muchos herbívoros tienen microbios intestinales mutualistas que les ayudan a descomponer la materia vegetal difícil de digerir.

Figura\(\PageIndex{2}\): Las orugas devoradoras de hojas como esta pican vorazmente hoja tras hoja.

Carnívoros

Los carnívoros son heterótrofos que consumen animales; ejemplos de heterótrofos incluyen leones, osos polares, halcones, salmón y arañas. Los carnívoros obligados (como los gatos) son incapaces de digerir las plantas por lo que solo pueden comer animales. Los carnívoros facultativos (como los perros) pueden digerir la materia vegetal pero las plantas no son una fuente importante de alimento para ellos. La mayoría de los carnívoros son depredadores que capturan y matan animales vivos para consumo. Algunos carnívoros, llamados carroñeros, encuentran y comen animales que ya han muerto, como los restos de presas dejadas por los depredadores. Los ejemplos de carroñeros incluyen buitres, hienas y moscardos, como los de la Figura\(\PageIndex{3}\).

Figura\(\PageIndex{3}\): Las moscas se dan un festín con una cabeza de pez muerto

Omnivoros

Los omnívoros son heterótrofos que consumen tanto plantas como animales. Incluyen cerdos, osos pardos, gaviotas, cuervos y humanos. En realidad, los omnívoros caen en un continuo entre herbívoros y carnívoros. Algunos omnívoros comen más plantas que animales, mientras que otros omnívoros comen más animales que plantas. Algunos organismos son estacionalmente omnívoros, lo que significa que comen plantas en algunas estaciones y animales en otras estaciones. Un ejemplo es un oso pardo. Cuando abundan el salmón u otros peces, los osos son principalmente carnívoros; pero cuando las bayas maduran y se vuelven abundantes, los osos son principalmente herbívoros. Algunos omnívoros comen animales durante algunas etapas de la vida y plantas durante otras etapas de la vida. Por ejemplo, la mayoría de los renacuajos son herbívoros que comen algas, mientras que las ranas adultas son carnívoros que comen insectos y otros invertebrados.

Descomponedores

Figura\(\PageIndex{4}\): Los hongos que crecen en un árbol muerto secretan enzimas que pueden descomponer incluso fibras de madera duras que ningún otro organismo puede digerir.

Los descomponedores son heterótrofos que se descomponen y se alimentan de los restos de organismos muertos y otros desechos orgánicos como las heces. En el proceso, liberan moléculas inorgánicas simples de regreso al medio ambiente. Los productores pueden entonces usar las moléculas para hacer nuevos compuestos orgánicos. Los descomponedores se clasifican por el tipo de materia orgánica que descomponen. Dos tipos son los detrívoros y los saprótrofos.

• Los detrítivores son descomponedores que ingieren y digieren detritos, que incluyen hojas muertas, heces de animales y otros desechos orgánicos que se acumulan en el suelo o en el fondo de un cuerpo de agua. Los detritívoros terrestres incluyen lombrices y escarabajos de estiércol. Entre los detrívoros acuáticos se encuentran los “comederos de fondo” como los pepinos de mar y el bagre.
• Los saprotrofos son descomponedores que se alimentan de materia orgánica muerta al secretar enzimas digestivas y digerirla externamente, en lugar de ingerir la materia y digerirla internamente. Los saprotrofos incluyen hongos y protozoos unicelulares. Los hongos, como los de la Figura\(\PageIndex{4}\), son los únicos organismos que pueden descomponer la madera.

Modelos de Flujo de Energía

La energía ingresa a todos los ecosistemas desde el sol o desde los químicos inorgánicos. La energía entonces fluye a través de los ecosistemas desde productores, que pueden usar formas inorgánicas de energía, hasta consumidores, que pueden obtener energía solo de compuestos orgánicos en otros seres vivos. Los ecologistas suelen representar este flujo de energía a través de los organismos de un ecosistema con modelos como cadenas alimentarias y redes alimentarias. Estos modelos representan relaciones de alimentación, mostrando quién come a quién. Aunque los modelos son generalmente sobresimplificaciones de la realidad, han demostrado ser útiles para probar hipótesis sobre ecosistemas e identificar patrones comunes que muchos ecosistemas comparten.

Cadenas Alimentarias

Figura\(\PageIndex{5}\): La cadena alimentaria de la izquierda muestra quién come a quién en un ecosistema terrestre. La cadena alimentaria de la derecha muestra lo mismo para un ecosistema acuático.

Una cadena alimentaria es un modelo ecológico que representa un único camino a través del cual la energía fluye en un ecosistema. Las cadenas alimentarias son prácticamente siempre más simples de lo que realmente sucede en la naturaleza porque la mayoría de los organismos consumen —y son consumidos por— más de una especie. En la Figura se muestran dos ejemplos de cadenas alimentarias, una terrestre y otra acuática\(\PageIndex{5}\). En ambas cadenas alimentarias, los organismos en la parte inferior son productores. En la cadena alimentaria terrestre, los productores son pastos, y en la cadena alimentaria acuática, los productores son diminutas plantas llamadas fitoplancton. Los productores de cada cadena alimentaria son consumidos por herbívoros. Los herbívoros, a su vez, son consumidos por carnívoros, que son ellos mismos presa de otros carnívoros. El organismo superior de cada cadena alimentaria es un depredador —llamado depredador ápice— que no es presa de ninguna otra especie.

Muchas cadenas alimentarias, entre ellas las que se muestran en la Figura\(\PageIndex{5}\):, no incluyen a los descomponedores. Sin embargo, los descomponedores son un componente significativo del flujo de energía en cada ecosistema. Los descomponedores descomponen cualquier materia orgánica restante (ya sea de productores o consumidores), utilizando parte de la energía que contiene y liberando el exceso de nutrientes nuevamente al ambiente.

Webs Alimentarias

Una red alimentaria es un modelo ecológico que representa múltiples vías a través de las cuales fluye la energía en un ecosistema. Generalmente incluye muchas cadenas alimentarias que se cruzan. Si bien las redes alimentarias, al igual que las cadenas alimentarias, suelen ser simplificaciones de la realidad, sí demuestran que la mayoría de los organismos comen, y son consumidos por, más de una especie. En la Figura se muestran dos ejemplos de redes alimenticias, una terrestre y otra acuática\(\PageIndex{6}\). Consideremos como ejemplo el saltamontes en la red alimentaria terrestre. Es un herbívoro que solo consume plantas, pero el saltamontes es consumido por muchos otros consumidores, entre ellos arañas, ratones, aves y ranas.

Figura\(\PageIndex{6}\): Una red alimentaria terrestre (arriba) y una red alimentaria acuática (abajo) representan múltiples relaciones de alimentación en los ecosistemas.

Niveles tróficos

Tabla\(\PageIndex{2}\): Niveles tróficos en cadenas alimentarias y redes alimentarias

Nivel Trófico	Cómo Obtiene Energía	Ejemplo
^1er nivel trófico: productores	fotosíntesis o quimiosíntesis	pasto
^2º nivel trófico: consumidores primarios	consume productores	conejo
^3er nivel trófico: consumidores secundarios	consume consumidores primarios	serpiente
^4º nivel trófico: consumidores terciarios	consume consumidores secundarios	halcón

Las diferentes posiciones de alimentación en una cadena alimentaria o red alimentaria se denominan niveles tróficos. Los principales niveles tróficos se definen en la Tabla\(\PageIndex{2}\). Todas las cadenas alimentarias y redes alimentarias tienen al menos dos o tres niveles tróficos, uno de los cuales debe ser productor (^1er nivel trófico). Generalmente, hay un máximo de cuatro niveles tróficos, y sólo raramente hay cinco o más niveles tróficos. La mayoría de los consumidores realmente se alimentan a más de un nivel trófico. Los humanos, por ejemplo, son consumidores primarios cuando comen plantas como las verduras. Son consumidores secundarios cuando comen carne de herbívoros como el ganado. Son consumidores terciarios cuando comen consumidores secundarios como el salmón, que comen peces más pequeños.

Niveles tróficos y energía

La energía se hace pasar por una cadena alimentaria o red alimentaria de niveles tróficos más bajos a más altos. Sin embargo, como se muestra en la pirámide energética de la Figura\(\PageIndex{7}\), solo alrededor del 10 por ciento de la energía en un nivel trófico en realidad se pasa hasta el siguiente nivel trófico superior. El otro 90 por ciento de la energía en cada nivel trófico es utilizado por organismos en ese nivel para el metabolismo, crecimiento y reparación. El metabolismo genera calor (energía térmica), que es la energía que se pierde para el medio ambiente. También se pierde algo de energía como alimento digerido de manera incompleta que se excreta. La disminución de la energía de un nivel trófico al siguiente explica por qué rara vez hay más de cuatro niveles tróficos en una cadena alimentaria o red alimentaria. Generalmente hay una energía inadecuada que permanece por encima de cuatro niveles tróficos para soportar organismos a niveles tróficos adicionales

Niveles tróficos y Biomasa

Con menos energía a niveles tróficos más altos, generalmente se da el caso de que menos organismos pueden ser soportados en niveles más altos. Aunque los organismos individuales tienden a ser de mayor tamaño a niveles tróficos más altos, sus números más pequeños dan como resultado menos biomasa en niveles más altos. La biomasa es la cantidad de materia orgánica presente en un organismo individual o en todos los organismos a un nivel trófico dado. La disminución en el número y biomasa de organismos de niveles tróficos inferiores a superiores está representada por la pirámide ecológica en la Figura\(\PageIndex{7}\).

Figura\(\PageIndex{7}\): Este modelo piramidal ecológico muestra la disminución en el número y biomasa de organismos desde niveles tróficos inferiores a superiores. Los productores tienen la mayor biomasa. La biomasa disminuye gradualmente de productores a consumidores primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios. Los consumidores cuaternarios tienen la menor biomasa.

Revisar

1. ¿Qué son los autótrofos? Nombrar tres tipos de organismos que son autótrofos.
2. Comparar y contrastar fotoautótrofos y quimioautótrofos.
3. Definir heterótrofo.
4. ¿Qué tipos de organismos son los heterótrofos?
5. ¿Cómo se clasifican los heterótrofos en función de lo que consumen?
6. ¿Qué son las cadenas alimentarias y las redes alimentarias?
7. ¿Cuáles son los niveles tróficos? Identificar los diferentes niveles tróficos en una cadena alimentaria o red alimentaria.
8. ¿Por qué rara vez hay más de cuatro niveles tróficos en un ecosistema?
9. ¿Cómo suelen cambiar los números y la biomasa de los organismos de los niveles tróficos más bajos a los más altos?
10. Explicar el fenómeno de la bioacumulación.
11. ¿A qué nivel trófico se encuentran los herbívoros?
    1. \(1^{st}\)
    2. \(2^{nd}\)
    3. \(3^{rd}\)
    4. \(4^{th}\)
12. Verdadero o Falso. En algunas cadenas alimentarias, los quimioautótrofos son el tipo de organismo a nivel 1sttrófico.
13. Verdadero o Falso. Los depredadores ápice se encuentran en el nivel trófico que contiene más energía.
14. ¿Cuál de los siguientes no es un heterótrofo?
    1. Un manzano
    2. Un hongo
    3. Un renacuajo
    4. A y B
15. ¿Cuál de los siguientes términos se aplica a los humanos: autótrofo; heterótrofo; carnívoro; omnívoro; herbívoro; productor; consumidor primario; consumidor terciario

Explora más

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Atribuciones

1. Clione de Kevin Raskoff (Fototeca de la NOAA), dominio público vía Wikimedia Commons
2. Raunkiærseg, dominio público vía Wikimedia Commons
   • Hierba alta por polaconombre, dominio público vía Wikimedia Commons
   • Diatomeas del Prof. Gordon T. Taylor, Universidad Stony Brook (corp2365, Colección NOAA Corps), dominio público vía Wikimedia Commons
   • Codium de Flyingdream, dominio público vía Wikimedia Commons
   • Phormidium por USGS, dominio público
   • Rhodospirillum rubrum por pookypoo87, dominio público vía Wikimedia Commons
3. Nematus ribesii alimentándose de hoja por Daniel Mietchen, con licencia CC0 vía Wikimedia Commons
4. El festín de la mosca por LASZLO ILYES, CC BY 2.0 vía Wikimedia Commons
5. Hongos en Borneo por Cayce, CC BY 2.0 vía Wikimedia Commons
6. Cadena alimentaria simplificada por LadyOfHats (Mariana Ruiz Villarreal), dedicada CC0 vía Wikimedia Commons
7. Web alimentaria de LadyOfHats (Mariana Ruiz Villarreal), dedicada CC0 vía Wikimedia Commons
8. Pirámide ecológica por CK-12 con licencia CC BY-NC 3.0
9. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0