Flujo de energía (ecosistema): definición, proceso y ejemplos

Un ecosistema se define como una comunidad de varios organismos que interactúan entre sí y con su entorno en un área en particular. Da cuenta de todas las interacciones y relaciones entre ambos biótico (vivo) y abiótico factores (no vivos).

La energía es lo que impulsa al ecosistema a prosperar. Y mientras todo la materia se conserva en un ecosistema, energía fluye a través de un ecosistema, lo que significa que no se conserva. La energía ingresa a todos los ecosistemas como luz solar y se pierde gradualmente en forma de calor de regreso al medio ambiente.

Sin embargo, antes de que la energía fluya fuera del ecosistema en forma de calor, fluye entre organismos en un proceso llamado flujo de energía. Este flujo de energía que proviene del sol y luego pasa de un organismo a otro es la base de todas las interacciones y relaciones dentro de un ecosistema.

La definición de flujo de energía es la transferencia de energía desde el sol y hasta cada nivel posterior de la cadena alimentaria en un medio ambiente.

Cada nivel de flujo de energía en el cadena de comida en un ecosistema se designa por un nivel trófico, que se refiere a la posición que ocupa un determinado organismo o grupo de organismos en la cadena alimentaria. El inicio de la cadena, que estaría en la base de la pirámide de energía, es el primero nivel trópico. El primer nivel trófico incluye productores y autótrofos que convierten la energía solar en energía química utilizable a través de la fotosíntesis.

El siguiente nivel en la cadena alimentaria / pirámide energética se consideraría el segundo nivel trófico, que suele estar ocupado por un tipo de consumidor primario como un herbívoro que come plantas o algas. Cada paso posterior de la cadena alimentaria equivale a un nuevo nivel trófico.

Además de los niveles tróficos, hay algunos términos más que debe conocer para comprender el flujo de energía.

Biomasa:Biomasa es materia orgánica o materia orgánica. La biomasa es el material orgánico físico en el que se almacena la energía, como la masa que forma las plantas y los animales.

Productividad: La productividad es la velocidad a la que se incorpora energía a los cuerpos de los organismos en forma de biomasa. Puede definir la productividad para todos y cada uno de los niveles tróficos. Por ejemplo, primario productividad es la productividad de los productores primarios en un ecosistema.

Productividad primaria bruta (GPP): GPP es la velocidad a la que se captura la energía del sol en las moléculas de glucosa. Básicamente, mide cuánta energía química total generan los productores primarios en un ecosistema.

Productividad primaria neta (NPP): La NPP también mide cuánta energía química generan los productores primarios, pero también tiene en cuenta la energía perdida debido a las necesidades metabólicas de los propios productores. Entonces, NPP es la tasa a la que la energía del sol se captura y almacena como materia de biomasa, y es igual a la cantidad de energía disponible para los otros organismos en el ecosistema. NPP es siempre una cantidad menor que GPP.

La NPP varía según el ecosistema. Depende de variables como:

• Luz solar disponible.
• Nutrientes en el ecosistema.
• Calidad del suelo.
• Temperatura.
• Humedad.
• CO₂ niveles.
  

La energía ingresa a los ecosistemas en forma de luz solar y es transformada en energía química utilizable por productores como plantas terrestres, algas y bacterias fotosintéticas. Una vez que esta energía ingresa al ecosistema a través de la fotosíntesis y es convertida en biomasa por esos productores, la energía fluye a través de la cadena alimentaria cuando los organismos comen otros organismos.

La hierba utiliza la fotosíntesis, el escarabajo come hierba, el pájaro come escarabajo, etc.

A medida que asciende en los niveles tróficos y continúa a lo largo de la cadena alimentaria, el flujo de energía no es 100 por ciento eficiente. Solo alrededor del 10 por ciento de la energía disponible pasa de un nivel trófico al siguiente nivel trófico, o de un organismo al siguiente. El resto de esa energía disponible (aproximadamente el 90 por ciento de esa energía) se pierde en forma de calor.

La productividad neta de cada nivel se reduce en un factor de 10 a medida que asciende cada nivel trófico.

¿Por qué esta transferencia no es 100% eficiente? Hay tres razones principales:

1. No se consumen todos los organismos de cada nivel trófico: Piénselo de esta manera: la productividad primaria neta equivale a toda la energía disponible para los organismos en un ecosistema que proporcionan los productores para esos organismos en niveles tróficos más altos. Para que toda esa energía fluya de ese nivel al siguiente, significa que todos esos productores tendrían que consumirse. Cada brizna de hierba, cada trozo microscópico de algas, cada hoja, cada flor, etc. Eso no sucede, lo que significa que parte de esa energía no fluye desde ese nivel hasta los niveles tróficos superiores.

2. No toda la energía se puede transferir de un nivel al siguiente: La segunda razón por la que el flujo de energía es ineficiente es porque parte de la energía no se puede transferir y, por lo tanto, se pierde. Por ejemplo, los humanos no pueden digerir la celulosa. A pesar de que la celulosa contiene energía, las personas no pueden digerirla y obtener energía de ella, y se pierde como "desperdicio" (también conocido como heces).

Esto es cierto para todos los organismos: hay ciertas células y trozos de materia que no pueden digerir y que se excretarán como desechos o se perderán como calor. Entonces, incluso si la energía disponible que tiene un alimento es una cantidad, es imposible que un organismo que lo ingiera obtenga cada unidad de energía disponible dentro de ese alimento. Algo de esa energía siempre se perderá.

3. El metabolismo usa energía: Por último, los organismos consumen energía para Procesos metabólicos como la respiración celular. Esta energía se agota y luego no se puede transferir al siguiente nivel trófico.

El flujo de energía se puede describir a través de las cadenas alimentarias como la transferencia de energía de un organismo al siguiente, comenzando con los productores y subiendo por la cadena a medida que los organismos son consumidos entre sí. Otra forma de mostrar este tipo de cadenas o simplemente mostrar los niveles tróficos es a través de las pirámides de alimentos / energía.

Debido a que el flujo de energía es ineficiente, el nivel más bajo de la cadena alimentaria es casi siempre el más grande en términos de energía y biomasa. Por eso aparece en la base de la pirámide; ese es el nivel que es el más grande. A medida que asciende cada nivel trófico o cada nivel de la pirámide alimenticia, tanto la energía como la biomasa disminuyen, por lo que los niveles se reducen en número y se reducen visualmente a medida que asciende por la pirámide.

Piénselo de esta manera: pierde el 90 por ciento de la cantidad de energía disponible a medida que sube de nivel. Solo el 10 por ciento de la energía fluye, lo que no puede soportar tantos organismos como el nivel anterior. Esto da como resultado menos energía y menos biomasa en cada nivel.

Eso explica por qué suele haber una mayor cantidad de organismos en la parte inferior de la cadena alimentaria (como pastos, insectos y peces pequeños, por ejemplo) y un número mucho menor de organismos en la parte superior de la cadena alimentaria (como osos, ballenas y leones, por ejemplo).

Aquí hay una cadena general de cómo fluye la energía en un ecosistema:

1. La energía ingresa al ecosistema a través de la luz solar energía solar.
2. Productores primarios (también conocido como el primer nivel trófico) convierte esa energía solar en energía química a través de la fotosíntesis. Los ejemplos más comunes son las plantas terrestres, las bacterias fotosintéticas y las algas. Estos productores son autótrofos fotosintéticos, lo que significa que crean sus propios alimentos / moléculas orgánicas con la energía del sol y el dióxido de carbono.
3. Parte de esa energía química que crean los productores es entonces incorporado en la materia que compone a esos productores. El resto se pierde en forma de calor y se utiliza en el metabolismo de esos organismos.
4. Luego son consumidos por consumidores primarios (también conocido como segundo nivel trófico). Los ejemplos comunes son los herbívoros y omnívoros que comen plantas. La energía que se ha almacenado en la materia de esos organismos se transfiere al siguiente nivel trófico. Parte de la energía se pierde como calor y como desperdicio.
5. El siguiente nivel trófico incluye otros consumidores / depredadores que se comerán los organismos en el segundo nivel trófico (consumidores secundarios, consumidores terciarios, etc.). Con cada paso que asciende en la cadena alimentaria, se pierde algo de energía.
6. Cuando los organismos mueren, descomponedores como los gusanos, las bacterias y los hongos descomponen los organismos muertos y ambos reciclan los nutrientes en el ecosistema y toman energía para sí mismos. Como siempre, todavía se pierde algo de energía en forma de calor.

Sin productores, no habría forma de que ninguna cantidad de energía ingresara al ecosistema en una forma utilizable. La energía debe ingresar continuamente al ecosistema a través de la luz solar y esos productores primarios, o de lo contrario toda la red / cadena alimentaria en el ecosistema colapsaría y dejaría de existir.

Ecosistemas de bosques templados son un gran ejemplo para mostrar cómo funciona el flujo de energía.

Todo comienza con la energía solar que ingresa al ecosistema. Esta luz solar más dióxido de carbono será utilizada por varios productores primarios en un entorno forestal, que incluyen:

• Árboles (como arces, robles, fresnos y pinos).
• Hierbas.
• Vines.
• Algas en estanques / arroyos.

Luego vienen los consumidores primarios. En el bosque templado, esto incluiría herbívoros como ciervos, varios insectos herbívoros, ardillas, ardillas listadas, conejos y más. Estos organismos se comen a los productores primarios e incorporan su energía a sus propios cuerpos. Parte de la energía se pierde en forma de calor y desperdicio.

Los consumidores secundarios y terciarios luego comen esos otros organismos. En un bosque templado, esto incluye animales como mapaches, insectos depredadores, zorros, coyotes, lobos, osos y aves rapaces.

Cuando alguno de estos organismos muere, los descomponedores descomponen los cuerpos de los organismos muertos y la energía fluye hacia los descomponedores. En un bosque templado, esto incluiría gusanos, hongos y varios tipos de bacterias.

El concepto piramidal de "flujo de energía" también se puede demostrar con este ejemplo. La mayor cantidad de energía y biomasa disponible se encuentra en el nivel más bajo de la pirámide alimenticia / energética: los productores en forma de plantas con flores, pastos, arbustos y más. El nivel con la menor cantidad de energía / biomasa está en la parte superior de la pirámide / cadena alimentaria en forma de consumidores de alto nivel como osos y lobos.

Tiempo ecosistemas marinos como un arrecife de coral son muy diferentes de los ecosistemas terrestres como los bosques templados, puede ver cómo el concepto de flujo de energía funciona exactamente de la misma manera.

Los productores primarios en un entorno de arrecife de coral son en su mayoría plancton microscópico, organismos microscópicos parecidos a plantas que se encuentran en el coral y que flotan libremente en el agua alrededor del arrecife de coral. A partir de ahí, varios peces, moluscos y otras criaturas herbívoras, como los erizos de mar que viven en el arrecife, consumen a esos productores (en su mayoría algas en este ecosistema) para obtener energía.

La energía luego fluye al siguiente nivel trófico, que en este ecosistema serían peces depredadores más grandes como tiburones y barracudas junto con la morena, el pez pargo, rayas, calamares y más.

Los descomponedores también existen en los arrecifes de coral. Algunos ejemplos incluyen:

• Pepinos de mar.
• Especies bacterianas.
• Camarón.
• Estrella de mar quebradiza.
• Varias especies de cangrejos (por ejemplo, el cangrejo decorador).

También puedes ver el concepto de pirámide con este ecosistema. La mayor cantidad de energía y biomasa disponible existe en el primer nivel trófico y el nivel más bajo de la pirámide alimenticia: los productores en forma de organismos de algas y corales. El nivel con menos energía y biomasa acumulada está en la parte superior en forma de consumidores de alto nivel como los tiburones.