Clase para el capítulo 28 ¿Cómo funcionan los ecosistemas? Clase para el capítulo 28 ¿Cómo funcionan los ecosistemas? Copyright © 2008 Pearson Prentice

Clase para el capítulo 28¿Cómo funcionan los ecosistemas?

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Teresa Audesirk • Gerald Audesirk • Bruce E. ByersTeresa Audesirk • Gerald Audesirk • Bruce E. Byers

Biología: la vida en la TierraOctava Edición

Biología: la vida en la TierraOctava Edición

Un oso pardo americano intercepta a un salmón en su travesía para la zonade desove que recorre en contra de la corriente de una cascada en su intento

por llegar al mismo lugar donde nació hace algunos años.

Contenido del capítulo 28

• 28.1 ¿Cuáles son las trayectorias de la energía y de los nutrimentos?

• 28.2 ¿Cómo fluye la energía a través de las comunidades?

• 28.3 ¿Cómo se desplazan los nutrimentos dentro de los ecosistemas y entre ellos? 28.4 ¿A qué se debe la “lluvia ácida”? 28.5 ¿Qué provoca el calentamiento global?

Contenido de la sección 28.1

• 28.1 ¿Cuáles son las trayectorias de la energía y de los nutrimentos?

Trayectorias de la energía y los nutrimentos

• La energía se desplaza de una comunidad a otra dentro de los ecosistemas en un flujo unidireccional continuo.

– La energía que impulsa las actividades de la vida proviene del sol.

– Se utiliza y se transforma mediante las reacciones químicas que alimentan la vida.

– Termina convertida en energía calorífica que se irradia de regreso hacia el espacio.

• Los nutrimentos pasan en forma continua por ciclos y se aprovechan, de manera repetida, dentro de los ecosistemas y entre ellos.

– Las moléculas de la vida se construyen a partir de componentes químicos básicos que se obtienen del medio ambiente.

– Los nutrimentos pueden cambiar en cuanto a su forma y distribución, e incluso ser transportados entre diferentes ecosistemas, pero permanecen en la Tierra.

Trayectorias de la energía y los nutrimentos

FIGURA 28-1 Flujo de energía, ciclos de nutrimentos y relaciones de alimentación en los ecosistemas


• 28.2 ¿Cómo fluye la energía a través de las comunidades?– La energía entra en las comunidades por la

vía de la fotosíntesis.– La energía pasa de un nivel trófico a otro.– La transferencia de energía de un nivel trófico

a otro es ineficiente.

La energía entra por la vía de la fotosíntesis

• Las ondas electromagnéticas llevan energía del sol a la Tierra.

– Gran parte de la energía solar que llega a la Tierra es reflejada o absorbida.

– Sólo alrededor del 1% de la energía está disponible para la fotosíntesis.

– Los organismos fotosintéticos capturan el 3% o menos de esta cantidad.

• Los pigmentos como la clorofila absorben longitudes de onda específicas de la luz solar.

– La energía solar se utiliza luego en reacciones que almacenan energía en enlaces químicos y producen azúcar y otras moléculas de alta energía.


FIGURA 28-2 Productividad primaria

• Los autótrofos (o productores) producen su propio alimento utilizando nutrimentos y energía del ambiente (luz solar).


• Casi todos los autótrofos son organismos fotosintéticos que obtienen su energía de la luz solar.

• Algunas bacterias pueden obtener su energía de sustancias químicas como el sulfuro de hidrógeno (por ejemplo, los organismos quimiosintéticos).


• Los heterótrofos (o consumidores) no pueden sintetizar su propio alimento, así que lo obtienen de los productores.

– Obtienen la energía y nutrimentos en las moléculas que componen el cuerpo de otros organismos.


• La energía que los organismos fotosintéticos almacenan y ponen a disposición de otros miembros de la comunidad a lo largo de un periodo específico se denomina productividad primaria neta.


• La productividad primaria neta:– Determina la cantidad de vida que un

ecosistema determinado puede sostener. – Se mide en unidades de energía (calorías)

almacenada por los autótrofos en una área específica y un tiempo determinado o en términos de la biomasa (el peso seco de material orgánico) almacenado o agregado al ecosistema por los productores durante un lapso determinado.


• En la productividad del ecosistema influyen:

– La cantidad de nutrimentos y luz solar de la que disponen los productores.

– La disponibilidad de agua. – La temperatura.


• En la figura 28-3, se muestran algunas productividades medias de diversos ecosistemas.


FIGURA 28-3 Comparación de la productividad de los ecosistemas

Flujo de energía entre los niveles tróficos

• La energía fluye a través de los niveles tróficos (“niveles de alimentación”) de una comunidad.

– Los productores forman el primer nivel trófico, pues obtienen su energía directamente de la luz solar.

• Los consumidores ocupan varios niveles tróficos.

– Los que se alimentan directa y exclusivamente de los productores se llaman herbívoros o consumidores primarios.

– Los que se alimentan principalmente de consumidores primarios se llaman carnívoros o consumidores secundarios.



– Los que se alimentan principalmente de consumidores primarios se llaman carnívoros o consumidores secundarios.



– Algunos carnívoros se alimentan en ocasiones de otros carnívoros y actúan como consumidores terciarios.


• Algunos animales son omnívoros, y actúan en diferentes ocasiones como consumidores primarios, secundarios y, ocasionalmente, terciarios.

– Ejemplo: los seres humanos.


Cadenas alimentarias

• Una cadena alimentaria es una relación lineal de alimentación con un solo representante de cada nivel trófico.

– Los distintos ecosistemas tienen cadenas alimentarias radicalmente diferentes.

– Las comunidades naturales rara vez contienen grupos bien definidos de consumidores primarios, secundarios y terciarios.

FIGURA 28-4 Cadenas alimentarias

FIGURA 28-4a Cadenas alimentarias

FIGURA 28-4b Cadenas alimentarias

Redes alimentarias

• Una red alimentaria muestra las relaciones alimentarias de una comunidad e incluyen sus múltiples cadenas interconectadas.

FIGURA 28-5 Una red alimentaria simple en una pradera de pastos cortos

Comedores de detritos y descomponedores

• Los comedores de detritos y los descomponedores liberan nutrimentos que se reutilizan.

• Los comedores de detritos viven de los desperdicios de la vida: exoesqueletos mudados, hojas caídas, desechos y cadáveres.


• Comedores de detritos. – Ejemplos: lombrices de tierra, protistas,

cochinillas, y buitres.– Consumen materia orgánica muerta y la

excretan en un estado de descomposición más avanzado.

– Sus productos de excreción sirven de alimento a otros comedores de detritos y a los descomponedores.


• Los descomponedores digieren el alimento que encuentran afuera de su cuerpo mediante la secreción de enzimas digestivas.

– Son principalmente hongos y bacterias.– Absorben los nutrimentos y los compuestos

ricos en energía que necesitan, liberando aquellos que quedan.


• Los comedores de detritos y los descomponedores reducen el cuerpo y los residuos de los organismos vivos a moléculas simples.

– Reciclan los nutrimentos, que vuelven a quedar disponibles para los productores primarios.

– Si no existieran, la productividad primaria se detendría por falta de nutrimentos y la comunidad colapsaría.


La transferencia de energía es ineficiente

• La transferencia de energía de un nivel trófico a otro es ineficiente.

• Un pequeño porcentaje de la energía disponible se transfiere al siguiente nivel trófico porque:

– La conversión de energía siempre implica pérdidas en forma de calor.

– Algunas de las moléculas de los organismos no pueden ser digeridas o absorbidas.

• Un pequeño porcentaje de la energía disponible se transfiere al siguiente nivel trófico porque:

– Una parte de la energía se utiliza en cada nivel trófico para mantenimiento, reparación, movimiento, etcétera.

– Algunos organismos mueren en cada nivel sin ser comidos y pasan su energía a los comedores de detritos y descomponedores.

La transferencia de energía es ineficiente

FIGURA 28-6 Transferencia y pérdida de energía

Pirámides de energía

• Las pirámides de energía ilustran la transferencia de energía entre niveles tróficos.

• La transferencia neta de energía entre los niveles tróficos tiene una eficiencia aproximada del 10%.

– Una pirámide de energía representa esto, con los productores primarios en la base y los niveles tróficos apilados en la parte superior.


FIGURA 28-7 Pirámide de energía de un ecosistema de pradera

• A veces la biomasa se utiliza como medida de la energía almacenada en cada nivel trófico.

– Se puede construir una pirámide de biomasa similar.


• Este patrón de transferencia de energía tiene algunas ramificaciones importantes:

– Las plantas dominan casi todas las comunidades porque disponen de más energía, seguidas por los herbívoros y los carnívoros.

– Se puede alimentar a un número mucho mayor de personas con cereales que con carne.



• 28.3 ¿Cómo se desplazan los nutrimentos dentro de los ecosistemas y entre ellos?– El ciclo del carbono pasa por la atmósfera, los

océanos y las comunidades.– La reserva principal de nitrógeno es la

atmósfera. – El ciclo del fósforo carece de componentes

atmosféricos.– La mayor parte del agua no sufre cambios

químicos durante su ciclo.

Ciclos de nutrimentos

• Los nutrimentos son los elementos y las pequeñas moléculas que constituyen todos los componentes básicos de la vida.

• Los organismos necesitan de los macronutrimentos en grandes cantidades.

– Ejemplos: agua, carbono, hidrógeno, oxígeno.


• Los micronutrimentos son necesarios sólo en muy pequeñas cantidades.

– Ejemplos: cinc, molibdeno, hierro, selenio.


• Los ciclos de nutrimentos (o ciclos biogeoquímicos) describen las trayectorias que siguen los nutrimentos entre las comunidades y las partes inanimadas de los ecosistemas.

– Las fuentes y los lugares de almacenamiento de nutrimentos se denominan reservas.

– Las reservas principales se encuentran, por lo general, en el ambiente abiótico.


El ciclo del carbono

• El marco estructural de todas las moléculas orgánicas, que son los componentes básicos de la vida, está formado de cadenas de átomos de carbono.

• El carbono entra en la comunidad viviente cuando los productores captan dióxido de carbono (CO2) durante la fotosíntesis.

– En tierra, los productores obtienen CO2 de la atmósfera.

– Los productores acuáticos encuentran abundante CO2 disuelto en el agua.


• Los consumidores primarios se alimentan de los productores y se apropian del carbono almacenado en sus tejidos.

– Estos herbívoros liberan un poco de carbono al respirar.

– Guardan el resto, que es consumido a veces por organismos de niveles tróficos más elevados.


• Todos los seres vivos mueren tarde o temprano, y los comedores de detritos y descomponedores se encargan de degradar su cuerpo.

• La respiración celular de estos organismos devuelve CO2 a la atmósfera y a los océanos.


• Los combustibles fósiles se forman cuando los restos de plantas y animales antiguos se entierran y se someten a altas temperaturas y presiones durante millones de años.

– Cuando quemamos combustibles fósiles para aprovechar esta energía almacenada, se libera CO2 en la atmósfera.


FIGURA 28-8 Ciclo del carbono

El ciclo del nitrógeno

• El nitrógeno es un componente fundamental de las proteínas, de muchas vitaminas y de los ácidos nucleicos DNA y RNA.

• Aunque el nitrógeno gaseoso (N2) conforma el 79% de la atmósfera, esta forma de nitrógeno no puede ser utilizada por las plantas.

• Las plantas utilizan el nitrato (NO3-) o el

amoniaco (NH3) como fuentes de nitrógeno.

• Ciertas bacterias convierten el (N2) en amoniaco.

– Algunas de estas bacterias viven en el agua y en la tierra.

– Otras viven en asociaciones simbióticas con ciertas plantas llamadas leguminosas.


• Los consumidores primarios, los comedores de detritos, y los descomponedores obtienen nitrógeno de su alimento.


• Parte del nitrógeno queda en libertad en los desechos y cadáveres.

• Las bacterias descomponedoras presentes en el suelo y el agua lo convierten de nuevo en nitrato y amoniaco.

• Las bacterias desnitrificantes descomponen el nitrato y devuelven nitrógeno gaseoso a la atmósfera.


FIGURA 28-9 Ciclo del nitrógeno

• Los compuestos nitrogenados producidos por los seres humanos ahora dominan el ciclo del nitrógeno, creando serios problemas ambientales.

– La aplicación de fertilizantes químicos podría cambiar la composición de las comunidades vegetales.

– La quema de bosques y combustibles fósiles libera nitrógeno que produce la acidificación del hábitat.


El ciclo del fósforo

• El fósforo es un componente fundamental del ATP y el NADP, los ácidos nucleicos y los fosfolípidos de las membranas celulares.

• La reserva principal de fósforo de los ecosistemas es la roca, donde se encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato.

– Las rocas ricas en fosfato expuestas a la intemperie se erosionan y la lluvia disuelve el fosfato.

– El fosfato disuelto, lo absorben los autótrofos, que lo incorporan a las moléculas biológicas que pasan por las redes alimentarias.


• La reserva principal de fósforo de los ecosistemas es la roca, donde se encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato.

– En cada nivel se excreta el fósforo excedente y los descomponedores liberan fosfato.

– El fosfato puede ser reabsorbido por los autótrofos o incorporarse de nuevo a la roca.


FIGURA 28-10 Ciclo del fósforo

• Las rocas ricas en fosfatos se emplean para producir fertilizantes.

• El suelo que se erosiona de los campos fertilizados arrastra grandes cantidades de fosfatos hacia lagos, corrientes de agua y el mar.

– Estimula un crecimiento tan abundante de algas y bacterias, que se trastornan las interacciones naturales en la comunidad.


El ciclo hidrológico

• Las moléculas de agua no son afectadas químicamente durante el ciclo hidrológico.

• La reserva principal de agua es el océano.

– Contiene más del 97% del agua de la Tierra.

• La energía solar evapora el agua, y la gravedad la trae de vuelta a la Tierra en forma de precipitación.


• El agua que cae en tierra sigue varias rutas:

– Un poco de agua se evapora del suelo, los lagos y las corrientes de agua.

– Una fracción escurre de la tierra y vuelve a los océanos.

– Una pequeña cantidad penetra hasta los depósitos subterráneos.


• La mayoría del agua se evapora en la superficie del océano.

• Las raíces de las plantas absorben agua, que en buena parte se evapora de las hojas y regresa a la atmósfera.


FIGURA 28-11 Ciclo hidrológico

• Los consumidores obtienen agua de sus alimentos o bebiéndola directamente.

– Sus cuerpos contienen alrededor de un 70% de agua.


• A medida que la población humana ha crecido, el agua dulce ha comenzado a escasear.

– Debido a que el agua es escasa, el crecimiento de los cultivos, se limita.

– El bombeo del agua de los mantos acuíferos se está agotando rápidamente.


• A medida que la población humana ha crecido, el agua dulce ha comenzado a escasear.

– El agua contaminada se consume por más de mil millones de personas al año en los países en desarrollo, y mata a millones de niños.



• 28.4 ¿A qué se debe la “lluvia ácida”?– La sobrecarga de los ciclos del nitrógeno y

del azufre es la causa de la lluvia ácida.– La lluvia ácida daña la vida en lagos y

bosques.– La Ley del Aire Limpio ha reducido

significativamente las emisiones de azufre, pero no las de nitrógeno.

¿A qué se debe la lluvia ácida?

• Muchos de los problemas ambientales que aquejan a la sociedad moderna son consecuencia de la interferencia humana en el funcionamiento de los ecosistemas.

• Hemos expuesto a los ecosistemas a una variedad de sustancias que son extrañas y a menudo tóxicas para ellos.


FIGURA 28-12 Una sustancia natural fuera de lugar

• Sintetizamos sustancias que nunca se habían hallado en la Tierra y que son dañinas para muchas formas de vida.

– Ejemplos: pesticidas y solventes.


• Desde el inicio de la Revolución hemos dependido enormemente de la energía extraída de los combustibles fósiles para calentar, iluminar y transportar, así como para la agricultura y las diversas industrias.

• La dependencia en los combustibles fósiles provoca dos problemas ambientales:

– La lluvia ácida– El calentamiento global


• La lluvia ácida (sedimentación ácida) se debe a la producción industrial excesiva de óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre que nuestros ecosistemas naturales no pueden absorber y reciclar.


Ciclos sobrecargados

• Dióxido de azufre:– Liberado principalmente por plantas

generadoras que usan carbón y petróleo.– Al combinarse con el vapor de agua de la

atmósfera, se transforma en ácido sulfúrico.

• Óxidos de nitrógeno: – Liberados por vehículos, plantas

generadoras, e industrias.– Al combinarse con el vapor de agua de la

atmósfera se transforman en ácido nítrico.


• Algunos días después, y con frecuencia a cientos de kilómetros de la fuente, los ácidos se precipitan.

– Corroen las estatuas y los edificios – Dañan los árboles y los cultivos– Dejan los lagos sin vida


FIGURA 28-13 La sedimentación ácida es corrosiva

Daños por sedimentación ácida

• El 25% de todos los lagos y estanques de los montes Adirondack son demasiado ácidos para permitir la vida de peces en ellos.

• Los peces mueren, porque se destruye gran parte de la red alimentaria que les da sustento

• La acidificación afecta primero a las almejas, los caracoles, los langostinos y las larvas de insectos, después a los anfibios y finalmente a los peces.

• El resultado es un lago cristalino—hermoso, pero muerto.


• La lluvia ácida disminuye la productividad de los cultivos y la salud de las plantas silvestres.

– Al penetrar en el suelo disuelve y arrastra consigo nutrimentos indispensables al tiempo que mata los microorganismos descomponedores.

– Las plantas, envenenadas y privadas de nutrimentos, se debilitan y quedan a merced de las infecciones y el ataque de los insectos.


• La lluvia ácida disminuye la productividad de los cultivos y la salud de las plantas silvestres.

– Ejemplo: los bosques del monte Mitchell, en Carolina del Norte.


FIGURA 28-14 La sedimentación ácida destruye los bosques

• La sedimentación ácida también aumenta la exposición de los organismos a los metales tóxicos que son mucho más solubles en agua acidificada.


• El aluminio que se disuelve de las rocas inhibe el crecimiento de las plantas y mata los peces.

• El agua que se distribuye a los hogares está contaminada con plomo, disuelto por el agua ácida de la soldadura de plomo de tuberías antiguas.

• El mercurio se puede acumular en los cuerpos de los peces por la amplificación biológica.


La Ley del Aire Limpio

• Las enmiendas a la Ley del Aire Limpio en 1990 dieron por resultado una sustancial reducción de las emisiones de dióxido de azufre y de óxidos de nitrógeno de las plantas generadoras de energía.

• Las menores emisiones de azufre han mejorado la calidad del aire y reducido el nivel de acidez de la lluvia en algunas regiones.

• Sin embargo, los compuestos de nitrógeno en la atmósfera han registrado un leve aumento en términos generales, en particular por la creciente cantidad de automóviles que queman gasolina.


• 28.5 ¿Qué provoca el calentamiento global?– La interferencia en el ciclo del carbono

contribuye al calentamiento global.– Los gases de invernadero retienen el calor en

la atmósfera.– El calentamiento global tendrá graves

consecuencias.– ¿Cómo está respondiendo la humanidad a

esta amenaza?

La interferencia en el ciclo del carbono

• Hace unos 345–280 millones de años, los cuerpos de muchas plantas y animales quedaron sepultados en los sedimentos y no se descompusieron.

• Con el tiempo, el calor y la presión transformaron estos cuerpos en combustibles fósiles.

• Los combustibles fósiles permanecieron intactos hasta el comienzo de la Revolución Industrial.

– Cuando quemamos los combustibles fósiles emitimos CO2 a la atmósfera.


• Las actividades humanas liberan casi 7,000 millones de toneladas de carbono (en forma de CO2) a la atmósfera cada año.

• Aproximadamente la mitad de este carbono es absorbido por los océanos, las plantas y el suelo.

• La otra mitad permanece en la atmósfera, provocando el calentamiento global.


• A partir de 1850, el contenido de CO2 de la atmósfera ha aumentado 36%.

– De 280 ppm a 370 ppm, con un incremento anual actual de 1.5 ppm.

– Entre el 80 y el 85% de este aumento se atribuye a la quema de combustibles fósiles.


• La deforestación responde por una cifra comprendida entre el 15 y el 20% de las emisiones de CO2.

– Ocurre principalmente en los trópicos, donde las selvas tropicales se están convirtiendo a toda prisa en terrenos agrícolas marginales.


Los gases de invernadero retienen el calor

• El CO2 es un gas de invernadero. – Permite la entrada de energía solar y luego

absorbe y retiene esa energía una vez que se ha transformado en calor (efecto de invernadero).

• El CO2 es un gas de invernadero. – Otros gases de invernadero: el metano,

los clorofluorocarbonos (CFC), el vapor de agua, y los óxidos nitrosos.


FIGURA 28-15 El aumento de las emisiones de gases de invernadero contribuye al calentamiento global

• Los registros históricos de temperatura indican una elevación mundial de la temperatura, paralelo al aumento de CO2 atmosférico.

• Este fenómeno se conoce como calentamiento global.


FIGURA 28-16 El calentamiento global es paralelo al aumento de CO2

• Se predice que si no se restringen las emisiones de gases de invernadero, las temperaturas globales promedio se elevarán del promedio actual de 14.4°C al intervalo comprendido entre 16 y 19°C para el año 2100.


FIGURA 28-17 El intervalo de temperaturas proyectadas va en aumento

Graves consecuencias

• Está ocurriendo un derretimiento.• Los glaciares se están retirando y

desapareciendo en índices sin precedentes.

– El aumento en los niveles de los mares inundará muchas ciudades costeras y pantanos y podría aumentar la intensidad de los huracanes

FIGURA 28-18 Los glaciares se estánderritiendo

Fotografías tomadas desde el mismo punto en 1904 (arriba) y 2004 (abajo)documentan el retiro del glaciar Carroll en la bahía Glacier, Alaska.

• Se prevé un clima más extremoso.• El calentamiento alterará el aire y las

corrientes de agua, cambiando los patrones de precipitación.

– Inundaciones más severas y mayores extremos en las precipitaciones podrían dañar los cultivos y provocar inundaciones.


• La vida silvestre resulta afectada• Los bosques podrían experimentar

pérdidas de especies o ser por pastizales.• Los arrecifes de coral podrían sufrir aun

más daños por las aguas más calientes.


• Muchas especies de mariposas y aves han desplazado sus dominios hacia el norte y las flores de primavera están floreciendo más pronto.

• Se están incrementando las poblaciones de organismos que transmiten enfermedades tropicales, como los mosquitos transmisores del paludismo.


Nuestras decisiones marcan la diferencia

• Estados Unidos tiene sólo el 5% de la población mundial, pero produce el 25% de las emisiones de gases de invernadero del mundo.

Tratado de Kyoto

• Negociado en 1997 y puesto en marcha en 2005.

• 35 naciones industrializadas se comprometieron a reducir sus emisiones colectivas de gases de invernadero en un 5.2% con respecto a los niveles de 1990.

• 159 naciones ratificaron el tratado, Estados Unidos se rehusó.

• Diez ciudades estadounidenses y alcaldes de muchas ciudades se comprometieron a adoptar pautas semejantes a las establecidas en el Tratado de Kyoto de forma independiente.

• Aunque los esfuerzos en todo el mundo son esenciales, nuestras elecciones individuales también pueden tener un gran efecto colectivo.

Tratado de Kyoto

Elecciones individuales

• Usar vehículos con mayor rendimiento de combustible, usar el transporte público, y compartir los autos con amigos y conocidos.

• Ahorrar energía y apoyar el uso de fuentes de energía renovables.

• Aislar e impermeabilizar las casas.• Reciclar.• Apoyar los esfuerzos por reemplazar a los

árboles tanto en las selvas tropicales como en la comunidad.

Elecciones individuales

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