Puedes revisar Puedes revisar las grandes partes de la las grandes partes de la Biósfera antes de verantes de ver como se interrelacionan: como se interrelacionan:

La vida, La vida, desde el punto de vista de los procesos ecológicosdesde el punto de vista de los procesos ecológicos, , puede definirse como una transferencia de energía y de puede definirse como una transferencia de energía y de nutrientes ( o elementos) a través de seres que se reproducen nutrientes ( o elementos) a través de seres que se reproducen y de procesos de reciclaje.y de procesos de reciclaje.

La fuenteLa fuente de la energía es nuestro Sol, de la energía es nuestro Sol, es una es una estrella enana amarillaestrella enana amarilla que queemite enormes cantidades de energíaemite enormes cantidades de energíaelectromagnética, gracias a la fusiónelectromagnética, gracias a la fusióntermonuclear que consume su componentetermonuclear que consume su componenteprincipal: el hidrógeno y lo convierte en helio.principal: el hidrógeno y lo convierte en helio.

1 21 2

Algún día esta actividad nuclear transformará todo el Algún día esta actividad nuclear transformará todo el material y material y el Sol moriráel Sol morirá como todas las estrellas del como todas las estrellas del universo.universo.

Se estima que aún durará unos 60,000 millones de años, Se estima que aún durará unos 60,000 millones de años, pues en lo que va de su existencia, y la de todo el sistema pues en lo que va de su existencia, y la de todo el sistema solar, sólo ha convertido un 4 % de su hidrógeno.solar, sólo ha convertido un 4 % de su hidrógeno.

Gracias a las diferentes medidas que los Gracias a las diferentes medidas que los científicos atmosféricos han tomado, utilizando científicos atmosféricos han tomado, utilizando globos sonda y a los satélites, hoy conocemos globos sonda y a los satélites, hoy conocemos bastante bien el camino que siguen las bastante bien el camino que siguen las radiaciones solares al atravesar nuestra atmósfera radiaciones solares al atravesar nuestra atmósfera y llegar hasta la superficie del planeta.y llegar hasta la superficie del planeta.

El gráfico, tomado El gráfico, tomado del diario El del diario El

Comercio, Comercio, representa este representa este

complicado complicado camino, mediante camino, mediante

las líneas rojas.las líneas rojas.

Puedes notar que Puedes notar que el balance de la el balance de la

radiación, radiación, prácticamente, es prácticamente, es

nulo. Es decir el nulo. Es decir el ancho de la línea ancho de la línea

roja que roja que representa la representa la

radiación entrante radiación entrante es casi idéntico al es casi idéntico al

de la línea roja de la línea roja que representa la que representa la

radiación saliente. radiación saliente. Ella pasa por la Ella pasa por la

atmósfera y la atmósfera y la superficie y en ese superficie y en ese

paso su energía, paso su energía, expresada como expresada como luz y calor, es la luz y calor, es la

que calienta y que calienta y moviliza el suelo, moviliza el suelo,

las aguas y el aire.las aguas y el aire.

Una pequeUna pequeña interrupción….recuerdan esto:ña interrupción….recuerdan esto:

Revisa el caso de Revisa el caso de Atlanta…un buen ejemplo de lo buen ejemplo de lo que ocurre cuando se altera el flujo de la energía.que ocurre cuando se altera el flujo de la energía.

O estos gráficos O estos gráficos (recuerda ampliar la imagen)(recuerda ampliar la imagen)

SSer un seguidorer un seguidor de dell paradigma paradigma del DS del DS significa significa que que al actuaral actuar, al ejecutar acciones para el , al ejecutar acciones para el desarrollo local, regional y nacional: desarrollo local, regional y nacional:

estas acciones estas acciones deben respetar, deben deben respetar, deben consolidar, deben mantener los procesos consolidar, deben mantener los procesos naturalesnaturales; no distorsionarlos ni interferir ; no distorsionarlos ni interferir negativamente con ellosnegativamente con ellos

También podemos expresar, este paso de la energía, en También podemos expresar, este paso de la energía, en forma numérica; pues conocemos los valores de ella en forma numérica; pues conocemos los valores de ella en diferentes momentos. Utilizaremos como expresión de diferentes momentos. Utilizaremos como expresión de ella a la ella a la caloría, esa unidad que expresa la cantidad de caloría, esa unidad que expresa la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura, de 1 gramo calor necesario para elevar la temperatura, de 1 gramo de agua, en 1 grado centígrado, bajo una presión de 1 de agua, en 1 grado centígrado, bajo una presión de 1 atmósferaatmósfera..

Al límite superior de la atmósfera llega energía solar Al límite superior de la atmósfera llega energía solar equivalente a 1.94 cal/ cmequivalente a 1.94 cal/ cm22/ min, es decir casi 2 calorías / min, es decir casi 2 calorías por cada centímetro cuadrado en un minuto.por cada centímetro cuadrado en un minuto.

Para simplificar la presentación vamos a utilizar una Para simplificar la presentación vamos a utilizar una unidad llamada el langley que es el nombre de la unidad llamada el langley que es el nombre de la expresión cal/cmexpresión cal/cm22..

Fenómeno y causal Quedan(langley/min)

El 37% de la energía es reflejadopor las capas altas de la atmósfera 1.22

El 30% es reflejado por las nubes 0.86

El ozono absorbe el 13% 0.74

Las capas bajas de la atmósferaabsorben y difunden el 7%

0.69

Entonces: al límite superior de la atmósfera llegan 1.94 langley/min y, luego:

Recordarás que la reflexión, originada por las capas altas de la Recordarás que la reflexión, originada por las capas altas de la atmósfera y por las nubes, es conocida como el albedo de la atmósfera y por las nubes, es conocida como el albedo de la Tierra y que es uno de los fenómenos que mantienen la Tierra y que es uno de los fenómenos que mantienen la temperatura adecuada para la vida.temperatura adecuada para la vida.

Recordarás, también que la cantidad de nubes, en la atmósfera, Recordarás, también que la cantidad de nubes, en la atmósfera, es influenciada por el fenómeno físico de evaporación y el es influenciada por el fenómeno físico de evaporación y el biológico de transpiración de las plantas; ambos son biológico de transpiración de las plantas; ambos son componentes clave del ciclo del agua y ambos son componentes clave del ciclo del agua y ambos son influenciados por las actividades humanasinfluenciados por las actividades humanas

Ahora sabemos que hacia el suelo llega poco más de ⅓ Ahora sabemos que hacia el suelo llega poco más de ⅓ de la energía que entró a la atmósfera.de la energía que entró a la atmósfera.

Dependiendo del color del suelo, o color de la Dependiendo del color del suelo, o color de la cobertura del suelo (mar es azul, desierto es beige, cobertura del suelo (mar es azul, desierto es beige, bosque tropical es verde oscuro, nieve es como un bosque tropical es verde oscuro, nieve es como un espejo), tanto como el 44% de la energía puede espejo), tanto como el 44% de la energía puede reflejarse nuevamente y sólo 0.39 langleys / min son reflejarse nuevamente y sólo 0.39 langleys / min son absorbidos, en promedio mundial, por la superficie de absorbidos, en promedio mundial, por la superficie de la tierra.la tierra.

Esta es la energía que mantiene la temperatura Esta es la energía que mantiene la temperatura del suelo, del agua y del aire en los niveles del suelo, del agua y del aire en los niveles adecuados para la vida.adecuados para la vida.

Como bien sabes, estos valores son promedios anuales, Como bien sabes, estos valores son promedios anuales, en realidad el valor de la energía varía según las en realidad el valor de la energía varía según las estaciones y según la altitud. estaciones y según la altitud.

Observa los casos de la energía entrante al suelo: Observa los casos de la energía entrante al suelo:

Langley / minuto

La Molina 238 msnm Huancayo 3,351 msnm

Ener 0.165 0.400

Abril 0.145 0.389

Junio 0.065 0.357

Agos 0.075 0.396

Oct 0.118 0.445

Dic 0.159 0.429

Puedes notar que en Huancayo se absorbe una energía mayor Puedes notar que en Huancayo se absorbe una energía mayor que la del promedio mundial. Sobre esa ciudad existe una que la del promedio mundial. Sobre esa ciudad existe una atmósfera más delgada que sobre Lima, su acción de filtro es atmósfera más delgada que sobre Lima, su acción de filtro es menor.menor.Notarás, tambíen, la influencia de las invernales neblinas costeras Notarás, tambíen, la influencia de las invernales neblinas costeras sobre la energía que absorbe el suelo de la costa limeña. Una sobre la energía que absorbe el suelo de la costa limeña. Una atmósfera mas gruesa, que la de Huancayo, y mayor nubosidad atmósfera mas gruesa, que la de Huancayo, y mayor nubosidad devuelven más energía al espaciodevuelven más energía al espacio

La vida sólo es posible si los seres vivos La vida sólo es posible si los seres vivos pueden capturar parte de la energía, que pueden capturar parte de la energía, que llega a la superficie del planeta, para llega a la superficie del planeta, para utilizarla en su desarrollo y reproducción. El utilizarla en su desarrollo y reproducción. El proceso biológico que permite esta captura es proceso biológico que permite esta captura es la fotosíntesis, propio de las plantas la fotosíntesis, propio de las plantas “verdes”.“verdes”.

La fotosíntesis es un proceso muy antiguo y La fotosíntesis es un proceso muy antiguo y que ha dado origen a la proporción de gases que ha dado origen a la proporción de gases de nuestra atmósfera, especialmente al de nuestra atmósfera, especialmente al porcentaje de oxígeno en ella:porcentaje de oxígeno en ella:

Hecho Edad en millones de añosCreación del sistema solar 4,600Aparición de los océanos 4,400

Aparición de moléculas quepueden replicarse

4,100

Aparición de las primerascélulas

3,600

Aparición del oxígeno libre(aparición de fotosíntesis)

2,000

Aparición de célulasavanzadas con núcleo

1,600

La fotosíntesis es una La fotosíntesis es una serie de procesos mediante los serie de procesos mediante los cuales la energía electromagnética de la luz solar es cuales la energía electromagnética de la luz solar es irreversiblemente convertida en energía química.irreversiblemente convertida en energía química.

El proceso convierte el dióxido de carbono (COEl proceso convierte el dióxido de carbono (CO22) y el ) y el

agua (Hagua (H22O) en un azúcar, en presencia de la clorofilaO) en un azúcar, en presencia de la clorofila

La fórmula general es la siguiente:La fórmula general es la siguiente:6 CO6 CO22 + 6 H + 6 H22O + E.Solar (672 Kcal) O + E.Solar (672 Kcal) … …

... ... C C66HH1212OO66 + 6O + 6O22 + E. química + E. química

Esta fórmula da la falsa idea de que el COEsta fórmula da la falsa idea de que el CO22 se combina se combina con el agua.con el agua.

En realidad el proceso tiene 3 etapas:En realidad el proceso tiene 3 etapas:

1 -1 -La energía solar es captada por la clorofila (es asimilada La energía solar es captada por la clorofila (es asimilada como “quanta” de energía) en el cloroplasto, en realidad como “quanta” de energía) en el cloroplasto, en realidad en el grana, que mide unos 0.7 micras de diámetro, dentro en el grana, que mide unos 0.7 micras de diámetro, dentro del cloroplasto.del cloroplasto.

2- Esta energía solar es utilizada en la fase de la fotólisis 2- Esta energía solar es utilizada en la fase de la fotólisis (o ruptura con presencia de luz) para separar el agua en (o ruptura con presencia de luz) para separar el agua en sus componentes: el ión Hidrogenión ( Hsus componentes: el ión Hidrogenión ( H+ + ) y el oxígeno ) y el oxígeno que se va a la atmósfera.que se va a la atmósfera.

Si cesara la fotosíntesis el oxígeno de la atmósfera se Si cesara la fotosíntesis el oxígeno de la atmósfera se consumiría en unos 2,000 años.consumiría en unos 2,000 años.

3- La siguiente es la complicada fase de la fijación del CO3- La siguiente es la complicada fase de la fijación del CO2 2 que implica por lo menos 25 pasos en las reacciones que implica por lo menos 25 pasos en las reacciones químicas, algunos de los cuales no son totalmente químicas, algunos de los cuales no son totalmente conocidos. El COconocidos. El CO22 se combina con una pentosa, esta se combina con una pentosa, esta proviene de los nutrientes absorbidos por las raíces, para proviene de los nutrientes absorbidos por las raíces, para formar la hexosa fructosa 1,6 difosfato que es el primer formar la hexosa fructosa 1,6 difosfato que es el primer azúcar producto de la fotosíntesis. La combinación del azúcar producto de la fotosíntesis. La combinación del carbono del COcarbono del CO22 con la pentosa es posible gracias a la con la pentosa es posible gracias a la fuerza reductora del Hidrogenión ( Hfuerza reductora del Hidrogenión ( H++ ) activado en la fase ) activado en la fase anterior.anterior.

La pentosaLa pentosa, a la izquierda en el gráfico, se llama la Ribulosa 1,5 , a la izquierda en el gráfico, se llama la Ribulosa 1,5 difosfato y difosfato y es la aceptora del COes la aceptora del CO22. El nombre de la hexosa ya lo . El nombre de la hexosa ya lo conocesconoces

A partir de la fructosa fosfato o fructosa P se obtienen otros compuestos más complejos, en realidad cadenas largas de azúcares:

Fructosa P

fructosa

glucosa

P

Glucosa

Almidón

Celulosa

A partir de estos compuestos es que la energía solar (y las materias) está disponible para los demás seres vivos.

Revisa estos números números !!

Es importante anotar que existen otros mecanismos para la fijación del CO2 se llama la quimiosíntesis mediante la

cual el CO2 se une con la pentosa pero no se libera

oxígeno pues el donante de Hidrogenión ( H+ ) no es el agua, de la cual se libera el O2, sino el hidrógeno sulfurado

(HsS) y otros compuestos similares. Este es un proceso

importante en la nutrición de las raíces de las plantas y en la obtención de energía por organismos simples como las bacterias (recuerda lo que anotamos sobre la vida en las fisuras a grandes profundidades en el mar).

 

 Igualmente existen otras variantes de la fotosíntesis 

Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es capturada por la clorofila de las plantas ?capturada por la clorofila de las plantas ?

Para saberlo, utilizaremos información proveniente de los campos de cultivo del medio oeste norteamericano, infortunadamente no tenemos información del país, pero los valores de energía entrante son similares a los de Huancayo y la planta considerada es el maíz (Zea mays). Así, la información nos será útil:

 

Sobre estas tierras caen 0.35 langley / minuto, se siembra en ellas 1 hectárea (10,000 m2) de maíz y este crecerá durante 100 días. Las mediciones permiten presentar los siguientes resultados:

Kilocalorías en

millones Energía solar utilizada (%)

Radiación solar incidente durante los 100 días (60 min x 24 horas x 100 dias)

5,048.2 100.0

Energía consumida por procesos de respiración, transpiración, etc.

2,248.6 44.4

Energía no utilizada, sólo pasa por las plantas

2,742.8 54.0

Energía incorporada en la clorofila todo durante los 100 días de crecimiento

81.5 1.6

Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es capturada por la clorofila de las plantas ?capturada por la clorofila de las plantas ?

La energía incorporada es solamente el 1.6 % del total de la energía incidente en el campo. ¡¡ esa es la eficiencia de conversión de energía del maíz !!.

En promedio (1.6%) esa es la eficiencia de conversión de energía de las plantas!!. Pueden notar que es una eficiencia muy baja. La naturaleza utiliza una “máquina” muy poco eficiente, las plantas, para capturar la energía que luego será utilizada por los otros seres vivos.

Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es capturada por la clorofila de las plantas ?capturada por la clorofila de las plantas ?

Así como la energía, así también deben ser incorporadas materias, o elementos, o nutrientes que son utilizadas para construir la masa, el protoplasma, de los cuerpos de plantas y animales.

Estas materias son las mismas que existen desde el principio del planeta, pasan del medio ambiente a los seres vivos para, luego de la muerte, regresar al medio ambiente y estar disponibles para nuevos seres vivos

Este es un proceso de reciclaje de todas las materias y suele llamársele con el nombre del elemento en cuestión: el ciclo del carbono, el ciclo del oxígeno, etc.

El gráfico siguiente, es una manera de representar el ciclo del fósforo, un elemento importantísimo en la creación de protoplasma (revisa las fórmulas de la fase de fijación del carbono)

Otros elementos, siguen patrones cíclicos similares, más o menos complejos que los del fósforo. Este video te explica el ciclo del carbono.

Es un ciclo simple, si se le compara con el del nitrógeno, pues son pocas las formas químicas en que existe el fósforo. Es también, un elemento raro al compararlo con el mismo nitrógeno; la relación del fósforo con este último elemento, en las aguas naturales, es de aproximadamente 1: 23.

El fósforo circula en los compuestos orgánicos, hasta que se degradan para formar fosfatos y así están, nuevamente, a disposición de las plantas.

El mayor reservorio se encuentra en las rocas fosfóricas (un importante afloramiento de ellas se encuentra en Bayóbar, Piura), formadas en remotas eras geológicas, de allí son erosionados y alimentan los ecosistemas. Mucho de el va hacia el mar, parte del cual es recuperado por las aves marinas, tal es el caso de los fabulosos depósitos de las aves guaneras de nuestro litoral

La Cadena alimenticia es la transferencia de energía y nutrientes, a través de una sucesión de organismos, por medio de la repetición del proceso de comer y ser comidos.

En la representación gráfica ves varios eslabones unidos por flechas o líneas, de allí su nombre. A la derecha el nombre del eslabón o “nivel trófico” de trophos que significa nutrición.

…………………………………………………………………………… Carroñeros

…………………………………………………………………………… Carnívoros 2 óConsumidores terciarios

……………………………………………………………………… …… Carnívoros 1 ó Consumidores secundarios

…………………………………………………………………………… Herbívoros oCons umidores primarios

…………………………………………………………………………. Productores o autótrofos

Las flechas indican el sentido del acto de comer, o quién come a quién.Notarás que los seres humanos son el eslabón final de muchas cadenas alimenticias

Lobo marino

Bonito

Anchoveta

Fitoplancton

Humano

Bonito

Anchoveta

Fitoplancton

Humano

Vaca

Pasto

Cóndor

También observarás que las cadenas no son muy largas, que no tienen muchos eslabones y ello es porque las leyes de la termodinámica imponen un límite a la longitud de las mismas. Como ya hemos visto, en el tema de la captura de la energía por las plantas, la transferencia de la energía depende de la eficiencia conversora de los organismos.

Recordarás que la eficiencia conversora de las plantas es de 1.6 % en promedio, tal como lo indican las mediciones en un campo de maíz en crecimiento.

La eficiencia conversora de los herbívoros y carnívoros, incluído el humano, es de alrededor del 15 %.

Entonces en la cadena del fitoplancton al cóndor la energía capturada en cada nivel es, más o menos , la siguiente:

Fuente de energía Porcentaje incorporado Energía incidente 100 Fitoplancton 1.6 Anchoveta 0.24 Bonito 0.04 Lobo marino 0.006 Cóndor 0.0008

La energía que el Cóndor puede incorporar, a partir de la energía incidente sobre el fitoplancton, es muy, muy pequeña. Y ella sólo permite cubrir las demandas energéticas de volar para buscar la presa, comer, digerir, respirar, etc. y las de la reproducción. No queda mucho más disponible. Ningún otro eslabón, por encima del cóndor, podría existir. La energía que obtendría ese eslabón sería tan pequeña que no podría cubrir los requerimientos de buscar la presa, comer, respirar, etc.

En la cadena pasto vaca hombre este último sólo aprovecha el 0.04 % de la energía solar que incide sobre el suelo (sobre las plantas). De manera que no es ilógico proponer que las cadenas se acorten de manera que más energía esté disponible, para alimentar a la creciente población humana. Tal cadena quedaría representada así:

Seguramente, estarás pensando en los “vegetarianos”. El problema es que el estómago humano no puede aprovechar toda la energía disponible en los vegetales, pues para ello debe poder romper las largas cadenas de celulosa en sus azúcares simples, eso es lo que hacen los herbívoros y lo que no hace el estómago humano. Este sólo puede aprovechar los azúcares y almidones en los vegetales; por consiguiente los vegetarianos deben consumir mayores cantidades de vegetales o vegetales con altos contenidos de aceites y grasas energéticos.

Humanos

vegetales

Si una cadena más corta es lo que se propone, como una de las soluciones para alimentar a los humanos, entonces se requiere una propuesta tecnológica para realizar una “predigestión”, la ruptura de las moléculas de celulosa en sus azúcares componentes, antes de la ingestión del material “verde”. 

La cual, dicho sea de paso, por supuesto existe.

Como siempre sucede, la realidad es mucho más complicada. La cadena alimenticia sólo existe, como entidad aislada, en la teoría ecológica.

En la naturaleza los herbívoros se alimentan de muchas plantas y de muchas partes de plantas: hojas, yemas, brotes, flores, etc. Los herbívoros son, a su vez, presa de muchos diferentes carnívoros y estos son presa de muchos otros carnívoros, de nivel 2, o de muchos diferentes carroñeros. Finalmente, la cadena no es abierta en el nivel superior, los grandes carroñeros son descompuestos por los saprótrofos y retornan sus materiales a las plantas u organismos productores o autótrofos.

Lo que en la realidad existe es una trama o red alimenticia en la que los diferentes niveles tróficos están unidos por una enmarañada red de relaciones presa y depredador ( o predator).

Observen lo que ocurre, y no es una representación de todos los seres vivos, en las tierras del “Coto Oficial de Caza El Angolo”, en la frontera entre Piura y Tumbes, en ecosistemas del Bosque Seco del Noroeste del país

Estas son otras formas de expresar gráficamente las relaciones tróficas en el ecosistema. Todas estas formas incorporan, en los dibujos, los conceptos de nivel trófico y los de la eficiencia conversora.

En los gráficos siguientes los colores representan los diferentes niveles de animales heterótrofos: naranja los herbívoros o consumidores primarios; rojo los carnívoros 1 y 2 o consumidores secundarios, terciarios y/o carroñeros, etc.

La pirámide de los números es la representación del número de individuos que existe en cada nivel trófico. Se enuncia así: “ en una cadena alimenticia el número de individuos es mayor en los niveles de los productores, menor en el de los herbívoros o consumidores primarios y mucho menor en los consumidores secundarios ” .

Notarás que, en este tipo de representación de los niveles tróficos, se han eliminado las flechas que indicaban el sentido de “ comer y ser comido” y se han superpuesto cada uno de dichos niveles.

Plantas o Productores o Autótrofos

El tamaño de estos es proporcional al número de individuos componentes. Fácilmente comprenderás que es sólo una representación pues contar a todos los individuos componentes de cada nivel trófico es muy, muy difícil.

La pirámide de la biomasa es la representación del peso de la sustancia viva (o protoplasma) que existe en cada nivel trófico. Se enuncia así: “en una cadena alimenticia existe una progresiva reducción de la biomasa total para cada sucesivo nivel”.

Igualmente puedes considerar la representación de la pirámide la energía que sería la representación de los porcentajes de eficiencia conversora en cada nivel trófico. Sea cual sea el tipo de pirámide en que desees representar las relaciones entre niveles tróficos encontrarás una regla que, metafóricamente, puede expresarse así:

“en la cima de la colina sólo puede vivir un cóndor”

Ahora, intentaremos visualizar lo que ocurre en una cadena o trama alimenticia, cuando se añaden al ecosistema sustancias extrañas, o contaminantes

Igualmente, puedes recordar como identificar y graficar una trama alimenticia, revisando el trabajo de P.Vasquez

Otros caracteres, por ejemplo los parámetros del clima (y los que ellos influencian, como el fenómeno del Niño) están sujetos también a ciclos muy… muy largos cuando los comparamos con la duración de nuestra vida como humanos.

También …. El agua

Revisa este y este.

Pero, no sólo la energía y los nutrientes se movilizan siguiendo ciclos.

Hemos revisado un poco de los procesos (y sus condicionantes) que siguen la energía, los nutrientes y los parámetros medioambientales: temperatura, proporción de gases; en su paso por nuestro planeta. Incluso algo hemos visto de sus variaciones en el corto y largo plazo.

Ellos son los que hacen la vida posible: son los procesos ecológicos esenciales para el mantenimiento de la vida en el planeta Tierra.

Ahora puedes regresar y revisar el siguiente principio del Desarrollo Sostenible