En un ecosistema, la energía se transfiere de un nivel trófico al siguiente, pero no toda se pasa. Los seres vivos necesitan energía para crecer, respirar y reproducirse, y todos los seres vivos necesitan de energía para poder realizar todas sus funciones metabólicas. La principal fuente de energía para los seres vivos proviene del sol y son los organismos fotosintéticos los que son capaces de fijarla y almacenarla. De los organismos fotosintéticos fluye a los diferentes organismos heterótrofos (consumidores) y fluye en diferentes niveles hasta llegar a los descomponedores.
A medida que los organismos se alimentan de otros, la biomasa, o energía, se transfiere a lo largo de la cadena alimentaria. Se pierde energía en cada paso de la cadena alimentaria, generalmente en forma de calor o desechos. Debido a la segunda ley de la termodinámica, gran parte de la energía de un nivel trófico al siguiente se pierde como calor. Esto se conoce como la "regla del 10%". En promedio, solo el 10 por ciento de la energía disponible en un nivel trófico se transmite al siguiente.
La regla del 10% y las variaciones en la transferencia
Como sugieren estas cifras, este cálculo empírico del 10 % es solo una estimación grosera. Las mediciones reales muestran amplias variaciones en las deficiencias de transferencia, desde menos del 1 % a más del 20 %, dependiendo de las especies de qué se trata. Solo una fracción de la energía capturada por un nivel trófico es asimilada a biomasa, lo que la pone a disposición del siguiente nivel trófico.
La asimilación es la biomasa del nivel trófico actual después de contabilizar la energía perdida por ingestión incompleta de alimentos, la energía utilizada para realizar el trabajo por ese nivel trófico y la energía perdida como desperdicio. Estas pérdidas que se producen en cada intercambio son el motivo por el que las cadenas tróficas tienen como máximo 5 niveles tróficos. Cinco es el número máximo de niveles tróficos que la mayoría de los ecosistemas pueden soportar, ya que solo una cantidad limitada de biomasa o energía puede transferirse de un nivel trófico al siguiente.
Ejemplos de flujo energético en ecosistemas
Para dar un ejemplo concreto, en los estudios del lago Cayuga, se calculó que por cada 1.000 calorías de energía lumínica utilizada por algas del lago, se reconstituyen unas 150 calorías en forma de animales acuáticos pequeños. De estas 150 calorías, 30 se convierten en el pez eperlano. Si la trucha come al eperlano no se transfieren unas 6 calorías, y si nosotros comemos la trucha, obtenemos aproximadamente 1,2 calorías de las 1.000 de energía lumínica originalmente almacenada en los compuestos orgánicos.
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A continuación se presenta una síntesis del flujo energético observado en el ecosistema de Silver Springs, Florida:
| Nivel trófico | Productividad bruta (kcal/m²/año) |
|---|---|
| Productores primarios | 20,810 |
| Consumidores primarios | 3,368 |
| Consumidores secundarios | 383 |
| Consumidores terciarios | 21 |
Estructura de las pirámides tróficas
Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos determinan la estructura de un ecosistema en función del número de organismos y de la cantidad de biomasa presente. Las pirámides de energía son representaciones que muestran el flujo de energía de unos niveles a otros. El tamaño de cada escalón corresponde a la cantidad de energía que se transfiere entre los niveles. Los escalones disminuyen de tamaño a medida que se asciende en la pirámide, ya que se pierde energía en cada nivel de la cadena alimentaria.
La mayoría de las pirámides de biomasa adoptan la forma de una pirámide estrecha, sean los productores grandes o pequeños. Sin embargo, las pirámides de biomasa se invierten solamente cuando los productores tienen tasas de reproducción muy elevadas. Por ejemplo, en el océano, la masa existente de fitoplancton puede ser menor que la biomasa del zooplancton que se alimenta de ella. Dado que la tasa de crecimiento de la población de fitoplancton es mucho más rápida que la de la población del zooplancton, una pequeña biomasa de fitoplancton puede suministrar alimentos para una biomasa mayor de zooplancton.
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