1. UNIDAD 10
LA BIOSFERA II. ENERGÍA Y MATERIA
EN EL ECOSISTEMA

2. ESTRUCTURA TRÓFICA Y FLUJO DE ENERGÍA EN
LOS ECOSISTEMAS.
El flujo de energía que llega del sol es el responsable del
mantenimiento de todos los procesos vitales de la biosfera.
El planeta es un sistema abierto desde el punto de vista
energético y experimenta continuas pérdidas de energía en forma
de calor hacia el espacio exterior.
La energía se degrada en su paso unidireccional por el
ecosistema, de manera que no se recupera. Por ello constituye un
ciclo abierto. Po su parte, la materia circula en los ecosistemas
formando un ciclo cerrado. Esto significa que determinados
nutrientes, tras ser asimilados por unos organismos, pasan a formar
parte de otros, para, finalmente, volver al medio en forma de
materia inorgánica.

3. ECOSFERA

5. Distribución de la radiación solar total en la superficie de la Tierra

6. Distribución de la radiación solar en España

7. Los organismos autótrofos son los responsables de la transformación
de la energía radiante solar en energía química (fijación de la energía),
mediante el proceso de la fotosíntesis.

8. Los organismos heterótrofos, que son
incapaces de fijar la energía del Sol
para fabricar sus moléculas orgánicas,
deben adquirir las macromoléculas
ricas en energía directamente de los
organismos autótrofos o de otros seres
heterótrofos. Más tarde, cuando
autótrofos y heterótrofos necesiten
energía degradarán estas moléculas
mediante la respiración.

9. Los vegetales, mediante sus órganulos
fijadores de energía (cloroplastos), son
los principales protagonistas de la
captación de energía luminosa, siendo
insignificante
el
papel
de
las
cianobacterias y de las bacterias
fotosintéticas.

10. Por
último,
las
bacterias
quimiosintéticas,
cuya
producción
resulta irrelevante en la superficie
terrestre, son cruciales en las
biocenosis ligadas a las emisiones
termales (humeros) del fondo de los
océanos, ya que son los productores
en esos ecositemas sin luz del fondo
oceánico.

12. Diagrama del flujo de energía en un ecosistema. La energía que atraviesa un ecosistema va
disminuyendo a medida que pasa de unos niveles tróficos a otros.

13. • Podemos reconocer básicamente tres niveles de
organismos en una biocenosis en función de cómo
obtienen sus nutrientes:
• PRODUCTORES. Fijan y almacenan la energía solar en
forma de moléculas orgánicas a partir de compuestos
inorgánicos.
• CONSUMIDORES. Se nutren a expensas de la materia
orgánica ya elaborada. Son:
– Consumidores propiamente dichos. Se alimentan de materia
orgánica viva. Son primarios, secundarios, terciarios y
omnívoros.
– Sapróbios o detritívoros. Se alimentan de materia orgánica
muerta. Son necrófagos o carroñeros, saprófagos que se
alimentan de restos de plantas o cadáveres claramente
alterados y coprófagos que se alimentan de excrementos de
animales como los escarabajos peloteros.
• DESCOMPONEDORES. Son las bacterias y hongos. Se les
llama también transformadores, reductores, mineralizadores o
saprofitos

14. AUTÓTROFOS
FOTOSINTÉTICOS: Bacterias, Cianobacterias, algas
unicelulares y pluricelulares y plantas superiores.
CO2 + H2O
PRODUCTORES
Mat. orgánica + O2
QUIMIOSINTÉTICOS: Obtienen la energía de la oxidación de
ciertas moléculas inorgánicas. Son bacterias autótrofas
independientes de la luz.
RESPIRACIÓN: Mat. orgánica + O2
CO2 + H2O + Calor
FORMAN SUS PROPIAS ESTRUCTURAS
CONSUMIDORES
Detritívoros
o
CONSUMIDORES PRIMARIOS O
HERBÍVOROS
saprobios
HETERÓTROFOS
RESPIRACIÓN: Mat. orgánica + O2
CO2 + H2O + Calor
FORMAN SUS PROPIAS ESTRUCTURAS
TRANSFORMADORES
CONSUMIDORES SECUNDARIOS
O CARNÍVOROS
CONSUMIDORES TERCIARIOS O
SUPERPREDADORES
DESCOMPONEDORES
CALOR
HETERÓTROFOS SAPRÓFITOS
Bacterias y hongos que transforman:
Materia inorgánica y
Materia orgánica e
orgánica compleja
inorgánica sencilla
MINERALIZADORES
AUTÓTROFOS QUIMIOSINTÉTICOS
Transforman la materia orgánica en compuestos minerales

15. Diagrama del flujo de energía en un ecosistema. La energía que atraviesa un ecosistema va
disminuyendo a medida que pasa de unos niveles tróficos a otros.

16. Diagrama del flujo de energía en un ecosistema. La energía que atraviesa un ecosistema va
disminuyendo a medida que pasa de unos niveles tróficos a otros.

17. CADENA Y RED TRÓFICA
Los organismos están conectados tróficamente unos
con otros. Para visualizar claramente estas relaciones
alimentarias hay tres modelos: cadenas tróficas, redes
tróficas y pirámides tróficas.
CADENAS TRÓFICAS
REDES TRÓFICAS

18. CADENA Y RED TRÓFICA
CADENA
TRÓFICA

19. CADENA Y RED TRÓFICA
RED TRÓFICA

20. PARÁMETROS TRÓFICOS
• BIOMASA: Es la cantidad en peso de materia
orgánica viva o muerta de cualquier nivel trófico
o de cualquier ecosistema.
Se mide en gr., kg., y en unidades de
energía. Un gr. de materia orgánica equivale a 4
ó 5 kcal. y se expresa en unidades de área o
volumen.
Ej.: kgC/m2. C=materia orgánica.

21. La biosfera tiene una cantidad de biomasa insignificante con respecto a la necromasa,
siendo aún mucho mayores las reservas resultantes de la acumulación de carbono
reducido (carbón o petróleo) por organismos de otros tiempos geológicos.

22. PARÁMETROS TRÓFICOS
• PRODUCCIÓN: Se refiere al incremento de biomasa de
un ecosistema o de uno de sus niveles tróficos.
• Producción primaria (Pp) es la cantidad de energía luminosa
transformada en energía química por los vegetales.
• Producción secundaria (Ps) es el nombre que recibe el
almacenamiento de energía en los tejidos de los organismos
heterótrofos.
En los dos casos:
• Producción bruta (Pb): Energía fijada por unidad de tiempo. En
productores es el total sintetizado por día o año incluyendo la que
se consume en la respiración y en consumidores el alimento
asimilado que no es el consumido.
• Producción neta (Pn): Materia orgánica que queda después de
descontar la respiración. Es la que podrá ser transferida al nivel
siguiente. Refleja el aumento de biomasa por unidad de tiempo.
Pn = Pb – R
R = respiración

23. PRODUCCIÓN DE LA BIOSFERA
Producción anual
(entre bruta y neta)
(gC/m2)
Extensión
(106 km2)
Producción anual
(106 ton C)
Bosques
400
41
16 400
Cultivos
350
15
5 250
Estepas y pastos
200
30
6 000
50
40
2 000
0
22
0
148
29 650
361
36 100
Desiertos
Rocas, hielos,
ciudades
Tierras
Océanos
100
Aguas continentales
100
Aguas
Total
1.9
190
362.9
36 290
65 940

24. PARÁMETROS TRÓFICOS
• PRODUCTIVIDAD de un ecosistema, o de uno de sus
niveles tróficos, consiste en la relación entre la
producción (P) y la biomasa mantenida (B) por unidad
de
p=P/B
Representa la velocidad con que se renueva la
biomasa y la eficiencia con que se transmite la energía
de un nivel trófico del ecosistema al siguiente.

25. PARÁMETROS TRÓFICOS
•
PRODUCTIVIDAD BRUTA (pB) o flujo de energía al nivel trófico
considerado.
pB = PB / B
•
PRODUCTIVIDAD NETA (r) o tasa de renovación. Señala la
velocidad de renovación de la biomasa del ecosistema o nivel
trófico. Puede variar entre 0 y 1 (como valor máximo=100%).
r = PN / B
•
TIEMPO DE RENOVACIÓN (tr) de la biomasa de un sistema o nivel
trófico . Representa el tiempo que tarda en renovarse un nivel
trófico. Se mide en días, años, etc.
tr = B / PN

26. En un pastizal, cuya estructura es simple, el tiempo de permanencia de los
elementos es breve, y su renovación (productividad), muy alta (p<1). En ciertos
momentos del ciclo vegetativo su productividad diaria puede acercarse al de las
comunidades planctónicas.

27. En el cultivo, la productividad es máxima (p=1), dado que la totalidad de la biomasa
producida es extraída en la recolección. La renovación de biomasa se puede
considerar continua.

28. En el bosque maduro ocurre lo contrario: presenta una gran cantidad de biomasa
que se mantiene constante. Se puede aceptar que toda la energía que le llega se
emplea en su automantenimiento y no se produce un aumento de materia y
energía. Cada nivel trófico consume la producción neta del nivel precedente, sin
variar la biomasa. Por tanto, la respiración es lo que condiciona que la
productividad sea inferior a la del pasto (p=0).

29. El mayor grado de organización y estabilidad del ecosistema va unido a una baja
velocidad de renovación de sus elementos, a una disminución del flujo de energía
que lo atraviesa y a un aumento de la biodiversidad. Un ejemplo real son las selvas
tropicales, con una producción muy alta, la productividad, por el contrario, es
inferior a la de los pastos o praderas, debido a la elevada biomasa permanente que
presentan.

30. ECOSISTEMA
Biomasa (mg C/m3)
Producción (mg
C/m3) - día
Plantas
60.000
1.200
Herbívoros
6.000
40
Carnívoros
400
1
Carnívoros II
48
0,03
Observa los datos de la tabla y realiza estas actividades:
•Compara los valores de biomasa y producción en los diferentes niveles tróficos y saca alguna
conclusión.
Se observa que ambos parámetros van disminuyendo según la regla del 10%
•¿Qué ocurre con la productividad y el tiempo de renovación a lo largo de la cadena trófica.
La productividad va disminuyendo: 0.02, 0.006, 0,002, 0.0006 y el tiempo de renovación va
aumentando, ya que, por regla general, los últimos eslabones tardan más tiempo en crecer:
50, 150, 400 y 1600 días.
•¿Por qué el número de eslabones es tan reducido?
Dado que la energía que pasa de un eslabón a otro es sólo el 10% de la contenida en él, si lo
productores fijaran una unidad, los herbívoros recibirían la décima parte , los carnívoros I, la
centésima, etc... De forma que el paso de energía a los últimos eslabones es insignificante.
•Calcula la productividad total del ecosistema. ¿Presenta un porcentaje elevado o bajo?¿Cuál crees
que puede ser el motivo?
La productividad total del sistema es Pn/B= 1.241,03 / 66,448 = 0,018, cantidad muy pequeña
si la comparamos con la máxima que sería la unidad. Esto quiere decir que el sistema tiene
mucha biomasa, puesto que presenta un gran gasto respiratorio.

31. PARÁMETROS TRÓFICOS
EFICIENCIA ECOLÓGICA. La eficiencia ecológica describe la
eficacia con la cual la energía se transfiere de un nivel trófico a
otro y se puede definir como el aprovechamiento de la energía que
se transfiere de un nivel trófico (n-1) al siguiente (n), y puesto que
en la transferencia siempre se disipa calor, será mayor la eficiencia
cuanto menor sea la pérdida.

32. La energía que pasa de un eslabón a otro es
aproximadamente el 10% de la acumulada en él.
(Regla de Lindeman)
Nº de eslabones limitado

33. Un animal quema continuamente su suministro de combustible para
realizar el trabajo de vivir. expulsando los gases de la combustión por las
chimeneas de sus fosas nasales y despidiendo calorías al espació exterior
en forma de calor de radiación. El animal utiliza su propia carne,
reemplazando la materia consumida por medio de la ingestión de más
alimentos, y quemando después la mayor parte de éstos. Este proceso de
consumo de la materia por los fuegos de la vida tiene lugar en todos los
niveles de las pirámides tróficas, y los fuegos se ven continuamente
refrescados por las plantas sobre las que reposan las pirámides animales.
En cada nivel sucesivo de las pirámides, los animales tienen que
conformarse con el combustible (alimento) que pueden arrebatarle al nivel
inferior. Pero solo pueden arrancarle una fracción de lo que este nivel no
haya consumido ya, y con ello, los habitantes de las capas superiores
deben no sólo construir sus propios cuerpos; sino también alimentar sus
vidas. Es este el motivo por el que su población es sólo una fracción de las
poblaciones de los niveles tróficos inferiores, lo que viene a decir que son
escasos.
Del libro ¿Por qué son escasas las fieras?
Paul A. Colinvaux 1978. Pág. 28

34. PARÁMETROS TRÓFICOS
En función de la ley del diez por ciento, a medida que la energía
va fluyendo a niveles tróficos superiores la reducción del flujo
energético es progresiva, dado que cada nivel trófico tiene a su
disposición únicamente una fracción del que lo precede, que es del
orden del 10 por ciento. La eficiencia ecológica describe la
eficiencia con la cual la energía se transfiere de un nivel trófico a
otro.

35. FACTORES QUE REGULAN LA
PRODUCCIÓN PRIMARIA
En conjunto, la biosfera utiliza menos del uno por mil de la energía
del Sol que alcanza la superficie terrestre. Tan baja eficiencia se
debe a una serie de factores que limitan o regulan la producción de
los organismos autótrofos.
El crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único
elemento que se encuentra en cantidad inferior a la mínima
necesaria y que actúa como factor limitante.
• Luz
• Nutrientes (nitrógeno y fósforo)
• Temperatura
• Agua
• Concentración de CO2

36. Factores limitantes
•
Luz: Una mayor cantidad de luz provoca
un aumento de la productividad hasta
cierto nivel, sobrepasado el cual no
aumenta la productividad.
•
El agua: Permite el crecimiento, al servir
de vehículo a las sales minerales y sin
ella los estomas se cierran e impiden el
paso de CO2.

37. •
La temperatura: Un aumento incrementa la producción, pero si
aumenta en exceso decrece bruscamente.
•
Concentración de CO2: Niveles altos de CO2 aumentan la
productividad como ocurre en invernaderos. Si el nivel es bajo cae la
fotosíntesis, debido a que la enzima RuBisCO promueve la
fotorrespiración.
[CO2]
 [CO2]
Según como tenga lugar este proceso existen dos tipos de plantas :
•
•
C3 (normales),p.ej. Trigo, patata, arroz, tomate judías.
C4 (soportan bajos niveles CO2),p.ej. Maíz, caña de azúcar, sorgo, mijo.

38. • Nitrógeno y fósforo:
Estos nutrientes son factores limitantes muy importantes. La riqueza y
productividad de los ecosistemas dependen de los mecanismos de
reciclado de los nutrientes.
En ecosistemas marinos son mucho más condicionantes debido a la
dificultad para el reciclado.
AFLORAMIENTO

39. VALENCIA ECOLÓGICA: campo o intervalo de tolerancia de una
especie respecto a un factor cualquiera del medio (luz, temperatura,
humedad, fósforo, nitrógeno, pH, etc.), que actúa como factor
limitante. Desde este punto de vista podemos considerar especies:
• EURIONICAS: Son poco exigentes respecto a los valores
alcanzados por un determinado factor. Suelen ser generalistas,
r estrategas. Son más tolerantes a las variaciones del medio,
pero en general poco abundantes.
• ESTENOICAS: Aunque son más exigentes con un determinado
factor, cuando las condiciones son las adecuadas, el número de
individuos es bastante elevado. Son estrategas k, especialistas
que responden de mejor forma cuando las condiciones son
propicias.

40. Valencia ecológica de una especie de vegetal.

41. PIRÁMIDES TRÓFICAS O ECOLÓGICAS
•
Son representaciones hechas con rectángulos superpuestos de
cada uno de estos niveles. Pueden ser :
• De números: Representa en número concreto de individuos
concreto que se encuentran en el ecosistema, por unidad de
superficie o de volumen, en un momento dado. Pueden ser
invertidas.
• De biomasa: Son mucho mas representativas que las
anteriores. Los escalones corresponden a las biomasas de
cada categoría. Pueden ser invertidas, como ocurre cuando
se muestrea un ecosistema marino inmediatamente después
de un periodo de consumo máximo de los productores, por
lo que estos presentan una biomasa inferior a la de otros
niveles. Su existencia temporal es posible debido a la rápida
multiplicación del fitoplancton.
• De energía o pirámides de producción: Representan el
contenido energético de cada nivel. Siguen la regla del 10%
y tienen forma de una verdadera pirámide.

44. Pirámide de números
Pirámide de biomasa de un ecosistema marino
Pirámide de energía
Pirámide de biomasa de un ecosistema terrestre

45. LAS PIRÁMIDES TRÓFICAS
Un animal quema continuamente su suministro de combustible para realizar el
trabajo de vivir. expulsando los gases de la combustión por las chimeneas de sus
fosas nasales y despidiendo calorías al espació exterior en forma de calor de
radiación. El animal utiliza su propia carne, reemplazando la materia consumida por
medio de la ingestión de más alimentos, y quemando después la mayor parte de
éstos. Este proceso de consumo de la materia por los fuegos de la vida tiene lugar
en todos los niveles de las pirámides tróficas, y los fuegos se ven continuamente
refrescados por las plantas sobre las que reposan las pirámides animales.
En cada nivel sucesivo de las pirámides, los animales tienen que conformarse
con el combustible (alimento) que pueden arrebatarle al nivel inferior. Pero solo
pueden arrancarle una fracción de lo que este nivel no haya consumido ya, y con
ello, los habitantes de las capas superiores deben no sólo construir sus propios
cuerpos; sino también alimentar sus vidas. Es este el motivo por el que su población
es sólo una fracción de las poblaciones de los niveles tróficos inferiores, lo que viene
a decir que son escasos.
Del libro ¿Por qué son escasas las fieras?
Paul A. Colinvaux 1978. Pág. 28

46. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS DEL C, N, P, S Y O.
Elementos químicos en el ecosistema.
Los seres vivos están formados por elementos químicos, fundamentalmente por
oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno que, en conjunto, suponen más del 95% de
peso de los seres vivos. El resto es fósforo, azufre, calcio, potasio, y un largo
etcétera de elementos presentes en cantidades muy pequeñas, aunque algunos de
ellos muy importantes para el metabolismo.
Estos elementos también se encuentran en la naturaleza no viva, acumulados en
depósitos. Así, en la atmósfera hay O2, N2 y CO2. En el suelo H2O, nitratos,
fosfatos y otras sales. En las rocas fosfatos, carbonatos, etc.
Transferencia cíclica de los elementos
Algunos seres vivos son capaces de captarlos de los depósitos inertes en los que se
acumulan. Después van transfiriéndose en las cadenas tróficas de unos seres vivos
a otros, siendo sometidos a procesos químicos que los van situando en distintas
moléculas.
Ciclos de los elementos – flujo de energía
Los ciclos de los elementos mantienen una estrecha relación con el flujo de energía
en el ecosistema, ya que la energía utilizable por los organismos es la que se
encuentra en enlaces químicos uniendo los elementos para formar las moléculas.

47. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
• Ciclos de nutrientes gaseosos: carbono y nitrógeno
• Ciclos de ambientes sedimentario: fósforo y azufre.

48. CICLO DEL CARBONO
Respiración
CO2 atmosférico
Fotosíntesis*
Desforestación
PROCESOS
BIOLÓGICOS
Eq
uili
bri
oa
tm
ós
(D
f er
ifu
a-o
sió
nd
cé
an
ire
o
ct a
)
H2CO3 en agua que ataca a
Carbonatos y Silicatos
SERES VIVOS
PRODUCTORES
CONSUMIDORES 1OS
HCO3- ,Ca2+ y
SiO2 disuelta
niz
ac
ió
n
*La fotosíntesis moviliza cada año el 5% del CO2 atmosférico.
bus
t i ón
Com
Ca
rb
o
CARBÓN
PETRÓLEO
GAS NATURAL
es
cion
Erup nicas
á
volc
RESTOS MUERTOS
TEJIDOS ANIMALES
ENDURECIDOS
Diag
énes
is
CONSUMIDORES 2
OS
ROCAS CARBONATADAS
SILICATADAS

49. CICLO DEL CARBONO

50. CICLO DEL NITRÓGENO
N2 atmosférico
Desnitrificación
por bacterias anaerobias
(Pseudomonas)
Fijación por
microorganismos*,
tormentas y por la
industria (amoniaco,
abonos,…)
Erupciones volcánicas
Combustibles fósiles
NOx (todos los óxidos de nitrógeno)
HNO3
Lluvia ácida
SUELO
NO3
Nitrobacter
NITRATACIÓN
NO2Nitritos
Nitrosomonas
NITRIFICACIÓN
NH4+
Bacterias
Amoniaco
UREA
Nitratos
Descomposición,
putrefacción y
amonificación por
bacterias
(Clostridium)
PRODUCTORES
Ac. Nucleicos
Proteínas
CONSUMIDORES
Ac. Nucleicos
Proteínas
*Es el segundo factor limitante de la producción primaria después del fósforo, pero a diferencia de éste, hay microorganismos capaces de captarlo de la atmósfera (cianobacterias,
hongos como el actinomiceto del género Frankia o géneros de bacterias Rhizobium y Azotobacter).

51. CICLO DEL NITRÓGENO

53. GUANO

54. CICLO DEL FÓSFORO*
-Ac. Nucleicos
-Ac. Nucleicos
PRODUCTORES
-ATP-ADP-AMP
CONSUMIDORES
-Compuestos orgánicos con P
FOSFATOS
DISUELTOS
FOSFATOS
INORGÁNICOS
SUELO
Y ROCAS
SEDIMENTARIAS
-Esqueletos Ca 3(PO4)2
FOSFATOS DISUELTOS EN EL
OCÉANO
-Mineral (Apatito)
SEDIMENTACIÓN
EN EL FONDO DEL
OCÉANO
-Guano (abono)**
GUANO
-Compuestos orgánicos con P
Pes
ca
e
qu
s
ria
re
te
c
n
ba
ina
s
la
lim
y e n de
n
ció
re
ue a ac
M
rl
po
s
sto
-ATP-ADP-AMP
AVES
Procesos geológicos muy lentos (105-108 años)
*El fósforo está en su mayor parte inmovilizado en los fondos oceánicos y constituye el principal factor limitante de la
producción primaria porque su liberación depende del ciclo geológico y es muy lenta (105-108 años) . Se considera un
recurso no renovable.
** Con la extracción de fosfatos en las minas y el uso del guano para fertilizantes el hombre acelera el proceso natural
y la velocidad del ciclo.
PECES
afloramientos

55. CICLO DEL FÓSFORO

56. GUANO

57. Esquema de un afloramiento, el agua profunda asciende da la suferficie arrastrando los nutrientes que fertilizan el
fitoplancton. La energía externa que lo hace posible es la del viento.
VOLVER A FACTORES LIMITANTES

58. CICLO DEL AZUFRE
ATMÓSFERA
SO2
H2SO4
SO3
Dióxido de azufre
Ácido suflúrico
Trióxido de azufre
H2S
PRODUCTORES
SO4=
H2S
aas
Sulfuro de
hidrogeno
B
y acte
ho r
ng ias
os
Sulfato
CONSUMIDORES
aas
s
Bacteria
s
y hongo
Lluvia ácida
Sulfuro de hidrógeno
QUEMA DE
COMBUSTIBLES
FÓSILES
VOLCANES
AGUAS TERMALES
ALGAS DMS
H2S
SUELO
SO4=
Sulfuro de
rias
hidrógeno
cte
Ba
cas
téti
sin
mio
qui
Sulfatos
(yesos)
CARBÓN, PETRÓLEO,
PIZARRAS Y OTRAS
ROCAS CON SULFUROS
(Sulfuro de Fe: pirita)
SO2 - Dióxido de azufre
H2S - Sulfuro de hidrógeno
OCÉANO
SO4= - Sulfato
aas - aminoácidos
DMS: dimetil sulfuro

59. CICLO DEL AZUFRE

60. CICLO DEL OXÍGENO