Transferencia de energia en los ecosistemas

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El flujo de energía es el flujo de energía a través de los seres vivos dentro de un ecosistema.[1] Todos los organismos vivos pueden organizarse en productores y consumidores, y esos productores y consumidores pueden organizarse además en una cadena alimentaria.[2][3] Cada uno de los niveles dentro de la cadena alimentaria es un nivel trófico. [Para mostrar de forma más eficiente la cantidad de organismos en cada nivel trófico, estas cadenas alimentarias se organizan en pirámides tróficas[1]. Las flechas de la cadena alimentaria muestran que el flujo de energía es unidireccional, la cabeza de las flechas muestra la dirección en la que se mueve la energía y que la energía se pierde en forma de calor en cada paso del camino[2][3].

El flujo unidireccional de energía y la pérdida sucesiva de energía a medida que se asciende en la cadena alimentaria son patrones de flujo de energía que se rigen por la termodinámica, que es el concepto de intercambio de energía entre sistemas[4][5] La dinámica trófica se relaciona con la termodinámica porque se ocupa de la transferencia y transformación de energía (originada externamente por el sol a través de la radiación solar) hacia y entre los organismos[1].

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Contraste de las opiniones de los estudiantes y de los científicosLa palabra energía es utilizada a diario por los estudiantes en expresiones como “me he quedado sin energía” o “necesito más energía”. El uso cotidiano de este término por parte de los alumnos puede causar confusión a la hora de aprender a utilizar el término científico correcto. La mayoría de los alumnos reconocen que casi todos los organismos necesitan una fuente de energía para sobrevivir, funcionar y reproducirse. Los medios de comunicación y sus experiencias cotidianas influyen mucho en esta área de la ciencia.

Mapas de desarrollo conceptual – (Flujo de materia en los ecosistemas, Flujo de energía en los ecosistemas)Es importante ayudar a los alumnos a desarrollar una comprensión de los términos científicos “alimento” y “nutrientes” y explorar su relación con la energía y la materia . El término “energía”, tal y como se utiliza cuando se trabaja con redes alimentarias, es idéntico a la energía que se discute en otros ámbitos de la ciencia. Una idea clave a desarrollar es que la energía progresa a través de la red alimentaria (o cadena alimentaria) desde su fuente, el sol, sufriendo repetidas transformaciones. También es fundamental desarrollar la idea de que una red alimentaria puede ser compleja y está formada por varias cadenas alimentarias interrelacionadas.

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“Sí, el sol”. Casi todo lo que comes puede remontarse al sol a través de las cadenas alimentarias. Una cadena alimentaria consiste en una serie de organismos en la que el primer organismo es comido por un segundo y el segundo es comido por un tercero. Durante este proceso, los nutrientes y la energía del organismo comido se transfieren al organismo que lo come.

La mayoría de los alimentos que consumimos proceden de cadenas alimentarias simples derivadas de ecosistemas agrícolas controlados por el hombre. Por ejemplo, la carne que comemos proviene de una vaca que comió maíz. El maíz recibió su energía del sol.

Sin embargo, en los ecosistemas naturales, un halcón puede comer una serpiente que puede haber recibido su energía de un ratón, una rana o un conejo. Si se comió a un ratón, ese ratón puede haber consumido semillas de cualquier número de plantas. Ninguna de estas cadenas alimentarias es exactamente igual, lo que hace que el estudio de la transferencia de energía sea complejo.

La cadena alimentaria comienza con los productores, organismos como las plantas verdes, que pueden fabricar su propio alimento. A través de la fotosíntesis, los productores convierten la energía solar en energía química, en los enlaces químicos del alimento. De toda la energía que una planta recibe del sol, sólo un 3% se convierte en energía química. La cantidad de energía química varía según la especie vegetal y la ubicación de la planta. (Consulta la unidad ¿Qué es la energía? para obtener más información sobre la energía química).

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Todos los seres vivos necesitan energía de una forma u otra, ya que la mayoría de las vías metabólicas complejas requieren energía (a menudo en forma de ATP ); la vida misma es un proceso impulsado por la energía. Los organismos vivos no podrían ensamblar macromoléculas (proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y carbohidratos complejos) a partir de sus subunidades monoméricas sin un aporte energético constante.

Es importante entender cómo los organismos adquieren energía y cómo esa energía pasa de un organismo a otro a través de las redes alimentarias y de las cadenas alimentarias que las componen. Las redes alimentarias ilustran cómo la energía fluye direccionalmente a través de los ecosistemas, incluyendo la eficiencia con la que los organismos la adquieren, la utilizan y la cantidad que queda para ser utilizada por otros organismos de la red alimentaria. Los seres vivos adquieren la energía de tres maneras: la fotosíntesis, la quimiosíntesis y el consumo y la digestión de otros organismos vivos o previamente vivos por parte de los heterótrofos.

Los organismos fotosintéticos y quimiosintéticos se agrupan en una categoría conocida como autótrofos: organismos capaces de sintetizar su propio alimento (más concretamente, capaces de utilizar carbono inorgánico como fuente de carbono). Los autótrofos fotosintéticos (fotoautótrofos) utilizan la luz solar como fuente de energía, mientras que los autótrofos quimiosintéticos (quimioautótrofos) utilizan moléculas inorgánicas como fuente de energía. Los autótrofos actúan como productores y son fundamentales para todos los ecosistemas. Sin estos organismos, la energía no estaría disponible para otros organismos vivos y la vida misma no sería posible.

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