Como se mencionó al comienzo de esta sección, todos los organismos en la Tierra requieren energía para vivir. También aprendimos que la mayoría de las plantas obtienen su energía del Sol a través del proceso de fotosíntesis. Las plantas que usan el proceso de fotosíntesis, junto con los microbios fotosintetizadores, se llaman autótrofos. La palabra autótrofo proviene de la palabra latina que significa “autoalimentación”. Estas plantas y microbios se denominan autótrofos porque producen su propia energía alimentaria mediante la conversión de energía solar en azúcar a través del proceso metabólico de la fotosíntesis. Pero, ¿qué pasa con otras formas de vida, como los seres humanos, los mamíferos y los insectos que no pueden metabolizar la energía solar? Estos organismos se denominan heterótrofos (de la palabra latina que significa “alimentación diferente”), porque deben consumir compuestos orgánicos que se encuentran en los tejidos de otros organismos y les suministran la energía alimentaria que necesitan. 

Mirando hacia el futuro

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Aprenderemos en la próxima sección Energía y Espiritualidad que muchas religiones del mundo sostienen que los seres humanos poseen una “energía espiritual” interna.

Numerosas formas de autótrofos y heterótrofos que viven dentro del mismo ecosistema mantienen el equilibrio a través de una estructura trófica. Una estructura trófica es un patrón de movimiento de energía y materia entre organismos en un ecosistema específico. La compleja estructura trófica que mantiene el equilibrio entre autótrofos y heterótrofos, conocida como red alimentaria, se basa en las relaciones de alimentación entre organismos que coexisten dentro de un ecosistema. Un ejemplo de una red alimentaria de suelo simple (Figura 4) muestra los enlaces interdependientes entre organismos. Cada organismo juega un papel dentro del ecosistema que se requiere para la vitalidad de los otros organismos en la red trófica.

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Figura 4. Una red alimentaria del ecosistema del suelo. Las flechas representan el flujo de energía de un organismo al siguiente a través de la red trófica. 1

Hay diferentes niveles tróficos que se establecen dentro de una red trófica. La diferenciación de estos niveles se basa en grupos de organismos que comparten los mismos hábitos de alimentación y los principales medios para obtener energía. Por ejemplo, las plantas fotosintéticas constituyen el nivel trófico del productor primario, porque son primordiales para la red alimenticia y producen sus propios azúcares que luego alimentan el resto de la red trófica. Los consumidores primarios o herbívoros constituyen el segundo nivel trófico, porque consumen productores primarios. Los consumidores secundarios son carnívoros u omnívoros que consumen consumidores primarios y, en ocasiones, plantas. Los consumidores terciarios (también llamados los mejores carnívoros) consumen consumidores primarios y secundarios. La mayoría de las redes alimentarias no pueden soportar más de cuatro niveles tróficos, debido a la ineficiencia de la transferencia de energía (la pérdida de energía utilizable) de un nivel al siguiente (es decir, la Segunda Ley de la Termodinámica).

Si las plantas, los microorganismos y los animales en una red alimentaria se clasifican por sus niveles tróficos, podemos mostrar y resumir sus relaciones, la biomasa a nivel trófico y la transferencia de energía dentro de una pirámide trófica (Figura 5).

trophic levels
Figura 5. Una pirámide trófica simple muestra la pérdida de energía (kilo calorías o biomasa) de un nivel trófico a otro. Representada como una pirámide, podemos ver que los productores primarios o autótrofos fotosintetizadores constituyen la base de la mayoría de las redes tróficas. A medida que la energía se transfiere por la pirámide hacia los principales carnívoros, aproximadamente 90% se pierde en cada nivel y sólo 10% se convierte en biomasa del siguiente nivel trófico superior. 2

En la pirámide trófica, representada en la Figura 5, hay cuatro niveles tróficos. En la base de la pirámide están las plantas fotosintéticas o los productores primarios. Tengamos en cuenta que la biomasa total (o energía almacenada) del nivel trófico base es muchas veces mayor que los otros niveles tróficos, de cada nivel trófico sucesivo que contiene una biomasa total significativamente menor. La reducción en la biomasa ocurre porque hay una gran pérdida de energía asociada con cada transferencia trófica, mientras que sólo 10% de la energía se transfiere de un nivel al siguiente, y se convierte en biomasa en el siguiente nivel trófico superior.

Por ejemplo, cuando un herbívoro (como un insecto herbívoro) consume 100 kcal (kilo calorías) de hierba, no puede convertir 100% de esas calorías en biomasa de insectos. En cambio, parte de la energía se usa en la búsqueda de los insectos para encontrar alimentos adecuados y para comer y digerir los alimentos. Parte de la energía de los alimentos se consume a través de procesos metabólicos básicos en el insecto y parte se pierde a través de la defecación de las heces. Por tanto, sólo aproximadamente 10% de la energía consumida se convertirá en un nuevo crecimiento de tejidos de los insectos o en su reproducción.

La eficiencia trófica se calcula por el porcentaje de energía que los consumidores en un nivel trófico obtienen y convierten en biomasa a partir de la energía total almacenada del nivel trófico anterior. Debido a que la eficiencia trófica es muy baja, hay muy pocos consumidores terciarios (como se muestra con el halcón en la Figura 5).

Cómo se explica en el capítulo de biodiversidad, la Tierra alberga muchos biomas diferentes, cada uno de los cuales alberga cientos de redes alimentarias regionales únicas, como la que se muestra en la Figura 6. En los últimos tres mil millones de años, ha proliferado la cantidad de diferentes formas de vida, aumentando la biodiversidad de la Tierra y aumentando la biomasa total de los organismos vivos. Tras la muerte de un organismo, parte de esta biomasa quedó enterrada en depósitos geológicos. En el transcurso de varios cientos de millones de años, esta biomasa se ha convertido en petróleo crudo combustible, carbón, gas natural y aceites pesados debido a la exposición al calor y la presión en la corteza terrestre. Estos depósitos de combustibles orgánicos se llaman combustibles fósiles. Más adelante en este capítulo, aprenderemos cómo los humanos utilizan estos depósitos orgánicos fosilizados como una forma de combustible en muchas culturas modernas.