ECOLOGÍA DEL INDIVIDUO
ENERGÍA Y NUTRIENTES
Los organismos usan una de tres fuentes de energía: luz, moléculas
orgánicas y moléculas inorgánicas. De acuerdo a como obtienen la
energía, los organismos se pueden clasificar de acuerdo a su biología
trófica en:
AUTOTROFOS: aquellos que utilizan fuentes inorgánicas de
carbono y energía. Dentro de esta categoría se distinguen dos
grupos: Fotosintetizadores, que utilizan el dióxido de carbono
(CO2) como fuente de carbono y la luz como fuente de energía. Se
incluyen en este grupo a las plantas, protistas y bacterias
fotosintetizadoras. Los Quimiosintetizadores, usan moléculas
inorgánicas como fuente de carbono y energía y comprenden un
altamente diversificado grupo de bacterias quimiosintetizadoras.
HETERÓTROFOS: organismos que usan moléculas orgánicas como
fuente de carbono y energía. Los heterótrofos incluyen bacterias,
hongos, proristas, animales y plantas parásitas.
LA LUZ COMO FUENTE DE ENERGIA
Al analizar el espectro de la luz solar, se pueden distinguir tres
porciones, que de acuerdo a sus longitudes de onda larga, media y corta,
se denominan luz infrarroja, visible y ultravioleta, respectivamente.
temperatura de los organismos. Sin embargo, no contiene suficiente
energía para promover la fotosíntesis. En el otro extremo del espectro
solar, la luz ultravioleta porta tanta energía que rompe los enlaces
covalentes de muchas moléculas orgánicas y puede destruir la compleja
maquinaria bioquímica de la fotosíntesis. Entre estos extremos
energéticos está la luz que podemos ver, la luz visible, también
denominada radiación fotosintéticamente activa o PAR. Esta comprende
longitudes de onda entre los 400 y 700 nm y transporta la energía
necesaria para las reacciones dependientes de luz de la fotosíntesis, sin
interferir en la estabilidad de las moléculas orgánicas. La PAR
corresponde al 45% del contenido de energía total del espectro solar a
nivel del mar, en tanto que la luz infrarroja el 53%. El resto corresponde
a luz ultravioleta.
VÍAS FOTOSINTÉTICAS ALTERNATIVAS
Durante la fotosíntesis, los pigmentos fotosintéticos de plantas,
algas o bacterias absorven luz y transfieren su energía a los electrones.
Subsecuentemente, la energía transportada por estos electrónes es usada
para sintetizar ATP y NADPH. Estas moléculas, a su vez, sirven de
donadores de electrónes y energía para la síntesis de azúcares. De esta
manera, los organismos fotosintetizadores convierten la energía
electromagnética de la luz solar en moléculas orgánicas ricas en energía.
Dentro de los organismos fotosintetizadores, se distinguen tres
vías bioquímicas que realizan esta conversión: C33, C44 y CAM, las cuales son
encontradas en organismos ecológicamente diferentes. Las plantas que
realizan la fijación de CO2 mediante la vía de conversión C3, se
encuentran en ambientes fríos y húmedos. La pérdida de agua asociada a
esta vía de conversión restringe a las plantas que la utilizan a este tipo
de ambientes. En ambientes áridos, cálidos y secos, han evolucionado las
otras dos vías de fotosíntesis. En ellas, la luz no participa en la fijación de
carbono, pero sí lo hace en las reacciones que siguen a este proceso.
La fotosíntesis C4 permite a las plantas conservar agua y, por lo
tanto, es más eficiente qua la C3, bajo condiciones de alta temperatura,
alta intensidad de luz y agua limitada. La fotosíntesis CAM (metabolismo
del ácido crasuláceo) está ampliamente limitada a las plantas suculentas
de ambientes áridos y semiáridos. En esta vía, la fijación de carbono tiene
lugar en la noche, cuando las bajas temperaturas reducen la pérdida de
agua durante la absorción de CO2.
MOLÉCULAS ORGANICAS COMO FUENTE DE CARBONO Y ENERGIA
Los organismos heterotróficos usan moléculas orgánicas como
fuente de carbono y energía. Por lo tanto, dependen de la fijación y
conversión de carbono y energía que realizan los autótrofos. De acuerdo
al modo de alimentación, los heterótrofos se pueden concentrar en tres
grandes categorías:
i) HERVÍBOROS: organismos que comen plantas
ii) CARNÍVOROS: organismos que principalmente comen animales
iii) DETRITÍVOROS: organismos que se alimentan de materia orgánica
no viva. Generalmente, restos de plantas.
Dependiendo de la categoría trófica, los organismos deben resolver
problemas fundamentalmente diferentes, a fin de obtener adecuadas
fuentes de energía y nutrientes.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS ORGANISMOS Y REQUERIMIENTOS DE
NUTRIENTES REQUERIMIENTOS
Se puede obtener alguna información acerca de los requerimientos
nutricionales de los organismos, analizando su composición química. Así,
se ha determinado que sólo cinco elementos: carbono [C], oxígeno [O],
hidrógeno [H], nitrógeno [N] y fósforo [P], componen el 93% a 97% de
la biomasa de plantas, animales, hongos y bacterias. De estos cuatro
grupos, las plantas se distinguen químicamente porque sus tejidos,
generalmente, contienen concentraciones más bajas de fósforo y
nitrógeno (contenido promedio de N en los tejidos de plantas 2%; en
hongos, animales y bacterias 5 a 10%).
Los ecólogos expresan el contenido relativo de nitrógeno de los
organismos completos o sus tejidos como la razón de carbono a
nitrógeno C::N. En plantas, esta razón es 25:1 y en animales, hongos y
bacterias varía en promedio entre 5:1 a 10:1. Diferencias en las razones
C:N entre tejidos u organismos influencian significativamente lo que los
organismos comen, cuan rápidamente los consumidores se reproducen y
cuan rápidamente los organismos se descomponen.
HERBIIVOROS
El bajo contenido de nitrógeno de los tejidos vegetales y las
defensas químicas de las plantas, constituyen problemas substanciales
que los herbívoros deben enfrentar. Además de las defensas físicas de las
plantas (ej.:espinas, incorporación de cristales de sílica en sus tejidos),
que inhiben o dificultan su ingestión, muchas plantas endurecen sus
tejidos con grandes cantidades de celulosa y lignina, produciendo hojas
fibrosas y de difícil masticación. Más aún, la incorporación de estos
productos incrementa la razón C:N, disminuyendo el valor nutricional de
las plantas. Se suma a estos efectos, el hecho de que la mayoría de los
animales no pueden digerir celulosa o lignina, sin la ayuda de bacterias,
hongos o protistas que viven en sus tractos digestivos.
Otra línea de defensa química de las plantas, que los herbívoros
deben enfrentar, son las toxinas y sustancias reductoras de la digestión.
Las toxinas son químicos que matan, enferman o repelen a los
consumidores potenciales. Las sustancias reductoras de la digestión,
generalmente son compuestos fenólicos, tales como, taninos que se
unen a las proteinas de las plantas, inhibiendo su desdoblamiento por las
enzimas.
La cantidad de toxinas presentes en tejidos vegetales es enorme.
Sin embargo, se ha logrado establecer un interesante patrón: más
plantas tropicales contienen alcaloides y de mayor toxicidad que las
especies de ambientes temperados. A pesar de estos más altos niveles de
defensa química, los herbívoros remueven aproximadamente entre un
11% y 48% de la biomasa de hojas en los bosques tropicales, en tanto
que, en bosques temperados remueven alrededor de sólo un 7%. Estos
niveles más altos de ataque por hebívoros en plantas tropicales, sugiere
una mayor presión selectiva por defensa química en estas poblaciones.
DETRITÍVOROS
Estos organismos se alimentan del material muerto de las plantas
(detritus), el cual es rico en carbono y energía, pero aún más pobre en
nitrógeno que cuando forma parte de la materia viva de la planta.
Algunos experimentos señalan que el contenido de nitrógeno de las hojas
vivas de muchas especies de plantas, de diversos ambientes (bosques
tropicales, desiertos y bosques temperados), contienen en promedio el
doble de contenido de nitrógeno que el encontrado en las hojas muertas.
En forma similar a lo observado en las plantas, el detritus fresco
puede retener niveles suficientemente altos de defensas químicas como
para reducir su uso por los detritívoros.
CARNÍVOROS
Los carnívoros consumen presas que son nutricionalmente ricas.
Sin embargo, la captura de esas presas, en muchos casos, demanda un
alto costo energético. Además, las presas han desarrollado una amplia
variedad de sistemas de defensas: i) anatómicas: camuflaje, espinas,
conchas; ii) químicas: repelentes, venenos, etc. Y iii) conductuales: vuelo,
búsqueda de refugios, agrupamiento, congelamiento, etc..
Generalmente, las presas de los carnívoros son similares en el
contenido de nutrientes. Consecuentemente, los carnívoros, que a
menudo están ampliamente distribuídos geográficamente, pueden variar
sus dietas de una región a otra y frecuentemente lo hacen en función de
la disponibilidad local de presas.
Dado que los predadores deben capturar y reducir sus presas, a
menudo las seleccionan por su tamaño (predación tamaño-selectiva),
observándose una significativa correlación entre éstas y sus predadores.
AUTÓTROFOS QUIMIOSINTETIZADORES
Aunque menos comunes, pueden representar la más antigua forma
de mantención de vida. Estos organismos obtienen energía de moléculas
inorgánicas, descargadas por la actividad volcánica de las profundidades
del océano. Son bacterias que usan el CO2 como fuente de carbono y la
energía oxidando azufre, ácido sulfídrico o tiosulfito. Otras bacterias
quimiosintetizdoras oxidan amonio (NH4
+), nitrito (NO2
-), fierro (Fe2+),
hidrógeno (H2) ó monóxido de carbono (CO). De éstas, las bacterias
nitrificadoras están entre los organismos ecológicamente más
importantes de la biosfera.
Extractado de: Molles, M.C. 1999. Ecología: conceptos y aplicaciones. McGraw-Hill.
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