En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Por qué hay menos energía disponible en cada nivel trófico más alto?
Un campo puede alimentar a miles de saltamontes pero solo a unos cuantos halcones. En esta lección descubrirás por qué. Usarás la regla del 10 por ciento para calcular cuánta energía llega a cada nivel trófico, leerás balances de energía y pirámides, y explicarás por qué las cadenas alimenticias rara vez tienen más de cuatro o cinco eslabones.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
La regla del 10 por ciento
- Cerca del 10% de la energía pasa al siguiente nivel
- Cerca del 90% no se transfiere
- Subir un nivel: × 0.10. Bajar un nivel: × 10
Una pirámide de energía muestra cuánta energía hay disponible en cada nivel trófico. En promedio, solo cerca del 10% de la energía de un nivel termina almacenada en el cuerpo de los organismos del siguiente nivel. Si el pasto de un campo almacena 10,000 kcal de energía, los saltamontes que lo comen almacenan solo cerca de 1,000 kcal, los ratones cerca de 100 kcal y las serpientes cerca de 10 kcal. Para subir un nivel, multiplica por 0.10. Para bajar un nivel, multiplica por 10.
¿A dónde va la energía?
- Parte del alimento no se come o no se digiere
- La respiración celular libera energía como calor
- Solo pasa la energía almacenada en el crecimiento
¿Por qué se pierde tanta energía? Este balance de energía muestra qué pasa cuando una oruga come 200 J de hoja. La mitad de la energía (100 J) sale en las heces, porque la oruga no puede digerirla. Cerca de un tercio (67 J) se usa en la respiración celular para dar energía al movimiento, al crecimiento y a otros procesos de la vida, y esa energía termina como calor. Solo 33 J, cerca del 17%, se almacenan en tejido nuevo que un ave podría comer. En todo un nivel trófico, incluidas las muchas plantas y animales que nunca son comidos, el promedio resulta ser cerca del 10%.
Pirámides de números y de biomasa
- Pirámide de números: cuántos organismos hay
- Pirámide de biomasa: masa total de los seres vivos
- Una pirámide de números puede estar al revés
Los ecólogos también hacen pirámides de números y de biomasa (la masa total de los seres vivos). La biomasa suele disminuir en cada nivel, igual que la energía. Una pirámide de números puede verse muy distinta. Un solo roble puede alimentar a 2,000 orugas, así que la base de la pirámide de números es más angosta que el nivel de arriba. Aun así, la enorme biomasa del árbol hace que la base de la pirámide de biomasa sea la más ancha. Una pirámide de energía, a diferencia de una pirámide de números, siempre es más ancha en la base.
Por qué las cadenas alimenticias son cortas
- Cada nivel recibe cerca del 10% del nivel de abajo
- Después de cuatro o cinco niveles queda poca energía
- Los depredadores del tope son pocos y necesitan áreas grandes
- Las sustancias químicas persistentes, como el DDT, pueden acumularse en los depredadores del tope
Como la energía baja cerca de 90% en cada paso, el quinto nivel de una cadena alimenticia recibe solo cerca del 0.01% de la energía que captan los productores: 10,000 kcal se reducen a apenas 1 kcal. No queda energía suficiente para sostener otro nivel. Por eso los depredadores del tope, como los halcones, los lobos y los tiburones, son escasos y deben cazar en áreas grandes. En esta gráfica de escala logarítmica, cada barra representa una décima parte de la energía de la barra que está a su izquierda.
Las sustancias químicas se acumulan en los depredadores del tope
- Algunas sustancias químicas, como el DDT y el mercurio, no se degradan ni se eliminan fácilmente del cuerpo
- Un consumidor recibe la sustancia de los muchos organismos que come
- La concentración suele aumentar en cada nivel trófico más alto
| Organismo | Nivel trófico | DDT en el tejido corporal (ppm) |
|---|---|---|
| Algas | Productor | 0.04 |
| Zooplancton | Consumidor primario | 0.23 |
| Peces pequeños | Consumidor secundario | 1.2 |
| Ave que come peces | Consumidor terciario | 24 |
La energía no es lo único que sube por una cadena alimenticia. Algunos contaminantes, como el pesticida DDT y el metal mercurio, no se degradan ni se eliminan fácilmente del cuerpo, así que se quedan en los tejidos de un organismo. Un consumidor come muchos organismos del nivel de abajo, así que acumula la sustancia de todos ellos, mientras que la mayor parte de la energía de ese alimento se pierde, como viste arriba. Como resultado, la concentración de la sustancia suele aumentar en cada nivel trófico más alto. Esto se llama biomagnificación. La tabla muestra datos de ejemplo de DDT en una cadena alimenticia de un lago. La concentración en el ave que come peces es cerca de 600 veces la concentración en las algas, aunque el ave es la que contiene menos energía. Las concentraciones altas pueden dañar a los depredadores del tope. Por ejemplo, el DDT adelgazó los cascarones de los huevos de aves como las águilas calvas y los halcones peregrinos, y sus poblaciones disminuyeron hasta que el DDT se prohibió en Estados Unidos en 1972.
Comer más abajo en la cadena alimenticia
- Comer plantas se salta un nivel trófico
- A las personas les llega cerca de 10 veces más energía alimenticia
- Se puede alimentar a más personas con la misma tierra
Las personas pueden comer en distintos niveles tróficos. Cuando las personas comen maíz, son consumidores primarios. Cuando el ganado come el maíz y las personas comen la carne de res, las personas son consumidores secundarios, y cerca del 90% de la energía del maíz se pierde en el camino. Así que el mismo campo de maíz da cerca de 10 veces más energía alimenticia cuando las personas lo comen directamente. Esta es una razón por la que las dietas con más alimentos de origen vegetal pueden alimentar a más personas con la misma cantidad de tierra.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: La energía en una cadena alimenticia del océano
El fitoplancton de una zona costera del océano capta 5,000 kcal/m2 de energía por año. Usa la regla del 10 por ciento para calcular la energía disponible para el zooplancton, los peces pequeños y el atún.
Mostrar la solución
- Zooplancton: 5,000 kcal/m2/año × 0.10 = 500 kcal/m2/año
- Peces pequeños: 500 kcal/m2/año × 0.10 = 50 kcal/m2/año
- Atún: 50 kcal/m2/año × 0.10 = 5 kcal/m2/año
- Comprobación: 5 ÷ 5,000 = 0.001, así que el atún recibe solo el 0.1% de la energía de los productores.
- Respuesta: 500, 50 y 5 kcal/m2 por año.
Ejemplo 2: Alimentar a un halcón
Un halcón necesita cerca de 150 kcal de energía al día de su alimento. En la cadena alimenticia pasto → ratón → serpiente → halcón, ¿cuánta energía debe captar el pasto cada día para mantenerlo?
Mostrar la solución
- Baja por la cadena: cada nivel de abajo debe tener cerca de 10 veces más energía.
- Serpientes: 150 kcal × 10 = 1,500 kcal
- Ratones: 1,500 kcal × 10 = 15,000 kcal
- Pasto: 15,000 kcal × 10 = 150,000 kcal
- Respuesta: Cerca de 150,000 kcal por día, 1,000 veces lo que recibe el halcón.
Ejemplo 3: El balance de energía de un venado
Un venado come plantas que contienen 10,000 kJ de energía. De eso, 4,000 kJ salen en las heces y 5,800 kJ se usan en la respiración celular. ¿Cuánta energía se almacena en nuevo crecimiento? ¿Qué porcentaje es? Explica por qué es menos que el 17% de la oruga.
| A dónde va la energía | Energía (kJ) |
|---|---|
| Comida | 10,000 |
| Perdida en las heces | 4,000 |
| Usada en la respiración celular | 5,800 |
| Almacenada en nuevo crecimiento | ? |
Mostrar la solución
- Crecimiento: 10,000 kJ − 4,000 kJ − 5,800 kJ = 200 kJ
- Porcentaje: 200 kJ ÷ 10,000 kJ × 100 = 2%
- Por qué es menor: un venado es de sangre caliente. Gasta mucha energía en la respiración celular solo para mantener caliente su cuerpo, mientras que una oruga no.
- Respuesta: 200 kJ, que es solo el 2% de la energía que comió.
Práctica
Completa una pirámide de energía, lee un balance de energía, explica una pirámide de números y usa datos para explicar cómo se acumula una sustancia química en un depredador del tope. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.
- Hoja de práctica: Pirámides de energía (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: Pirámides de energía (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Cerca del 10% de la energía pasa al siguiente nivel
- La energía que no se transfiere se pierde como calor o queda en los desechos
- Una pirámide de energía es más ancha en la base
- Después de cuatro o cinco niveles queda poca energía
- Las sustancias químicas persistentes pueden acumularse en los depredadores del tope
De vuelta a la pregunta esencial: en cada nivel trófico, los organismos pierden una gran parte de la energía que toman. Parte del alimento nunca se come ni se digiere, y gran parte del resto se usa en la respiración celular y termina como calor. Solo cerca del 10% se almacena en su cuerpo para que lo coma el siguiente nivel. Por eso las pirámides de energía se reducen en cada nivel, las cadenas alimenticias son cortas y los depredadores del tope son escasos. Algunas sustancias químicas persistentes, como el DDT, no se agotan, así que pueden acumularse en los depredadores del tope. Con esto termina nuestra unidad sobre la materia y la energía en los ecosistemas.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS2-4: Usar representaciones matemáticas para respaldar afirmaciones sobre el ciclo de la materia y el flujo de energía entre los organismos de un ecosistema.
Ideas disciplinarias básicas: LS2.B Ciclos de la materia y transferencia de energía en los ecosistemas