miércoles, 20 de febrero de 2013

Cristales y Minerales: Introducción a la Mineralogía


Cristales: definición y estructura.

   Celdilla Unidad.

Definimos cristal como un sólido homogéneo que posee un orden interno tridimensional. Es decir, posee una regularidad. Ello es debido a que los cristales están compuestos por una serie de átomos y forman una estructura que se repite.

A la celdilla más pequeña que nos reproduce el modelo de ordenación se le denomina celdilla unidad. Pueden presentar variaos tipos de formas geométricas.
Celdilla unidad.
 En el ejemplo anterior tenemos una celdilla unidad cúbica. Un ejemplo de estructura cristalina con celdillas unidades cúbicas es la sal común, el cloruro sódico. En los vértices de la celdilla estarían los diferentes átomos, en este caso los átomos de sodio y cloro.
Cristal de cloruro sódico

   Cristales y simetría.

Una de las principales propiedades de la materia cristalina es la simetría. En un cristal podemos hacer operaciones de simetría, de forma que con distintos movimientos que se pueden realizar sobre un cristal siempre podremos hacerlo coincidir con su posición original.

En total podemos hacer tres tipos de operaciones o movimientos: rotación alrededor de un eje, reflexión sobre un plano e inversión con respecto a un centro.

Los elementos de simetría son los ejes, los planos y los centros de simetría. Estos deben agruparse de una manera concreta. Las combinaciones posibles de agrupamiento de estos tres elementos darán lugar a los 32 tipos de simetrías.

Si queremos describir los critales, tendremos que tomar líneas de referencia y no unas cualquiera, sino aquellas que pasan por un punto común. De esta manera tendremos los llamados ejes cristalográficos, los cuales forman entre si unos ángulos determinados. A estos ángulos se les denomina α, β y γ.
Cristal con líneas de referencia y ángulos
Tanto los ejes como los ángulos que forman los ejes entre si se denominan constantes cristalográficas.
Las 32 clases cristalinas se pueden agrupar en 7 sistemas distintos que reciben el nombre de cúbico, tetragonal, hexagonal, romboédrico, rómbico monocíclico y tricíclico.

Mineralogía.

   Mineralogía práctica.

Los minerales presentan propiedades físicas distintivas, que nos ayudarán a distinguir un mineral de otro.

Entendemos mineral como el elemento más simple de la materia sólida que puede ser encontrado de forma aislada en la naturaleza. Puede estar formado por un elemento químico o por varios. En algunos casos su fórmula no es exacta, sino aproximada.

Las clases minerales son los grupos en los cuales podemos dividir los minerales que vamos a estudiar. Derivan del estudio de su composición química.

En cuanto a las características físicas que van a definir un mineral, podemos destacar las siguientes:

Color: es la primera característica física. Podemos encontrar todo tipo de colores, con infinidad de tonalidades y variaciones.

Color de la raya: si rayamos con un mineral una pieza de porcelana, aparecerá sobre esta una raya de un color determinado. Al color de esta raya sobre la porcelana se denomina color de la raya. En ocasiones coincide con su color externo, pero en otras ocasiones no.

Brillo: los minerales se pueden clasificar en dos grandes categorías en función de su brillo, los que tienen brillo metálico y los que tienen brillo no metálico. El brillo metálico es aquel que caracteriza minerales como el oro, o la plata. El brillo no metálico puede dividirse en una serie de términos, hablándose de brillo graso cuando parece estar cubierto de una película de aceite, brillo vítreo cuando recuerda al brillo del vídrio, nacarado cuando presenta brillo como el nácar, adamantino cuando su brillo es similar al del diamante, sedoso cuando recuerda a la seda. Y finalmente mate cuando carece de brillo y submetálico cuando se encuentra entre el brillo metálico y el mate.

Dureza: la dureza se puede dividir en tres grandes grupos, alta, media y baja. También se mide por la escala de Mohs, encontrando valores entre el 1 y el 10. Los mienrales con dureza alta presentan durezas mayores de 5,5 y no se pueden rayar con una navaja. Los mienrales con dureza media se pueden rayar con una navaja, pero no con la uña, siendo característica de minerales blandos con una dureza de entre 2,5 y 5,5. Por último, los mienrales blandos presentan durezas por debajo de 2,5 y pueden ser rayados con la uña.

Como indicábamos, cuando queremos hacer una medición o escala más a fondo de la dureza del mineral, se usa la escala de Mohs, que varía de 1 a 10. Se basa en la dureza de diez minerales conocidos, el más blando tiene dureza 1 y el más duro 10 y un mineral tiene una dureza determinada cuando es capaz de rayar ese mineral o minerales más blandos, pero no puede rayar minerales más duros. Los diez minerales de la escala son:

Talco – Yeso – Calcita – Fluorita – Apatito – Fortosa – Cuarzo – Topacio – Corindón – Diamante.

Densidad: la densidad puede ser calculada con exactitud con relativa facilidad. En términos generales, se puede hablar de minerales pesados y ligeros. En un estudio de campo, basta con sopesar el mineral para estimar si pesa mucho o no.

Hábito: se trata de la forma catacterística o conjunto de formas que vemos al observarlo directamente. Se pueden resumir tres tipos de hábitos.  Por un lado, se habla de hábito enhedral cuando posee una forma cristalina pefecta y bien definida. Un ejemplo es el cristal de cuarzo. Por otra parte tenemos el hábito subenhedral cuando se forma un poco de cristal, pero no se trata de un cristal perfecto, es decir, el mineral mantiene una cierta apariencia de cristal. Por último tenemos el hábito ahedral cuando carece de forma, es decir, es amorfo o con forma poco definida.

Estos tres hábitos pueden extenderse en quince hábitos completos diferentes (o incluso más en algunas bibliografías).

Debemos tener en cuenta que los cristales perfectos (como los que suele formar el cuarzo) son minerales raros, son una excepción. Lo normal es que los minerales no se encuentren en ese estado de cristalización. La mayor parte no se pueden reducir a estos tres tipos tan fácilmente, tienden a formarse agregados de otros granos más pequeños. Esos agregados son los que forman los hábitos reales que nos encontraremos en la naturaleza.

Por una parte, podemos encontrar minerales con aspecto masivo o granular. Se habla granular cuando apreciamos granos con un tamaño parecido y masivo cuando los granos carecen de uniformidad.

También podemos encontrar minerales de aspecto lamelar, formados por capas que se disponen como las hojas de un libro.

El aspecto foliado se refiere a la formación de pequeñas láminas que pueden separarse unas de otras, como ocurre en el grafito.

El micáceo está constituido por láminas que se separan con gran facilidad. El hojoso por cristales individuales, aplanados y alargados. El fibroso, por fibras muy finas. El acicular, con forma de agujas y si todas las agujas parten de un solo punto, se habla de radiante.

Se habla de aspecto globular cuando existen pequeñas esferas o glóbulos. Dendrítico si aparece una disposición ramificada como las hojas de un árbol. Y mamilar cuando aparecen prominencias redondeadas de tamaño apreciable.

Un aspceto botroidal es aquel en el que varios elementos se agrupan como racimos de uvas. El coloforme se da cuando se aprecian a la vez mamilar, botroidal y globular.

El aspecto estalactítico es aquel en el que se disponen como estalactitas en las cuevas. Las geodas son cavidades rellenas, pero no totalmente, sino parcialmente rellenas con un hueco en el interior y una o varias bandas que lo envuelven alrededor. El oolítico es aquel en el que aparecen formas ovolidales, en el que varias capas se envuelven unas a otras. A cada elemento que rodea se le denomina ooide y suelen estar anclados por otros minerales intermedios como el cuarzo o hematites.

Exfoliación: cuando se parte según planos preferentes, se dice que el mineral presenta exfoliación. Si se parte dando lugar a superficies curvas, se denomina fractura. Existen muchos tipos de fracturas o exfoliaciones, como la concoidea, astillosa, irregular, etc.

Diafanidad: los minerales pueden clasificarse como opacos, translúcidos y transparentes. Los opacos no dejan pasar la luz, los translucidos dejan pasar luz a través de ellos, pero no permiten identificar ningún objeto a su través y los transparentes dejan pasar la luz y se pueden ver objetos a su través.

Tenacidad: depende de la cohesión de los minerales. Según esta cohesión, hay una serie de posibles tenacidades. Así, un mineral puede ser maleable cuando es capaz de dar lugar a hojas planas mediante la acción de un martillo de una forma muy regular (sucede con minerales como el oro, la plata o el cobre). Hablamos de tenacidad sectil cuando es capaz de ser cortado con un chuchillo o al menos poemos hacerle una hendidura (como ocurre con el cobre). La tenacidad ductil se refiere a que, al aplicar una fuerza, se puede estirar el mineral y hacerlo formar un alambre (ocurre con el oro y la plata). Un mineral es flexible si se puede doblar y permanece doblado después de que cese la aplicación de la fuerza. Y es frágil cuando ofrece poco o ninguna resistenacia a la ruptura (se parte en fragmentos irregulares). Un mineral es elástico si, después de deformado, vuelve a retomar la forma original.
Sabor: según su sabor un mineral puede ser dulce o amargo (como ocurre con los sulfatos).

Magnetismo: propiedad de un mineral de ser atraído por un imán.

Radioactividad: un mineral es radioactivo cuando sufre descomposición radioactiva, es decir, sus núcleos atómicos se descomponen. Ocurre con el uranio, que se descompone en plomo. Se detecta usando medidores o contadores Geiger.

miércoles, 13 de febrero de 2013

Reproducción: Esquemas.

Esquemas conceptuales sobre la reproducción animal y vegetal.

Comenzamos con un esquema general de la reproducción en animales:

Reproducción en animales.
El segundo es un esquema de la reproducción en vegetales:

Reproducción en vegetales.
Y por último, un esquema de los ciclos biológicos:

Ciclos Biológicos
El vídeo de la presentación (Keynote):


sábado, 9 de febrero de 2013

Sistemas Supracelulares: Estudios de Poblaciones


Comencemos con una serie de definiciones:

Población: conjunto de individuos de una misma especie que ocupan un área determinada en un tiempo determinado.

Especie: individuos que descienden unos de otros y solo se cruzan entre si (en el caso de que posean reproducción sexual). Es decir, hay aislamiento reproductivo.

Una especie puede estar repartida en muchas poblaciones que ocupan territorios separados. Las poblaciones tuvieron que estar unidas en un momento dado, ya que deben estar ligadas por lazos de parentesco.

Lazos de parentesco entre poblaciones
Cada población adquiere nuevas informaciones, tiene nuevas propiedades emergentes, características de todos los individuos en conjunto y que estos individuos no tendría por separado. Por ejemplo la tasa de natalidad es un parámetro exclusivo de la población, que un individuo aislado no posee. Dos poblaciones distintas, aunque sean de la misma especie, pueden tener características que las distingan claramente.

Estudio de poblaciones.

A efectos de estudios, vamos a ver dos grandes bloques de características: las genéticas y las estructurales.

   Características genéticas.

Los individuos de una misma especie se parecen entre si, tienen genotipos parecidos, afines. Son afines, pero no iguales. Hay una heterogeneidad genética en la población. Tiene un fundamento genético, pero hay algunos factores, como el ambiental, que también provocan variabilidad. Por ejemplo, el tamaño y la nutrición están relacionadas.

Esta heterogeneidad va a ser indispensable para que pueda haber evolución, porque si todos los individuos fueran homocigóticos para el mismo alelo, todos tendrían las mismas características y sus generaciones futuras también. En cambio, si hay varios alelos, las generaciones futuras pueden tener características diferentes:
Variabilidad con más de un alelo.
En la población hay un aislamiento genético. Solo puede haber intercambio de información genética entre los individuos de esa población. Al conjunto de todos los genotipos de todos los individuos de una población se le denomina acervo génico. Se caracteriza por unas frecuencias genotípicas y por unas frecuencias génicas.

Las frecuencias genotípicas se refieren al número de individuos de un genotipo respecto a número total de individuos.

Las frecuencias génicas o alélicas se refieren al número de alelos de un tipo en relación con el número total de alelos.

Estas dos frecuencias caracterizan al acervo génico. Se transmiten en una población a la descendencia. La ley básica de transmisión está descrita por la ley de Hardy-Weinberg, según la cual, en una población en que los cruzamientos se realizan al azar, en equilibrio, es decir, con un número de individuos constante, que no presenten ni selección, ni mutación, ni emigraciones, con un número elevado de individuos, las frecuencias de genes y de genotipos se mantendrá constante de generación en generación.

Las frecuencias genotípicas se estabilizan tras la primera generación. Veamos una demostración de la ley de Hardy-Weinberg.

Partamos de una generación n, que tiene dos alelos A y a. P es la frecuencia de A y Q la frecuencia de a.

Sabemos que P + Q = 1.

Estas P y Q se pueden deducir de las genotípicas. La frecuencia de un alelo es siempre igual a la frecuencia de los individuos homocigóticos más la mitad de la frecuencia de los individuos heterocigóticos.

P = Fr AA + ½ Fr Aa
Q = Fr aa + ½ Fr Aa

¿Qué ocurrirá en la frecuencia n + 1? Analicemos las frecuencias génicas en la siguiente tabla:
Por lo tanto, esta frecuencia en la generación n+1 sería:

Fr (AA) = P2
Fr (Aa) = 2 PQ
Fr (aa) = Q2

Y la suma de las tres frecuencias debe ser igual a 1, por lo tanto:

P2 + 2 PQ + Q2 = 1

Y las frecuencias génicas serían:

Fr A = P2 + ½ 2 PQ = P (P+Q) = P ; ya que (P + Q) = 1
Fr a = Q2 + 2 PQ = Q (Q + P) = Q; ya que (P + Q) = 1

Esta es una ley muy útil. Permite calcular la frecuencia de genes y de genotipos de manera que, si no fuésemos capaces de distinguir los híbridos (Aa), calcularíamos de esta forma su frecuencia.

Pero la ley de Hardy es muy teórica. En realidad, no se cumple. Solo sirve como referencia.

   Procesos que cambian la frecuencia de los genes.

Mutación: tiene lugar con una frecuencia muy baja. En si mismo, es un proceso lento, pero que irá cambiando las proporciones poco a poco.

Selección natural: es la fuerza principal de la evolución. Los cruzamientos no van a ser al azar, hay determinados individuos que posen un fenotipo que les dan ventajas y que se reproducen más. Sus alelos estarán más representadas en la generación siguiente.

Migraciones: los individuos de una población se van a otra población y se cruzan con estos individuos de la segunda población. No cambian las frecuencias alélicas de la especie como conjunto, pero si localmente, en una población. Ya que pueden variar las proporciones de un alelo.

Cambios de proporciones por migración.
Deriva génica: son modificaciones de frecuencia por puro azar. De ahí que la población deba ser grande. Si es pequeña, la descendencia está más sujeta a variaciones de frecuencia al azar. Por ejemplo, en general el 50% de la descendencia son machos y el 50% hembras. Pero si la descendencia es de muy pocos individuos, por ejemplo tres, puede darse que todos ellos sean machos o hembras.

La población es la que posee capacidad evolutiva, la capacidad de adaptarse. No pertenece al individuo. Y quien perdura es la población. En la población es en la que puede haber variaciones de frecuencia. Es el acervo génico de la población el que puede variar a lo largo del tiempo.

Características de la población.

   Densidad.

Se trata de conocer el tamaño de la población en función del espacio. Es decir: nº de individuos/Espacio.

Es una medida del grado de prosperidad de una especie en un medio. Se pueden hacer comparaciones según el hábitat. En este caso, suele expresar la biomasa por espacio, ya que podemos tener problemas al comparar, por ejemplo, grandes árboles con pequeñas hierbas.

Hay cuatro parámetros que van a afectar a la densidad:
  • Natalidad (aumenta la densidad).
  • Inmigración (aumenta la densidad).
  • Emigración (disminuye la densidad).
  • Mortalidad (disminuye la densidad).

Hacen variar la población a lo largo del tiempo:

ΔNn/Δt (incremento del número de individuos en un tiempo).
ΔNm/Δt (disminución del número de individuos en un tiempo).

La natalidad tiene unos condicionantes dependiendo del ciclo reproductivo de la especie. Para cada población podríamos tener una natalidad máxima o teórica. En realidad, tendríamos la real o ecológica, que es más baja que la máxima o teórica.

Habría del mismo modo una mortalidad mínima o teórica, que tampoco coincidirá con la real.

La inmigración y la emigración forman parte de la dispersión. No se suelen contemplar en los estudios ecológicos porque pueden ser anuladas unas con otras, pero pueden ser importantes por la deriva genética.

Estos cuatro parámetros influyen en la densidad y también en la tasa de crecimiento, que sería ΔN/Δt.

Otras características de la población.

Existen otras características importantes:

Composición: puede haber dos variables a considerar: el sexo y la edad. Lo normal es que la proporción entre machos y hembras sea aproximadamente 1. Y en la edad, obtenemos una distribución de edades, un tanto por ciento de individuos de cada clase de edad.

Distribución: la población tiende a ocupar lo más que pueda hasta que tropiece con alguna barrera física o biológica. Con esto, marcan su hábitat. Pueden distribuirse en formas distintas debido a factores físicas o biológicas. Hay tres modelos básicos de distribución:
  • Uniforme: los individuos se distribuyen de una forma uniforme, ordenados, repartiéndose el territorio. No es la más frecuente. Una distribución así indica que el ambiente es uniforme y favorable. Una razón de esta formación es la competencia dentro de la población.
  • Azar: el ambiente sería uniforme y favorable. No hay competencia que haga tiendan a estar separados, pero tampoco habría una tendencia a la agregación, a estar juntos.
  • Contagiosa o en agregados: puede indicar que el ambiente no es uniforme, que hay una variación ambiental y que afecta a la especie. También puede deberse a que haya una tendencia a la agregación, como la reproducción, o un árbol que suelta las esporas que se agrupan a su alrededor. O por razones sociales (como ocurre con las abejas). En cada agregado, se pueden identificar componentes como si se tratasen de unidades, pudiendo estar cada agregado distribuida al azar, de forma uniforme o en agregados.

Esto puede ser muy importante para un ecólogo. Si queremos calcular, por ejemplo, la densidad, lo que se hace es un muestreo, coger un espacio pequeño y extrapolarlo a lo demás. En los agregados, encontraremos problemas con este sistema.

Comunidad o biocenosis.

Es el conjunto de poblaciones en un área determinada. Hay varias especies y debemos analizar el conjunto. La definición puede ser que los individuos que forman una comunidad están reunidos y que sobre ellos actúa el medio ambiente.

Se caracteriza por una relación específica, las relaciones de interdependencia y ocupar un biotopo. El medio sería favorable y homogéneo. Hay una lista de especies en la que se incluyen animales y vegetales y esto sería la composición de la comunidad.

Y es el bloque en el que estén todas juntas el que identifica la comunidad. Todas las poblaciones se relacionarán unas y otras. Serán distintas las relaciones entre las poblaciones. Estas darán la estructura. El espacio que ocupan es el biotopo.

Todos juntos forman la comunidad.
Comunidad o biocenosis.
Diversidad.

La diversidad son el número de especies (S) de una comunidad. Podemos analizar la relación entre el número de especies en distintas comunidades y el número de individuos por especie en distintas comunidades. Y hacer una curva con estos valores:
Curva de diversidad
Si tenemos muchas especies es de esperar que tengamos menos individuos de cada especie. Esto viene a indicar que un ecosistema tiene un número de individuos máximo.

Pero en esta gráfica no se pueden ver el número de especies raras y cuáles son corrientes.

Por ejemplo, si en un sistema hay cien individuos y diez especies, la relación individuos por especie es de diez. Pero puede ser que haya diez individuos por especie si la uniformidad es máxima. O el caso opuesto, es decir, que haya 91 individuos de una sola especie y un individuo de cada una del resto de especies.

Frecuencia o abundancia relativa.

Se tiene que calcular para cada especie. Es el tanto por ciento de individuos de cada especie en relación con el número total de individuos:
Gráfico de abundancia relativa.

Heterogeneidad.

La heterogeneidad combina la diversidad y la frecuencia relativa. Hay más heterogeneidad cuando hay más diversidad y cuando es más homogénea la frecuencia relativa. Por ejemplo, si tenemos un 10% de cada especie, veríamos muchos tipos de especies, es decir, más heterogeneidad. Si la mayor parte de los individuos pertenecen a una sola especie, tendríamos menos heterogeneidad.

Dominancia.

Las especies dominantes son las que ejercen un mayor influjo sobre el resto de la comunidad. Pueden ser una, o unas pocas. Por ejemplo, los árboles en el bosque son los que canalizan la energía, los que permiten que la luz pase a zonas inferiores. Imponen sus condiciones al resto de organismos vivos que quedan por debajo de ellos.

Organización estructural.

Se refiere a la disposición espacial de las distintas categorías de individuos y no solo en sentido horizontal de un plano, también en el vertical (estratificación). Hay una distribución por competencia.

Veamos un ejemplo.
Organización estructural.
Estructura trófica.

Relaciones alimentarias distintas entre las distintas especies de una comunidad. Da lugar a cadenas tróficas. Determina como se lleva a cabo el flujo de materia y energía.

La comunidad es un biosistemas, un sistema abierto que necesita una fuente de materia y energía constante. La fuente de energía suele ser la luz. En cada eslabón hay una pérdida de materiales y de energía.

Ecosistema.

El ecosistema es el conjunto de todos los seres vivos más el ambiente en el que viven, es decir, la comunidad o biocenosis más el biotopo. Las características del ecosistema pueden ser de dos tipos, de información y de energía.

En la información pueden ser referentes a la estructura, a la replicación y las transferencias de información. En relación a la estructura, el ecosistema sería un trozo de biosfera definida por unas características más o menos homogéneas. Deben incluir las características del biotopo y las características de los organismos vivos. La información se replica. La información acumulada se replica a lo largo del tiempo y se transmite. Aplicado a este nivel, sería el crecimiento de la población. La población crece hasta que puede, hasta que llegue a un equilibrio con el ambiente y con los demás individuos. La transferencia de información entre los distintos elementos son los que hacen que se constituya el nuevo nivel.

El medio influye sobre los organismos, los organismos sobre el medio y los individuos tienen una interrelación. Las transformaciones se verán también más adelante.

Si se está estudiando una especie en un ecosistema, hay que distinguir entre el hábitat y el nicho ecológico.

Hábitat.

El hábitat es el conjunto de ambientes o entornos en los que una especie se pueden desarrollar. Este hábitat está determinado por sus límites de tolerancia a los distintos factores ecológicos.

Un factor ecológico es cualquier factor físico o biológico que pueda influir en el desarrollo de una especie. Cualquier factor ecológico actuará como factor limitante cuando se encuentre por debajo de un mínimo o por encima de un máximo. Con que haya un solo factor que sea limitante, será suficiente para que la especie no se desarrolle.
Tolerancia y crecimiento óptimo para un factor físico.

Nicho ecológico.

Es más amplio, incluye al hábitat. Lo mide todo, realizando divisiones. Podemos hablar por un lado en el espacio, las divisiones pueden depender del hábitat. Según su posición, teniendo en cuenta que no es lo mismo un ser vivo que vive sobre una piedra que un ser vivo que vive debajo de esa misma piedra.

Otro aspecto sería su posición funcional dentro del ecosistema. Esto se refiere, sobre todo, a relaciones tróficas, a su posición trófica.

Dos especies no podrían, indefinidamente, ocupar el mismo nicho ecológico, ya que entrarían en competencia. Hay casos en los que parece que esto no se cumple, o no se ve claro, pero lo normal es que al final y según el ejemplo concreto, dos especies no ocupen el mismo nicho.

martes, 5 de febrero de 2013

Flujo de Energía a Nivel de Ecosistema


Introducción.
 
El ecosistema es continuamente atravesado por un flujo de energía.

Los distintos elementos necesarios para construir la energía viva van a seguir unos flujos cíclicos llamados ciclos biogeoquímicos.


Flujos de Energía en el Ecosistema

Ciclo del carbono: Ciclo del carbono y fotosíntesis.

El uno producto químico del que se adquiere carbono es el dióxido de carbono. Es usado, sobre todo, por organismos autótrofos fotosintéticos. Se oxida y se reduce y se vuelve a recuperar.

La energía de la luz pasa a energía química y después se desprende como calor, que es una forma de energía inútil. No puede volver a ser utilizada.

La fuente primaria de energía de cualquier ecosistema es la radiación solar. Solo se aprovechan determinadas longitudes de onda. Hay fundamentalmente tres franjas de longitudes de onda, los ultravioleta, con longitudes de onda menores de 300nm, la luz infrarroja, con longitudes de onda mayores de 700nm y la luz visible con longitudes de onda entre 590 y 700nm.

La luz ultravioleta supone un 10% del total y es casi totalmente parada por el ozono. La infrarroja no es utilizable y llega alrededor del 45%. Solo provoca calentamiento. La luz visible es la que más se utiliza. Es la que menos reflejada o absorbida en la atmósfera, la que mejor llega. Supone un 45% del total. Su facilidad de atravesar fluidos hace que pueda realizarse fotosíntesis incluso debajo del agua.

Tampoco se aprovecha toda la radiación visible. Se utilizan sobre todo las bandas roja y violeta.
Aprovechamiento de radiaciones
 Cadenas tróficas: Transferencia de materia y energía.

A las vías de transferencia de materia y energía a través de los organismos de una comunidad se les denomina cadenas tróficas. Siguen una serie de niveles tróficos.
Cadenas tróficas.
 Podemos comparar esta cadena trófica con una vía metabólica más. Cada nivel sería uno de los metabolitos. La concentración sería el equivalente a la biomasa. Los metabolitos estarían en estado estacionario y cuando el ecosistema se encuentra en una situación normal, la concentración de todos los niveles son constantes. Son estructuras disipativas.

Hay distintos tipos de cadenas tróficas. Son diferentes las cadenas de depredadores a las cadenas de parásitos. Los organismos, sucesivamente, en los niveles se van haciendo menores en número y mayores en tamaño (aunque esto es muy general, no puede aplicarse siempre). Por ejemplo:


En el caso del parasitismo, ocurre justo lo contrario. Los depredadores son cada vez menores y más numerosos:

Prado Vacas Pulgas Flagelados

Aquí parece que un individuo es comido por otro y este por otro. El pino no es solo comida para pulgones, hay otros seres vivos que se alimentan de él. Se van creando ramificaciones. Muchas veces un individuo, además, puede pertenecer a más de un nivel trófico.
Gráfico de cadenas tróficas.

Pirámides ecológicas.

Las pirámides ecológicas se pueden construir de distintas maneras: en fundón del número de individuos, de la biomasa o de la energía.

Una pirámide realizada en función del número de individuos podría presentar la siguiente forma:
 Pero también podría darse una pirámide como esta, cuando los productores son, por ejemplo, los árboles de un bosque:
 Y en el caso de que se hiciera una pirámide con parásitos, esta sería inversa, es decir:
 Como vemos, la pirámide de número de individuos puede ser muy diferente en función de la relación que se establezca. Pero si usamos la biomasa, obtendremos una pirámide triangular en los tres casos anteriores (los productores siempre suponen mucha más biomasa que los herbívoros y los parásitos). En cambio, volveríamos a tener una pirámide no triangular en el caso de ecosistemas acuáticos, en los que el productor primario es el fitoplancton. Lo que ocurre es que el fitoplancton, aunque con menos masa, se reproduce muy deprisa y ese valor no lo tenemos en cuenta a la hora de hacer la pirámide.
 Lo que igualará a todas las pirámides es la medición de la energía o la producción. La base de las pirámides es proporcional a la cantidad de energía que se fija por unidad de tiempo. En todos los casos habrá una pirámide triangular. Solo se utiliza un porcentaje de energía con respecto al nivel anterior. La pérdida de energía de un nivel a otro es aproximadamente de un 80-90%. De ahí que las cadenas tróficas solo tienen un número de escalones, habrá un momento en que no quede nada de energía aprovechable.

Producción.

Es la cantidad de energía transformada o fijada por unidad de tiempo, independientemente de cómo se produzca, es decir, puede que los individuos crezcan en tamaño o se estén reproduciendo (creciendo en número).

Podría medirse en Kcal/m2/día. Pero es difícil medir las Kcal. Se puede usar biomasa incorporada por unidad de tiempo, que no es lo mismo pero si una buena aproximación. Muchas veces y debido a esto, se confunde biomasa y producción de un nivel, que no están relacionados e incluso pueden tener una relación inversa.
Flujo de Producción
 El 1 es un sistema de renovación rápida, tiene una elevada producción y puede estar representando, por ejemplo, un prado de hierba verde que crece muy deprisa, siendo la salida los herbívoros que consumen esta hierba, por ejemplo. en el caso 2 tenemos menos producción, una salida menor, pero sin embargo obtenemos más biomasa. La poca producción podría ser por ejemplo un prado de hierba dura, que crece poco y casi no se reproduce.

A nivel de producción de una cadena trófica hay que distinguir entre varios tipos de producción, la primaria (P) que es la velocidad a la que el primer nivel produce la energía y la producción secundaria (Ps) que es la que producen los niveles superiores.

La producción primaria puede ser de dos tipos, la fotosíntesis y la respiración. Los demás tipos de producción solo tendrán una. Dentro de la producción primaria, tendremos la producción bruta (PB) que se refiere a la fotosíntesis en un tiempo dado, que queda representada por lo que la planta sintetizó en la fotosíntesis. La producción neta (PN) es la producción bruta menos lo que la planta consumió en la respiración durante ese tiempo, es decir, PN=PB-R1.

En los demás niveles ya no se habla de producción bruta. De lo que ha asimilado, habrá que restar la respiración y a eso se le llamará producción secundaria. PS=A-R.
Flujo de Energía en el Ecosistema

En este esquema, tenemos que:
  • LT es la luz total. Supone alrededor de 3000Kcal/m2/día.
  • La luz asimilada, LA es alrededor del 50% del total (1500Kcal/m2/día).
  • La producción bruta, PB, es alrededor del 2%. Unos de 30Kcal/m2/día.
  • R1 es la pérdida por la respiración. Supone una pérdida de del 50%. Por lo tanto nos quedan 15Kcal/m2/día.
  • Tras la respiración nos queda la producción neta, PN, que es lo máximo que puede ser captado por el nivel siguiente.
  • Existen más pérdida. Por una parte está la energía no utilizada, Nu.
  • I1 es la energía disponible por el nivel siguiente. Es decir, lo que se comerá el herbívoro.
  • Una parte de lo que coma el herbívoro, no podrá ser asimilado. Lo hemos denominado Na.
  • Nos queda, por lo tanto, lo que ha asimilado el herbívoro, A1.
  • Parte de lo que ha asimilado se pierde por respiración. Lo que queda es la producción secundaria 1, PS1. A1=R2+PS1. La PS1 es la producción secundaria de los herbívoros.

 El esto es una repetición de este nivel, volvemos a tener una pare que no se asimila y una parte que se pierde por respiración.

La energía no utilizada (Nu) y no asimilada (Na) de todos los niveles, constituida por materia orgánica, va a parar a los descomponedores. Estos lo transforman en calor y materia inorgánica.

El paso de un nivel al siguiente supone que se aproveche de un 10 a un 20%. De las 15Kcal/m2/día que quedan después de R1, en la PS2 quedan solo 0,15Kcal/m2/día.

Eficiencias ecológicas.

Son proporciones (porcentaje) entre el flujo de energía de una comunidad entre dos puntos distintos. Los podemos establecer como queramos, entre niveles o en un solo nivel. Tendríamos la eficiencia de absorción, es decir, la proporción que existe entre la energía absorbida en un nivel respecto a la del inferior, es decir:

En el caso de los herbívoros, sería el porcentaje entre I1 y La (luz absorbida). En carnívoros I sería el porcentaje entre I1 e I2.

En los productores no son el todo equivalentes, ya que no tienen nivel anterior.

La eficiencia de asimilación de un nivel será la asimilación de ese nivel respecto a la del nivel anterior. Es decir:

En los carnívoros será el porcentaje entre A2 y A1. En los herbívoros será el porcentaje entre A1 y PB (producción bruta).

En los productores podemos medir la asimilación basándonos en la relación entre la producción bruta y la luz absorbida (LA) o la luz total (LT). Como el resultado no es el mismo, debe quedar claro.

 La eficiencia de producción será la relación que existe entre la producción de un nivel respecto al del anterior. Es decir:

 En los carnívoros I será el porcentaje entre la PS2 (producción secundaria 2) y la PS1 (producción secundaria 1). En el herbívoro será el porcentaje entre la PS1 (producción secundaria 1) y la PN (producción neta).

Con los productores habría que indicar de nuevo con qué comparamos la producción neta (PN). Lo más habitual es relacionarlo con la luz total (LT).

En la práctica estas medidas son bastante difíciles de calcular. Los ecólogos han llegado al acuerdo de que, en todos ellos, el porcentaje rondará el 10%.

Hay otras eficiencias que se pueden medir dentro del mismo nivel:


Si vemos un esquema:
Esquema de eficiencias.
 Para que estas eficiencias tengan un significado práctico deben utilizarse las mismas unidades en numerador y denominador, consiguiendo así que el porcentaje sea adimensional.

En un ecosistema en el que ha evolucionado y se ha llegado a un clímax, la biomasa tiende a mantenerse constante. Dentro de un escalón se pierde tanto como se gana:
Flujos y biomasa constante.
 La producción viene a representar lo que e puede transferir para mantener la biomasa constante. La biomasa, para mantenerse constante se necesitará un mínimo de producción del nivel anterior, es decir, está condicionado por la producción del nivel anterior. Por lo tanto, la biomasa de todo el ecosistema viene regida por la producción primaria.