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Biomasa (ecología)

La biomasa es la masa de organismos biológicos vivos en un área o ecosistema determinado en un momento determinado. La biomasa puede referirse a la biomasa de especies , que es la masa de una o más especies, o a la biomasa de la comunidad , que es la masa de todas las especies de la comunidad. Puede incluir microorganismos , plantas o animales. [3] La masa se puede expresar como la masa promedio por unidad de área o como la masa total en la comunidad.

La forma en que se mide la biomasa depende de por qué se mide. En ocasiones, la biomasa es considerada como la masa natural de organismos in situ , tal como son. Por ejemplo, en una pesquería de salmón , la biomasa del salmón podría considerarse como el peso húmedo total que tendría el salmón si fuera sacado del agua. En otros contextos, la biomasa se puede medir en términos de masa orgánica seca, por lo que quizás sólo el 30% del peso real podría contar, siendo el resto agua . Para otros fines, sólo cuentan los tejidos biológicos y se excluyen los dientes, huesos y caparazones. En algunas aplicaciones, la biomasa se mide como la masa de carbono (C) unido orgánicamente que está presente.

En 2018, Bar-On et al. estimó la biomasa viva total en la Tierra en aproximadamente 550 mil millones (5,5×10 11 ) toneladas de C, [1] la mayor parte en plantas. En 1998, Field et al. estimó la producción primaria neta anual total de biomasa en poco más de 100 mil millones de toneladas C/año. [4] Alguna vez se pensó que la biomasa viva total de las bacterias era aproximadamente la misma que la de las plantas, [5] pero estudios recientes sugieren que es significativamente menor. [1] [6] [7] [8] [9] El número total de pares de bases de ADN en la Tierra, como posible aproximación a la biodiversidad global , se estima en(5,3 ± 3,6) × 10 37 y pesa 50 mil millones de toneladas . [10] [11] Se espera que la masa antropogénica (material creado por el hombre) supere toda la biomasa viva en la Tierra alrededor del año 2020. [12]

Pirámides ecológicas

Una pirámide de energía ilustra cuánta energía se necesita a medida que fluye hacia arriba para sustentar el siguiente nivel trófico. Sólo alrededor del 10% de la energía transferida entre cada nivel trófico se convierte en biomasa.

Una pirámide ecológica es una representación gráfica que muestra, para un ecosistema determinado , la relación entre la biomasa o productividad biológica y los niveles tróficos .

Una pirámide ecológica proporciona una instantánea en el tiempo de una comunidad ecológica .

La base de la pirámide representa a los productores primarios ( autótrofos ). Los productores primarios toman energía del medio ambiente en forma de luz solar o sustancias químicas inorgánicas y la utilizan para crear moléculas ricas en energía, como los carbohidratos. Este mecanismo se llama producción primaria . Luego, la pirámide avanza a través de los distintos niveles tróficos hasta llegar a los depredadores superiores en la cima.

Cuando la energía se transfiere de un nivel trófico al siguiente, normalmente sólo se utiliza el diez por ciento para generar nueva biomasa. El noventa por ciento restante se destina a procesos metabólicos o se disipa en forma de calor. Esta pérdida de energía significa que las pirámides de productividad nunca se invierten y, por lo general, limita las cadenas alimentarias a unos seis niveles. Sin embargo, en los océanos, las pirámides de biomasa pueden estar total o parcialmente invertidas, con más biomasa en los niveles más altos.

Biomasa terrestre

     Biomasas terrestres relativas
de vertebrados versus artrópodos

La biomasa terrestre generalmente disminuye notablemente en cada nivel trófico superior (plantas, herbívoros, carnívoros). Ejemplos de productores terrestres son pastos, árboles y arbustos. Estos tienen una biomasa mucho mayor que la de los animales que los consumen , como ciervos, cebras e insectos. El nivel con menor biomasa son los depredadores más altos de la cadena alimentaria , como los zorros y las águilas.

En un pastizal templado, los pastos y otras plantas son los principales productores en la base de la pirámide. Luego vienen los consumidores primarios, como los saltamontes, los topillos y los bisontes, seguidos de los consumidores secundarios, las musarañas, los halcones y los pequeños felinos. Por último los consumidores terciarios, los grandes felinos y los lobos. La pirámide de biomasa disminuye notablemente en cada nivel superior.

Los cambios en las especies de plantas en el ecosistema terrestre pueden resultar en cambios en la biomasa de las comunidades descomponedoras del suelo. [13] La biomasa en especies de plantas C 3 y C 4 puede cambiar en respuesta a concentraciones alteradas de CO 2 . [14] Se ha observado que las especies de plantas C 3 aumentan su biomasa en respuesta al aumento de concentraciones de CO 2 de hasta 900 ppm. [15]

Biomasa oceánica

La biomasa oceánica o marina, a diferencia de la biomasa terrestre, puede aumentar en niveles tróficos más altos. En el océano, la cadena alimentaria normalmente comienza con el fitoplancton y sigue el siguiente curso:

Fitoplancton → zooplancton → zooplancton depredador → filtradores → peces depredadores

Red alimentaria oceánica que muestra una red de cadenas alimentarias.
Pirámides de biomasa
En comparación con las pirámides de biomasa terrestres, las pirámides acuáticas están invertidas en la base
Proclorococo , una bacteria influyente

El fitoplancton es el principal productor primario en la parte inferior de la cadena alimentaria marina . El fitoplancton utiliza la fotosíntesis para convertir el carbono inorgánico en protoplasma . Luego son consumidos por el zooplancton, cuyo tamaño varía desde unos pocos micrómetros de diámetro en el caso del microzooplancton de protistán hasta el zooplancton macroscópico gelatinoso y de crustáceos .

El zooplancton comprende el segundo nivel de la cadena alimentaria e incluye pequeños crustáceos , como los copépodos y el krill , y las larvas de peces, calamares, langostas y cangrejos.

A su vez, el zooplancton pequeño es consumido tanto por zooplancteres depredadores más grandes, como el krill , como por peces forrajeros , que son peces pequeños, en cardúmenes, que se alimentan por filtración . Este constituye el tercer nivel de la cadena alimentaria.

Un cuarto nivel trófico puede estar formado por peces depredadores, mamíferos marinos y aves marinas que consumen peces forrajeros. Algunos ejemplos son el pez espada , las focas y los alcatraces .

Los superdepredadores, como las orcas , que pueden consumir focas, y los tiburones marrajo dientuso , que pueden consumir pez espada, constituyen un quinto nivel trófico. Las ballenas barbadas pueden consumir zooplancton y krill directamente, lo que da lugar a una cadena alimentaria con sólo tres o cuatro niveles tróficos.

Los ambientes marinos pueden tener pirámides de biomasa invertidas. En particular, la biomasa de los consumidores (copépodos, krill, camarones, peces forrajeros) es mayor que la biomasa de los productores primarios. Esto sucede porque los productores primarios del océano son pequeños fitoplancton que son estrategas r que crecen y se reproducen rápidamente, por lo que una masa pequeña puede tener una tasa rápida de producción primaria. Por el contrario, los productores primarios terrestres, como los bosques, son estrategas K que crecen y se reproducen lentamente, por lo que se necesita una masa mucho mayor para lograr la misma tasa de producción primaria.

Entre el fitoplancton en la base de la red alimentaria marina hay miembros de un filo de bacterias llamado cianobacterias . Las cianobacterias marinas incluyen los organismos fotosintéticos más pequeños conocidos . El más pequeño de todos, Proclorococo , mide sólo entre 0,5 y 0,8 micrómetros de ancho. [16] En términos de números individuales, Proclorococo es posiblemente la especie más abundante en la Tierra: un solo mililitro de agua de mar superficial puede contener 100.000 células o más. Se estima que en todo el mundo hay varios octilllones (10 27 ) de individuos. [17] Proclorococo es omnipresente entre 40°N y 40°S y domina en las regiones oligotróficas (pobres en nutrientes) de los océanos. [18] La bacteria representa aproximadamente el 20% del oxígeno en la atmósfera terrestre y forma parte de la base de la cadena alimentaria oceánica . [19]

Biomasa bacteriana

Tanto las bacterias como las arqueas se clasifican como procariotas y su biomasa comúnmente se estima en conjunto. La biomasa global de procariotas se estima en alrededor de 30 mil millones de toneladas de C, [20] dominada por bacterias. [1]

Las estimaciones de la biomasa global de procariotas habían cambiado significativamente en las últimas décadas a medida que se disponía de más datos. Un estudio muy citado de 1998 [5] recopiló datos sobre la abundancia (número de células) de bacterias y arqueas en diferentes entornos naturales, y estimó su biomasa total entre 350 y 550 mil millones de toneladas C. Esta enorme cantidad es similar a la biomasa de carbono en todas las plantas. [1] [5] Se estimó que la gran mayoría de bacterias y arqueas se encontraban en sedimentos muy por debajo del fondo marino o en la biosfera terrestre profunda (en acuíferos continentales profundos). Sin embargo, las mediciones actualizadas informadas en un estudio de 2012 [6] redujeron la biomasa procariótica calculada en los sedimentos profundos del fondo marino de los ≈300 mil millones de toneladas de C originales a ≈4 mil millones de toneladas de C (rango de 1,5 a 22 mil millones de toneladas). Esta actualización se origina a partir de estimaciones mucho más bajas tanto de la abundancia de procarióticos como de su peso promedio.

Un censo publicado en PNAS en mayo de 2018 estimó la biomasa bacteriana global en ≈70 mil millones de toneladas de C, de las cuales ≈60 mil millones de toneladas se encuentran en el subsuelo terrestre profundo. [1] También estimó la biomasa global de arqueas en ≈7 mil millones de toneladas C. Un estudio posterior del Deep Carbon Observatory publicado en 2018 informó un conjunto de datos de mediciones mucho mayor y actualizó la estimación de biomasa total en la biosfera terrestre profunda. Utilizó este nuevo conocimiento y estimaciones anteriores para actualizar la biomasa global de bacterias y arqueas a 23 - 31 mil millones de toneladas C. [20] Se estimó que aproximadamente el 70% de la biomasa global se encontraba en el subsuelo profundo. [7] [21] El número estimado de células procarióticas a nivel mundial se estimó en 11-15 × 10 29 . [20] Con esta información, los autores del artículo de PNAS de mayo de 2018 [1] revisaron su estimación de la biomasa global de procariotas a ≈30 mil millones de toneladas de C, [22] similar a la estimación del Deep Carbon Observatory. [20]

Estas estimaciones convierten la abundancia global de procariotas en biomasa global utilizando cifras promedio de biomasa celular que se basan en datos limitados. Estimaciones recientes utilizaron una biomasa celular promedio de alrededor de 20 a 30 femtogramos de carbono (fgC) por célula en los hábitats terrestres y del subsuelo. [1] [20] [23]

Biomasa global

La biomasa global total se ha estimado en alrededor de 550 mil millones de toneladas C. [24] [1] En la siguiente tabla se muestra un desglose de la biomasa global por reino , basado en un estudio de 2018 de Bar-On et. Alabama. [1]

Los humanos y su ganado representan el 96% de todos los mamíferos de la Tierra en términos de biomasa, mientras que todos los mamíferos salvajes representan sólo el 4%. [1]

Los animales representan menos del 0,5% de la biomasa total de la Tierra, con alrededor de 2 mil millones de toneladas de C en total. La mayor parte de la biomasa animal se encuentra en los océanos, donde los artrópodos , como los copépodos , representan aproximadamente 1.000 millones de toneladas de C y los peces otros 700 millones de toneladas de C. [1] Aproximadamente la mitad de la biomasa de peces del mundo son mesopelágicos , como los pez linterna, [25] pasando la mayor parte del día en aguas profundas y oscuras. [26] Los mamíferos marinos como las ballenas y los delfines representan aproximadamente 0,006 mil millones de toneladas de C. [27]


Los animales terrestres representan alrededor de 500 millones de toneladas de C, o alrededor del 20% de la biomasa animal de la Tierra. [1] Los artrópodos terrestres representan alrededor de 150 millones de toneladas de C, la mayor parte de las cuales se encuentran en la capa superior del suelo . [28] Los mamíferos terrestres representan alrededor de 180 millones de toneladas de C, la mayoría de los cuales son humanos (alrededor de 80 millones de toneladas de C) y mamíferos domesticados (alrededor de 90 millones de toneladas de C). Los mamíferos terrestres salvajes representan sólo unos 3 millones de toneladas de C, menos del 2% de la biomasa total de mamíferos terrestres. [27]

La biomasa global desglosada por reino y en grupos taxonómicos de animales. [1] Las estimaciones de bacterias y arqueas se han actualizado a 30 mil millones de toneladas de C combinadas desde que se hizo esta cifra. [20]

La mayor parte de la biomasa mundial se encuentra en la tierra, y sólo entre 5 y 10 mil millones de toneladas de C se encuentran en los océanos. [24] En la tierra, hay aproximadamente 1.000 veces más biomasa vegetal ( fitomasa ) que biomasa animal ( zoomasa ). [29] Alrededor del 18% de esta biomasa vegetal es consumida por los animales terrestres. [30] Sin embargo, los animales marinos comen la mayoría de los autótrofos marinos , y la biomasa de los animales marinos es mayor que la de los autótrofos marinos. [1] [30]

Según un estudio de 2020 publicado en Nature , los materiales fabricados por el hombre, o masa antropogénica, superan toda la biomasa viva en la Tierra, y el plástico por sí solo supera la masa de todos los animales terrestres y marinos combinados. [31] [12] [32]

Tasa mundial de producción

A nivel mundial, los hábitats terrestres y oceánicos producen una cantidad similar de nueva biomasa cada año (56 400 millones de toneladas de C terrestre y 48 500 millones de toneladas de C oceánico).

La producción primaria neta es la tasa a la que se genera nueva biomasa, principalmente debido a la fotosíntesis. La producción primaria mundial puede estimarse a partir de observaciones satelitales . Los satélites escanean el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) sobre hábitats terrestres y escanean los niveles de clorofila en la superficie del mar sobre los océanos. Esto resulta en 56,4 mil millones de toneladas C /año (53,8%), para la producción primaria terrestre, y 48,5 mil millones de toneladas C/año para la producción primaria oceánica. [4] Por lo tanto, la producción primaria fotoautótrofa total de la Tierra es de aproximadamente 104,9 mil millones de toneladas de C/año. Esto se traduce en alrededor de 426 gC/m 2 /año para la producción terrestre (excluyendo áreas con capa de hielo permanente) y 140 gC/m 2 /año para los océanos.

Sin embargo, hay una diferencia mucho más significativa en las poblaciones permanentes : si bien representan casi la mitad de la producción anual total, los autótrofos oceánicos representan sólo alrededor del 0,2% de la biomasa total.

Los ecosistemas terrestres de agua dulce generan alrededor del 1,5% de la producción primaria neta mundial. [53]

Algunos productores globales de biomasa en orden de tasas de productividad son

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

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