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Biomasa (ecología)

La biomasa es la masa de organismos biológicos vivos en un área o ecosistema determinado en un momento dado. 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 puede expresarse como la masa promedio por unidad de área o como la masa total de la comunidad.

La forma de medir la biomasa depende del motivo por el que se mide. A veces, la biomasa se considera como la masa natural de los 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 se lo sacara del agua. En otros contextos, la biomasa se puede medir en términos de masa orgánica seca, por lo que tal vez solo cuente el 30% del peso real, siendo el resto agua . Para otros fines, solo cuentan los tejidos biológicos y se excluyen los dientes, los huesos y las conchas. En algunas aplicaciones, la biomasa se mide como la masa de carbono (C) unido orgánicamente que está presente.

En 2018, Bar-On et al. estimaron la biomasa viva total en la Tierra en aproximadamente 550 mil millones (5,5×10 11 ) de toneladas de C, [1] la mayor parte en plantas. En 1998, Field et.al. estimaron la producción primaria neta anual total de biomasa en poco más de 100 mil millones de toneladas de C/año. [4] Se pensaba 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 una posible aproximación de 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 de la Tierra alrededor del año 2020. [12]

Pirámides ecológicas

Una pirámide energética ilustra cuánta energía se necesita a medida que fluye hacia arriba para sustentar el siguiente nivel trófico. Solo 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 dado , 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 entorno en forma de luz solar o sustancias químicas inorgánicas y la utilizan para crear moléculas ricas en energía, como los carbohidratos. Este mecanismo se denomina producción primaria . La pirámide avanza a través de los distintos niveles tróficos hasta llegar a los depredadores máximos en la parte superior.

Cuando la energía se transfiere de un nivel trófico al siguiente, normalmente sólo el diez por ciento se utiliza 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, limitan 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 superiores.

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 las gramíneas, los árboles y los arbustos. Estos tienen una biomasa mucho mayor que la de los animales que los consumen , como los ciervos, las cebras y los insectos. El nivel con menor biomasa son los depredadores más altos de la cadena alimentaria , como los zorros y las águilas.

En una pradera templada, las hierbas y otras plantas son los productores primarios en la base de la pirámide. Luego vienen los consumidores primarios, como los saltamontes, los ratones de campo 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 de descomponedores del suelo. [13] La biomasa en las 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 en biomasa en respuesta a concentraciones crecientes 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 superiores. En el océano, la cadena alimentaria suele empezar con el fitoplancton y sigue el siguiente curso:

Fitoplancton → zooplancton → zooplancton depredador → animales 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.
Prochlorococcus , una bacteria influyente

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

El zooplancton constituye 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 zooplancton depredadores más grandes, como el krill , como por peces forrajeros , que son peces pequeños que se alimentan por filtración y que forman cardúmenes . Esto 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 depredadores de ápice, como las orcas , que pueden consumir focas, y los tiburones marrajo , que pueden consumir peces espada, conforman un quinto nivel trófico. Las ballenas barbadas pueden consumir zooplancton y krill directamente, lo que da lugar a una cadena alimentaria con solo 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 fitoplancton diminuto, que son estrategas r que crecen y se reproducen rápidamente, por lo que una masa pequeña puede tener una tasa rápida de producción primaria. En contraste, 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 que se encuentra en la base de la red alimentaria marina se encuentran miembros de un filo de bacterias llamadas cianobacterias . Las cianobacterias marinas incluyen los organismos fotosintéticos más pequeños conocidos. El más pequeño de todos, Prochlorococcus , tiene solo entre 0,5 y 0,8 micrómetros de diámetro. [16] En términos de números individuales, Prochlorococcus es posiblemente la especie más abundante en la Tierra: un solo mililitro de agua de mar superficial puede contener 100.000 células o más. En todo el mundo, se estima que hay varios octillones (10 27 ) de individuos. [17] Prochlorococcus es ubicuo 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 de la Tierra y forma parte de la base de la cadena alimentaria oceánica . [19]

Biomasa bacteriana

Las bacterias y las arqueas se clasifican como procariotas y su biomasa se suele estimar en conjunto. La biomasa global de procariotas se estima en 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 abundancias (número de células) de bacterias y arqueas en diferentes entornos naturales, y estimó su biomasa total en 350 a 550 mil millones de toneladas de 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 profundos 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 procariota calculada en sedimentos profundos del subsuelo 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 procariota 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 están en el subsuelo profundo terrestre. [1] También estimó la biomasa global de arqueas en ≈7 mil millones de toneladas de C. Un estudio posterior del Observatorio de Carbono Profundo publicado en 2018 informó un conjunto de datos de mediciones mucho más grande 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 de C. [20] Se estimó que aproximadamente el 70% de la biomasa global se encuentra en el subsuelo profundo. [7] [21] Se estimó que el número estimado de células procariotas a nivel mundial era de 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 aproximadamente 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 de biomasa celular promedio 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 subterráneos y terrestres. [1] [20] [23]

Biomasa global

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

Los seres 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 solo 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 alrededor de mil millones de toneladas de C y los peces otros 0,7 mil millones de toneladas de C. [1] Aproximadamente la mitad de la biomasa de peces en el mundo son mesopelágicos , como el pez linterna, [25] pasando la mayor parte del día en las aguas profundas y oscuras. [26] Los mamíferos marinos como las ballenas y los delfines representan alrededor de 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 de los animales en la Tierra. [1] Los artrópodos terrestres representan alrededor de 150 millones de toneladas de C, la mayoría de las cuales se encuentran en la capa superficial del suelo . [28] Los mamíferos terrestres son responsables de unos 180 millones de toneladas de C, la mayoría de las cuales son humanos (unos 80 millones de toneladas de C) y mamíferos domésticos (unos 90 millones de toneladas de C). Los mamíferos terrestres salvajes son responsables de tan solo unos 3 millones de toneladas de C, menos del 2% de la biomasa total de mamíferos terrestres. [27]

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

La mayor parte de la biomasa global se encuentra en la tierra, con solo 5 a 10 mil millones de toneladas de C encontradas en los océanos. [24] En la tierra, hay aproximadamente 1.000 veces más biomasa vegetal ( fitomasa ) que biomasa animal ( zoomasa ). [29] Aproximadamente el 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 creados por el hombre, o masa antropogénica, superan toda la biomasa viva de 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 biomasa nueva cada año (56,4 mil millones de toneladas de C terrestres y 48,5 mil millones de toneladas de C oceánicos).

La producción primaria neta es la tasa a la que se genera nueva biomasa, principalmente debido a la fotosíntesis. La producción primaria global 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 de la superficie del mar sobre océanos. Esto da como resultado 56,4 mil millones de toneladas de C /año (53,8 %) para la producción primaria terrestre y 48,5 mil millones de toneladas de C /año para la producción primaria oceánica. [4] Por lo tanto, la producción primaria fotoautotrófica total para la Tierra es de aproximadamente 104,9 mil millones de toneladas de C /año. Esto se traduce en aproximadamente 426 gC/m 2 /año para la producción terrestre (excluyendo áreas con cubierta de hielo permanente) y 140 gC/m 2 /año para los océanos.

Sin embargo, hay una diferencia mucho más significativa en las existencias permanentes : si bien representan casi la mitad de la producción anual total, los autótrofos oceánicos representan solo 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 mundiales de biomasa en orden de tasas de productividad son:

Véase también

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Lectura adicional

Enlaces externos

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