Biomasa (ecología)

Se ha estimado que la biomasa viva global total es de 550 mil millones de toneladas de carbono, ^{[ 1 ]} la mayor parte de la cual se encuentra en los bosques.

Los ambientes acuáticos poco profundos, como los humedales , los estuarios y los arrecifes de coral , pueden ser tan productivos como los bosques, generando cantidades similares de biomasa nueva cada año en un área determinada. ^{[ 2 ]}

La biomasa es la masa total de organismos biológicos vivos en un área o ecosistema determinado en un momento específico. 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. Incluye microorganismos , plantas y animales ^{[ 3 ]} , y generalmente se expresa como masa total o masa promedio por unidad de área.

El método utilizado para medir la biomasa depende del contexto. En algunos casos, la biomasa se refiere al peso húmedo de los organismos tal como existen en la naturaleza. Por ejemplo, en una pesquería de salmón , la biomasa del salmón podría considerarse como el peso húmedo total que tendría el salmón si se extrajera del agua. En otros contextos, la biomasa puede medirse en términos de masa orgánica seca, por lo que quizás solo se contabilice el 30 % del peso real, siendo el resto agua . En otros contextos, puede referirse al peso seco (sin incluir el contenido de agua) o a la masa de carbono orgánico , excluyendo los componentes inorgánicos como huesos, conchas o dientes.

En 2018, Bar-On et al. estimaron la biomasa viva total de la Tierra en aproximadamente 550 mil millones de toneladas de carbono, ^{[ 1 ]} la mayor parte de la cual se encuentra en las plantas. Un estudio de 1998 realizado por Field et al. estimó la producción primaria neta anual global en poco más de 100 mil millones de toneladas de carbono por año. ^{[ 4 ]} Si bien alguna vez se creyó que las bacterias representaban una biomasa comparable a la de las plantas, ^{[ 5 ]} investigaciones más recientes indican que representan una proporción mucho menor. ^{[ 1 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} El número total de pares de bases de ADN en la Tierra, a veces utilizado como una posible aproximación de la biodiversidad global , se ha estimado en(5,3 ± 3,6) × 10 ³⁷ , con una masa de alrededor de 50 mil millones de toneladas . ^{[ 10 ] [ 11 ]} Para el año 2020, se proyectaba que la masa de materiales hechos por el hombre o masa antropogénica, definida como "la masa incrustada en objetos sólidos inanimados hechos por humanos (que aún no han sido demolidos o retirados de servicio)", superaría la de toda la biomasa viva en la Tierra. ^{[ 12 ]}

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

• Una pirámide de biomasa muestra la cantidad de biomasa en cada nivel trófico.
• Una pirámide de productividad muestra la producción o renovación de biomasa en cada nivel trófico.

Una pirámide ecológica ofrece una instantánea de una comunidad ecológica en un momento dado .

La base de la pirámide representa a los productores primarios ( autótrofos ). Estos obtienen energía del medio ambiente, ya sea luz solar o compuestos químicos inorgánicos, y la utilizan para crear moléculas ricas en energía, como los carbohidratos. Este mecanismo se denomina producción primaria . La pirámide continúa a través de los distintos niveles tróficos hasta llegar a los depredadores ápice en la cima.

Cuando la energía se transfiere de un nivel trófico al siguiente, normalmente solo 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 implica 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 invertirse total o parcialmente, con mayor biomasa en los niveles superiores.

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 los animales que los consumen , como los ciervos, las cebras y los insectos. El nivel con menor biomasa corresponde a los depredadores superiores de la cadena alimentaria , como los zorros y las águilas.

En una pradera templada, los pastos y otras plantas constituyen los productores primarios en la base de la pirámide. A continuación, se encuentran los consumidores primarios, como saltamontes, topillos y bisontes, seguidos por los consumidores secundarios, como musarañas, halcones y pequeños felinos. Finalmente, se ubican los consumidores terciarios, como grandes felinos y 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 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 a concentraciones crecientes de CO ₂ de hasta 900 ppm. ^{[ 15 ]}

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

Fitoplancton → zooplancton → zooplancton depredador → organismos filtradores → peces depredadores

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 . Posteriormente, 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 copépodos y krill , y larvas de peces, calamares, langostas y cangrejos.

A su vez, el zooplancton pequeño es consumido tanto por zooplancton depredador más grande, como el krill , como por peces forrajeros , que son peces pequeños que forman cardúmenes y se alimentan por filtración . Esto conforma el tercer nivel de la cadena alimentaria.

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

Los depredadores ápice, como las orcas , que pueden consumir focas, y los tiburones mako de aleta corta , que pueden consumir pez 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 presentar pirámides de biomasa invertidas. En particular, la biomasa de los consumidores (copépodos, krill, camarones, peces forrajeros) es mayor que la de los productores primarios. Esto se debe a que los productores primarios del océano son fitoplancton diminuto, que son estrategas r, es decir, crecen y se reproducen rápidamente, por lo que una masa pequeña puede tener una alta tasa de producción primaria. En cambio, los productores primarios terrestres, como los bosques, son estrategas K, es decir, crecen y se reproducen lentamente, por lo que se necesita una masa mucho mayor para alcanzar la misma tasa de producción primaria.

Entre el fitoplancton en la base de la red trófica marina se encuentran miembros de un filo de bacterias llamado cianobacterias . Las cianobacterias marinas incluyen los organismos fotosintéticos más pequeños conocidos. El más pequeño de todos, Prochlorococcus , mide aproximadamente de 0,5 a 0,8 micrómetros de diámetro. ^{[ 16 ]} En términos de número de individuos, 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 ( ^10²⁷ ) de individuos. ^{[ 17 ]} Prochlorococcus es ubicuo entre los 40°N y los 40°S y predomina 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 ]}

Las bacterias y las arqueas se clasifican como procariotas , y su biomasa se suele estimar conjuntamente. La biomasa global de procariotas se estima en 30 mil millones de toneladas de C, ^{[ 20 ]} dominada por las bacterias. ^{[ 1 ]}