Accions del document
Inici Index     Anterior Següent
Fonaments d'ecologia

3. Funcionament dels ecosistemes. Fluxos metabòlics

 
3.1. Diversitat metabòlica en la biosfera 
 
Anomenem ‘metabolisme’ el conjunt de reaccions bioquímiques i processos fisicoquímics que tenen lloc en una cèl·lula i en l’organisme. Aquests processos complexos estan interrelacionats i són la base de la vida a escala molecular. És a dir, permeten les diverses activitats de les cèl·lules: créixer, reproduir-se, mantenir les estructures, respondre a estímuls, etc.

El metabolisme es divideix en dos processos conjugats: catabolisme i anabolisme. Les reaccions catabòliques alliberen energia. Les reaccions anabòliques, en canvi, utilitzen aquesta energia alliberada per recompondre enllaços químics i construir components de les cèl·lules. El catabolisme i l’anabolisme són processos acoblats (l’un depèn de l’altre) que integren el metabolisme en conjunt.

A grans trets, es pot classificar cada organisme en funció del metabolisme; en concret, aquesta classificació depèn de la manera com l’organisme obté els àtoms de carboni per sintetitzar les biomolècules, com obté l’energia per dur a terme aquesta síntesi i com obté la font d’electrons (figura 8):

— Font de carboni: es denomina ‘autòtrof’ l’organisme que sintetitza molècules orgàniques només a partir de CO2 i ‘heteròtrof’ el que és incapaç de fer-ho i, per tant, ha d’utilitzar les molècules orgàniques que han sintetitzat altres organismes.

— Font d’energia: es denomina ‘fotòtrof’ l’organisme capaç d’extreure energia de la llum (mitjançant la fotosíntesi) i ‘quimiòtrof’ el que l’extreu mitjançant l’oxidació de diverses molècules, tant orgàniques com inorgàniques.

— Font de poder reductor (electrons): es denomina ‘litòtrofs’ l’organisme que extreu els electrons de compostos inorgànics i ‘organòtrof’ el que els extreu de compostos orgànics.
 
 fig 8
 

Figura 8. Caracterització metabòlica dels organismes.

 

Taula 6. Tipus de metabolisme cel·lular (1)

 taula 6
 

Taula 7. Tipus de metabolisme cel·lular (2)

taula7

 

 
3.2. Nivells i xarxes tròfiques
 
El funcionament d’un ecosistema sostenible es regeix per tres principis de funcionament bàsics:

El reciclatge dels nutrients.

L’aprofitament de la llum solar com a font bàsica d’energia.

Poblacions de dimensions que no tinguin un consum excessiu.

El procés de transferència de nutrients i energia a través dels diferents organismes d’un ecosistema, en el qual cadascun s’alimenta del precedent i és l’aliment del següent, és el que coneixem com a ‘cadena tròfica’.

Cada cadena s’inicia amb un productor primari o organisme autòtrof. Es tracta d’un organisme que “fabrica el seu propi aliment” sintetitzant substàncies orgàniques a partir de substàncies inorgàniques (que pren de l’aire i del sòl) i amb l’ús d’energia solar (fotosíntesi) o a través de reaccions químiques (quimiosíntesi). Després dels productors, els consumidors (heteròtrofs) produeixen els seus components a partir de la matèria orgànica procedent d’altres éssers vius. Hi ha un últim nivell en la cadena alimentària, que correspon als descomponedors. Aquests actuen sobre els organismes morts, degraden la matèria orgànica, la transformen novament en matèria inorgànica i la retornen al sòl (nitrats, nitrits, aigua) i a l’atmosfera (diòxid de carboni).

Els productors primaris o autòtrofs representen el primer pas o nivell necessari en la biosfera, mentre que els consumidors o heteròtrofs oxiden la matèria orgànica i n’obtenen matèria per fabricar les pròpies estructures cel·lulars i energia en forma d’ATP.

Cada nivell depèn de l’altre; per això es parla de ‘cadena alimentària’. Tot i així, en molts casos un mateix organisme pot servir d’aliment per a més d’un consumidor. Per tant, quan parlem de ‘nivells tròfics’, estem fent una simplificació important, ja que els organismes són molt versàtils. Per això, és més apropiat parlar de ‘xarxes tròfiques’, ja que hi ha interconnexions entre membres de nivells tròfics semblants o diferents (figura 9).

El flux de matèria és tancat. Els nutrients es reciclen quan la matèria orgànica del sòl (restes, dejeccions...) és transformada pels descomponedors en molècules orgàniques o inorgàniques. Aquestes es converteixen en nous nutrients o bé s’incorporen a noves cadenes tròfiques. En conjunt, veiem que els elements minerals no es perden en la biosfera, atès que s’utilitzen de manera cíclica.

La ‘producció’ és la quantitat de compostos de carboni sintetitzats cada any pels productors primaris, descomptant-ne la respiració (gC / m2 · any). La ‘productivitat’ o ‘taxa de renovació’ és la mesura relativa de la producció en referència a la biomassa (velocitat), mentre que el ‘temps de renovació’ és el temps necessari per renovar el conjunt de la biomassa.
 
 fig 9

 

Figura 9. Exemple d’una xarxa tròfica a l’Àrtic.
 

Els ecosistemes són unitats processadores d’energia. Però, què és el que manté en funcionament un sistema viu com els ecosistemes? En la fotosíntesi de les plantes verdes l’energia solar és transformada en matèria orgànica, la qual cosa manté totes les formes de vida a la Terra.

Flux d’energia. L’energia del Sol flueix a través dels ecosistemes i fa possibles les activitats que hi tenen lloc. La circulació de l’energia és bastant diferent de la que trobem per a la matèria. La matèria s’utilitza de manera cíclica, però l’energia és emprada una sola vegada i, per tant, es perd gradualment al llarg de totes les etapes assenyalades, en forma de calor o de treball.

En una cadena tròfica, cada esgraó (nivell tròfic) obté l’energia necessària per a la vida del nivell immediatament anterior, i el productor l’obté del Sol. D’aquesta manera, l’energia flueix a través de la cadena de manera lineal. En aquest flux es produeix una pèrdua d’energia en cada traspàs d’un esgraó a l’altre (figura 10), per la qual cosa un nivell de consumidor alt (per exemple, un consumidor terciari) rep menys energia que un de baix (per exemple, un consumidor primari). De l’energia assimilada per un nivell tròfic, solament una part passa al nivell tròfic següent. Per aquesta raó, l’energia disponible va disminuint d’un nivell a l’altre. S’observa un flux unidireccional de l’energia.
 
 fig 10

Figura 10. Flux unidireccional de l’energia en els ecosistemes.

 
Els ecosistemes no són elements aïllats, sinó que experimenten entrades i sortides d’energia i matèria. Els sistemes funcionen amb energia endosomàtica, o interna, que entra en el sistema a partir de la producció primària i circula per les xarxes tròfiques. Però, a més, hi ha una energia exosomàtica, o externa, per exemple, la que s’obté a partir de la combustió dels combustibles fòssils.

L’home ha aprofitat l’energia exosomàtica. El consum per capita d’energia endosomàtica (aliments) és, actualment, unes tres vegades més gran que en el Paleolític, mentre que el d’energia exosomàtica ha augmentat molt més (unes 110 vegades).

D’altra banda, els ecosistemes no són, evidentment, sistemes tancats. Hi ha aportacions de manera natural (importacions) i, a la vegada, l’activitat metabòlica genera la sortida de productes cap a altres ecosistemes (exportacions), com en el cas dels emissions de CO2 a l’atmosfera (figura 11).
 
 fig 11

Figura 11. Fluxos d’energia en els ecosistemes.