I. LOS CICLOS ORGÁNICOS Y NIVELES TRÓFICOS EN LOS OCÉANOS
LA BIOSFERA o conjuntos de seres vivos que se encuentran en el planeta está representada por bacterias; vegetales y animales. Entre estos organismos existe una interdependencia debido a la necesidad de alimento del que obtienen la energía para desarrollar sus funciones.
El alimento está representado por las sustancias orgánicas: azúcares grasas y proteínas, las cuales son compuestos químicos a base de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Las relaciones entre los organismos y estas sustancias alimenticias son cíclicas, de manera que se establecen los llamados ciclos orgánicos en constante renovación.
La interdependencia de las bacterias, vegetales y animales se establece por los procesos de utilización de la energía fijada del Sol por los vegetales verdes y concentrada en la sustancia orgánica que ellos forman y que les sirve de alimento, para pasar posteriormente a los animales y a las bacterias. Esta relación que se crea entre los organismos a través del alimento forma los llamados "niveles tróficos" semejándose más a un flujo o camino unidireccional por lo que la comida puede llegar en un momento a agotarse, si se utiliza con irresponsabilidad.
En los ciclos orgánicos y en los niveles de alimentación que se desarrollan en el océano intervienen estos tres tipos fundamentales de organismos y, por consiguiente, se establecen tres clases de dependencia: todos los organismos animales dependen de los vegetales verdes, por ser los encargados de elaborar el alimento pero a su vez, éstos dependen de las bacterias y de los animales ya que a partir del excremento o de los cadáveres de ellos las bacterias liberan nuevas sustancias inorgánicas que son indispensables para las plantas.
La dependencia de los vegetales verdes respecto a las cantidades de materia orgánica que degradan las bacterias, puede entenderse si se analiza la frase del científico Luis Pasteur que dice "no podría existir vida sobre la Tierra si junto con la muerte no existiese también la descomposición". Las sales minerales formadas por nitrógeno, fósforo, azufre, etcétera solubles en agua denominadas nutrientes; son fertilizantes que permiten el crecimiento de las plantas verdes y sólo pueden ser aprovechadas por éstas gracias a la actividad de las bacterias.
La energía que utilizan todos los sistemas biológicos tiene su origen en el Sol, de donde se libera inicialmente en forma de radiaciones gamma produciendo ondas electromagnéticas que constituyen la energía luminosa o fotónica. Al llegar a la Tierra parte de la energía solar es absorbida por los vegetales verdes y transformada en energía química por medio de la fotosíntesis, sintetizándose nuevas moléculas de compuestos orgánicos principalmente carbohidratos o azúcares, en los que se almacena la energía. Para desarrollar toda su actividad vital estos vegetales verdes necesitan las sustancias orgánicas que están sintetizando, las cuales descomponen durante su respiración para obtener energía.
La producción de sustancia orgánica de cada planta verde está en función de la cantidad de sustancia orgánica con la que cuenta; de la energía solar que recibe según la estación del año, de su edad y del equilibrio entre la fotosíntesis y la respiración. Según se presenten estas condiciones los vegetales verdes crecen hasta llegar a la talla característica para cada especie y en ese momento se establece el llamado "nivel de compensación" en el que las actividades de elaboración de la planta se igualan con la de respiración.
Se ha calculado que de cada millón de fotones que se producen en el Sol y que llegan a la superficie de la Tierra, sólo unos 90 son utilizados por todas las plantas verdes para sintetizar materia orgánica; de éstos, 50 son capturados por los vegetales terrestres y los 40 restantes por los marinos.
Lo anterior se debe a que el agua del mar constituye una barrera para la penetración de la luz por lo que los procesos fotosintéticos con los que se inician todas las cadenas de alimentación se llevan a cabo en las capas superficiales del océano. En las profundas, donde no llega la luz sólo se encuentran bacterias capaces de sintetizar materia orgánica sin ayuda de luz obteniendo la energía necesaria de las reacciones químicas que realizan, es decir, desarrollan una quimiosíntesis en lugar de la fotosíntesis; sin embargo en estas zonas la cantidad de alimento sintetizado es mínima.
Durante el proceso fotosintético se presenta una serie de ciclos de los elementos y compuestos químicos que intervienen en él. Éstos son el del bióxido de carbono, del oxígeno, del nitrógeno y los de otros elementos como el fósforo, el calcio, el potasio etcétera.
El bióxido de carbono constituye solamente el 0.03% del volumen total de la atmósfera, y de ahí pasa al agua oceánica en donde se disuelve llegando a los vegetales marinos para que puedan realizar la fotosíntesis. El bióxido de carbono regresa a la atmósfera durante la respiración de los organismos tanto vegetales como animales y por la actividad del hombre durante las combustiones que realiza en su industria; la actividad volcánica es otra fuente que regresa este compuesto al aire.
Los océanos tienen una mayor concentración de bióxido de carbono que la atmósfera y este compuesto participa en un gran número de procesos que llevan a cabo los organismos, como la formación de sus conchas, la estructuración del esqueleto de los corales, etcétera.
El bióxido de carbono tanto de la atmósfera como del océano, actúa en forma parecida a las paredes de un invernadero ya que atrapa el calor del Sol sobre la superficie del planeta. Según muchos biólogos la contaminación atmosférica causada por diversas combustiones que realiza el hombre, puede aumentar peligrosamente la cantidad de bióxido de carbono y si esto ocurriese la temperatura de la superficie terrestre aumentaría lo suficiente para ocasionar cambios climáticos en gran escala, como por ejemplo el deshielo de hielos polares que traería el aumento del nivel de los mares ocasionando grandes cambios en las costas. Se desconoce si en estas condiciones los vegetales verdes aumentarían su producción fotosintética y si esto equilibraría la situación.
Otro sistema cíclico que interviene en los flujos energéticos es el del nitrógeno. Las sustancias orgánicas nitrogenadas se sintetizan en los vegetales verdes, formando alimento para las mismas plantas y para los animales; al morir estos organismos así como cuando excretan o eliminan sus sustancias de desecho nitrogenadas entran en acción las bacterias; éstas al desintegrarlas obtienen la energía para realizar sus funciones y al mismo tiempo, transforman estas sustancias en productos inorgánicos que son solubles en agua y pueden ser absorbidos por los vegetales verdes para iniciar nuevamente el ciclo del nitrógeno.
Otros elementos que se encuentran en el agua oceánica son el fósforo, el calcio, el potasio etcétera que también presentan un comportamiento cíclico; todos ellos se sintetizan en los vegetales verdes formando compuestos orgánicos que son aprovechados por ellos mismos, y que pueden pasar animales y, de éstos, a las bacterias; en ocasiones se produce un paso directo de los vegetales a las bacterias. La actividad bacteriana hace posible que tales elementos queden de nuevo a disposición de ser absorbidos por las plantas.
La productividad oceánica por lo tanto depende de la cantidad de vegetales verdes que existan, de la disponibilidad de los elementos inorgánicos que contienen nitrógeno, fósforo, etcétera y de a abundancia de bióxido de carbono La existencia de estos elementos inorgánicos o nutrientes hace que los ciclos vitales transcurran más rápidamente y que la producción del mar sea mayor.
Todas las funciones vitales que llevan a cabo los organismos representan un gasto de energía; esto se observa en la respiración, la circulación, la digestión, la correlación nerviosa, la natación, etcétera. Tanto así, que se puede decir que los seres vivos son constantemente atravesados por un flujo o corriente de energía que entra en ellos en forma de alimentos y sale bajo el aspecto de movimiento, calor o actividad.
La alimentación de los seres vivos puede interpretarse en términos de circulación de energía; esto se observa cuando un pez mayor devora a uno más pequeño para seguir viviendo; el primero obtiene las calorías o unidad de energía que necesita a expensas del segundo para poder llevar a cabo las funciones vitales estableciéndose redes de devoradores y devorados que constituyen la base del mantenimiento de los seres vivos, incluso de las bacterias que viven a expensas de los restos de plantas y animales una vez muertos, En conjunto, se trata de una constante de transferencia de energía, gracias a la cual se mantiene girando infinidad de engranes que forman a los seres vivos.
Figura 1. Ciclo del bióxido de carbono.
Esta red constituye la llamada trama de alimentación, formada por una serie de cadenas de alimentación en las que el primer eslabón son los vegetales con clorofila. Éstos son fundamentalmente algas, y no sólo las que se pueden observar poblando las zonas costeras sobre las rocas, sino infinidad de algas unicelulares microscópicas que viven flotando en las aguas como formadoras del fitoplancton existiendo muy pocas plantas superiores con flores y frutos. Estos vegetales verdes representan el primer nivel trófico del océano, ya que son los productores primarios de los que depende la vida en el océano.
La rica población de algas microscópicas del fitoplancton constituye el sustento de gran número de pequeños animales de dimensiones cercanas al milímetro que también viven flotando en el océano cuya alimentación es herbívora y que forman el llamado zooplancton que integra el segundo nivel trófico. Éstos a su vez, son capturados en parte por peces u organismos que filtran el agua para concentrarlos como su alimento y ellos servirán después a otros peces carnívoros los cuales podrán alimentar a otros mayores o al hombre que los captura para su propia alimentación, estableciéndose los niveles tróficos tercero, cuarto; etcétera.
Este encadenamiento de organismos que se comen unos a otros se puede concebir como una corriente de energía que va pasando de unos seres a otros. En cada eslabón de la cadena se pierde una buena parte de esta energía, hasta un 90% lo cual exige que la cantidad de energía que captan los productores primarios sea diez veces superior a la que llega a los primeros carnívoros. Esta energía que se va perdiendo en cada eslabón es la que utilizan los organismos en sus procesos vitales o que se pierde con la muerte de una parte de ellos.
Figura 2. Niveles tróficos.
Las cadenas de alimentación se presentan como una pirámide en la que la base es el fitoplancton y la cúspide los últimos carnívoros; sin embargo esté no es simple, ya que un mismo organismo se puede alimentar a expensas de varias especies distintas, según las circunstancias del momento y del medio donde se encuentre; y a su vez, puede ser presa de unas u otras. Por ello, el transporte de energía no se realiza en forma lineal sino estableciendo una red, la trama de alimentación cuyos nudos estarían ocupados por las distintas especies.
Las relaciones tróficas de las comunidades marinas suelen ser complejas por la tendencia de los organismos de niveles tróficos más altos a alimentarse, alternativamente, de otros no necesariamente del mismo nivel; por ejemplo, en el arenque que es uno de los peces de mayor importancia como alimento para el hombre, el riesgo de muerte por hambre se ve disminuido por la existencia en su dieta de organismos alternativos y por su habilidad para conseguir alimento de niveles tróficos bajos.
En la cadena de alimentación del arenque en el Mar del Norte, la línea principal la constituyen: las diatomeas, vegetales del fitoplancton; Calanus, copépodos herbívoros del zooplancton; arenque adulto. Sin embargo se observa que las diatomeas pueden ser comidas por larvas de moluscos o por pequeños animales como copépodos, eufáusidos y tunicados, los que alimentan a arenques jóvenes, o a otros gusanos como las sagitas y los anfípodos, o a peces chicos como las anguilas de arena, los cuales a su vez son comidos por arenques adultos.
La cantidad de energía que se incorpora en cualquiera de los niveles tróficos es decir productores primarios herbívoros, carnívoro I, carnívoros II, etcétera, se puede expresar en calorías, en cantidad de carbono fijado para formar materia orgánica o en cantidad de materia orgánica; denominándose producción. La cantidad total en peso de materia viva que constituye un determinado nivel trófico se denomina biomasa, por lo que se puede definir la producción del océano como "el aumento de la biomasa por unidad de superficie y unidad de tiempo en un determinado grupo de organismos".
Figura 3. Fitoplancton como base de la cadena trófica.
En los mares templados las algas fotosintetizadoras del plancton presentan biomasas del orden de las 10 toneladas por kilómetro cuadrado, con una producción anual de 2 000 toneladas por kilómetro cuadrado, lo que da una idea de la cantidad de energía que se incorpora anualmente al mar gracias a la actividad de los vegetales marinos. Se estima que la cantidad de energía convertida en materia viva por los productores primarios en el mar, es más o menos de 15 trillones de kilocalorías por año; según los autores de este libro dicha producción es de casi el doble de la producción total de las plantas que habitan en los continentes.
Con base en lo que se conoce de estas tramas de alimentación, se puede decir que el océano es capaz de producir más proteínas animales de lo que podría consumir una población humana de dimensión mayor a la que ahora existe en el mundo, aun si cada individuo tuviera una ración diaria equivalente a sus necesidades o a sus apetencias. En la actualidad, la mayor parte de la producción de los océanos se destruye por muerte natural y sin ser utilizada por el hombre vuelve al ciclo biológico del océano.
Lo primero que necesita la dieta total de hombre no son nuevos medios de producción de alimentos, sino una distribución más equitativa de lo que se produce o de lo que fácilmente se puede llegar a producir. En esta etapa de la historia el problema del hambre es de egoísmo económico y no de capacidad productiva de alimento por los organismos que viven en los continentes y en los océanos.
El deber de la ciencia, de la tecnología y de la propia humanidad es lograr que la productividad del mar llegue de manera equitativa a todos los hombres para satisfacer sus necesidades proteicas.
