Pirámides.

Un concepto muy importante que considerar para entender las “Pirámides” en las cadenas y redes alimenticias es el de biomasa. La biomasa es toda sustancia orgánica renovable de origen tanto animal como vegetal. La energía de la biomasa proviene de la energía que almacenan los seres vivos. En primer lugar, los vegetales al realizar la fotosíntesis, utilizan la energía del sol para formar sustancias orgánicas. Después los animales incorporan y transforman esa energía al alimentarse de las plantas. Los productos de dicha transformación, que se consideran residuos, pueden ser utilizados como recurso energético.

Desde principios de la historia de la humanidad, la biomasa ha sido una fuente energética esencial para el hombre. Con la llegada de los combustibles fósiles, este recurso energético perdió importancia en el mundo industrial. En la actualidad los principales usos que tiene son domésticos.
En Europa, Francia es el país que mayor cantidad de biomasa consume (más de 9 millones de toneladas equivalentes de petróleo –tep-) seguido de Suecia. España ocupa el cuarto lugar dentro de esta lista con 3,6 millones de tep.
Los factores que condicionan el consumo de biomasa en Europa son:
Factores geográficos: debido a las condiciones climáticas de la región, las cuales indicarán las necesidades de calor que requiera cada zona, y las cuales podrán ser cubiertas con biomasa.
Factores energéticos: por la rentabilidad o no de la biomasa como recurso energético. Esto dependerá de los precios y del mercado energético en cada momento.
Disponibilidad del recurso: este es el factor que hay que estudiar en primer lugar para determinar el acceso y la temporalidad del recurso.

Un principio general es que, mientras más alejado esté un nivel trófico de su fuente (detrito o productor), menos biomasa contendrá (aquí entendemos por biomasa al peso combinado de todos los organismos en el nivel trófico). Esta reducción en la biomasa se debe a varias razones:
no todos los organismos en los niveles inferiores son comidos
no todo lo que es comido es digerido
siempre se pierde energía en forma de calor Es importante recordar que es más fácil detectar la disminución en el número si lo vemos en términos de biomasa. No es confiable el número de organismos en este caso debido a la gran variación en la biomasa de organismos individuales. Por ejemplo, algunos animales pequeños se alimentan de los frutos de árboles. En términos de peso combinado, los árboles de un bosque superan a los animales pero, de hecho, hay más individuos de los animales que de los árboles; ahora bien, un árbol individual puede ser muy grande, con un peso de cientos de kilos, mientras que un animal individual (en el caso que estamos analizando) puede pesar, quizás, un kilogramo.

Hay unas pocas excepciones al esquema de pirámide de biomasa. Una de ellas se encuentra en sistemas acuáticos donde las algas pueden ser superadas, en número y en masa, por los organismos que se alimentan de las algas. Las algas pueden soportar la mayor biomasa del siguiente nivel trófico solamente porque ellas pueden reproducirse tan rápidamente como son comidas. De esta manera, ellas nunca son completamente consumidas. Es interesante notar que esta excepción a la regla de la pirámide de biomasa también es una excepción parcial a por lo menos 2 de las 3 razones para la pirámide de biomasa dadas arriba. Aunque no todas las algas son consumidas, sí lo son la mayoría de ellas, y aunque no son totalmente digeribles, las algas son, en términos generales, mucho más nutritivas que las plantas leñosas (la mayoría de los organismos no pueden digerir la madera y extraer energía de ella).

Flujo de energía y cadenas tróficas

Los organismos pueden ser productores o consumidores en cuanto al flujo de energía a través de un ecosistema.

Los productores convierten la energía ambiental en enlaces de carbono, como los encontrados en el azúcar glucosa. Los ejemplos más destacados de productores son las plantas; ellas usan, por medio de la fotosíntesis, la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono en glucosa (u otro azúcar). Las algas y las cianobacterias también son productores fotosintetizadores, como las plantas. Otros productores son las bacterias que viven en algunas profundidades oceánicas. Estas bacterias toman la energía de productos químicos provenientes del interior de la Tierra y con ella producen azúcares. Otras bacterias que viven bajo tierra también pueden producir azúcares usando la energía de sustancias inorgánicas. Otro término para productores es autótrofos.
Los consumidores obtienen su energía de los enlaces de carbono originados por los productores. Otro término para un consumidor es heterótrofo. Es posible distinguir 4 tipos de heterótrofos en base a lo que comen:

El nivel trófico se refiere a la posición de los organismos en la cadena alimenticia, estando los autótrofos en la base.

Un organismo que se alimente de autótrofos es llamado herbívoro o consumidor primario; uno que coma herbívoros es un carnívoro o consumidor secundario. Un carnívoro que coma carnívoros que se alimentan de herbívoros es un consumidor terciario, y así sucesivamente.
Es importante observar que muchos animales no tienen dietas especializadas. Los omnívoros (como los humanos) comen tanto animales como plantas. Igualmente, los carnívoros (excepto algunos muy especializados) no limitan su dieta sólo a organismos de un nivel trófico. Las ranas y sapos, por ejemplo, no discriminan entre insectos herbívoros y carnívoros; si es del tamaño adecuado y se encuentra a una distancia apropiada, la rana lo capturará para comérselo sin que importe el nivel trófico.

El diagrama anterior muestra como la energía (flechas oscuras) y los nutrientes inorgánicos (flechas claras) fluyen a través del ecosistema. Debemos, primeramente, aclarar algunos conceptos. La energía "fluye" a través del ecosistema como enlaces carbono-carbono. Cuando ocurre respiración, los enlaces carbono-carbono se rompen y el carbono se combina con el oxígeno para formar dióxido de carbono (CO2). Este proceso libera energía, la que es usada por el organismo (para mover sus músculos, digerir alimento, excretar desechos, pensar, etc.) o pérdida en forma de calor. Las flechas oscuras en el diagrama representa el movimiento de esta energía. Observe que toda la energía proviene del sol, y que el destino final de toda la energía es perderse en forma de calor. ¡La energía no se recicla en los ecosistemas!
Los nutrientes inorgánicos son el otro componente mostrado en el diagrama. Ellos son inorgánicos debido a que no contienen uniones carbono-carbono. Algunos de estos nutrientes inorgánicos son el fósforo en sus dientes, huesos y membranas celulares; el nitrógeno en sus aminoácidos (las piezas básicas de las proteínas); y el hierro en su sangre (para nombrar solamente unos pocos nutrientes inorgánicos). El flujo de los nutrientes se representa con flechas claras. Observe que los autótrofos obtienen estos nutrientes inorgánicos del 'almacén' de nutrientes inorgánicos (usualmente el suelo o el agua que rodea la planta). Estos nutrientes inorgánicos son pasados de organismo a organismo cuando uno es consumido por otro. Al final, todos los organismos mueren y se convierten en detrito, alimento para los descomponedores. En esta etapa, la energía restante es extraída (y perdida como calor) y los nutrientes inorgánicos son regresados al suelo o agua para se utilizados de nuevo. ¡Los nutrientes inorgánicos son reciclados, la energía no!

Para resumir: En el flujo de energía y de nutrientes inorgánicos, es posible hacer algunas generalizaciones:
1. La fuente primaria (en la mayoría de los ecosistemas) de energía es el sol.
2. El destino final de la energía en los ecosistemas es perderse como calor.
3. La energía y los nutrientes pasan de un organismo a otro a través de la cadena alimenticia a medida que un organismo se come a otro.
4. Los descomponedores extraen la energía que permanece en los restos de los organismos muertos.
5. Los nutrientes inorgánicos son reciclados pero la energía no.

Cadenas y Redes Alimenticias.

Una cadena alimenticia es la ruta del alimento desde un consumidor final dado hasta el productor. Por ejemplo, una cadena alimenticia típica en un ecosistema de campo pudiera ser:
pasto ---> saltamontes --> ratón ---> culebra ---> halcón
Aún cuando se dijo que la cadena alimenticia es del consumidor final al productor, se acostumbra representar al productor a la izquierda (o abajo) y al consumidor final a la derecha (o arriba). Uno debe ser capaz de analizar la anterior cadena e identificar a los autótrofos, los heterótrofos y clasificarlos como herbívoro, carnívoro, etc. Igualmente, se debe reconocer que el halcón es un consumidor cuaternario en éste ejemplo. Desde luego, el mundo real es mucho más complicado que una simple cadena alimenticia. Aún cuando muchos organismos tienen dietas muy especializadas (como es el caso de los osos hormigueros), en la mayoría no sucede así. Los halcones no limitan sus dietas a culebras, las culebras comen otras cosas aparte de ratones, los ratones comen yerbas además de saltamontes, etc. Una representación más realista de quien come a quien se llama red alimenticia.

Solamente cuando vemos una representación de una red alimenticia como la anterior, es que la definición dada arriba de cadena alimenticia tiene sentido. Podemos ver que una red alimenticia consiste de cadenas alimenticias interrelacionadas, y la única manera de desenredar las cadenas es de seguir el curso de una cadena hacia atrás hasta llegar a la fuente.
La red alimenticia anterior consiste de cadenas alimenticias de pastoreo ya que en la base se encuentran productores que son consumidos por herbívoros. Aún cuando este tipo de cadenas es importante, en la naturaleza son más comunes las cadenas alimenticias con base en los detritos en las cuales se encuentran descomponedores en la base.

MÉTODOS PARA RESOLVER PROBLEMAS EN BIOLOGÍA.

Observar y Plantear Hipótesis.
¿Por qué los biólogos se interesan en contestar preguntas del tipo “cómo se comunican los elefantes? ¿Por qué los leones o tigres caminan hacia delante y hacia atrás en una jaula?”
Para un científico la razón más simple es la pura curiosidad acerca de cómo y por qué ocurren las cosas en la naturaleza. Además, responder a las preguntas nos lleva a un mejor entendimiento sobre el comportamiento de los animales, en este caso. Por otra parte, este conocimiento permite a los conservacionistas de la vida salvaje y a los encargados de los zoológicos cuidar mejor de los animales.

Métodos que utilizan los biólogos.
Los biólogos utilizan diferentes enfoques para resolver los problemas, pero hay algunos pasos comunes a estos enfoques. Los pasos comunes que los biólogos y otros científicos utilizan para recolectar información que les permita resolver problemas, se llama método científico.

Con frecuencia los científicos encuentran problemas para resolver –preguntas para contestar- por medio de la simple observación del mundo que los rodea. Por ejemplo, a un científico que está trabajando en el tema de la reproducción del maíz en el laboratorio, se le ocurren preguntas adicionales sobre el desarrollo de esta planta. Otros científicos pueden llegar a resolver interrogantes sobre la alimentación de las águilas en una montaña, después de haber observado, sus patrones de comportamiento en el campo.

Las probables respuestas que los científicos dan a los problemas por resolver, se llaman hipótesis.
Una hipótesis es una respuesta a un problema, que puede ser comprobada.

Una hipótesis no es una adivinanza al azar, es más, antes de que un científico elabore una hipótesis, ya tiene una idea de lo que puede ser la respuesta a su interrogante, basado en su experiencia previa, en lecturas sobre el tema y en la investigación que ha practicado. La capacidad de razonamiento de un científico se aplica a todo este conocimiento.

Razonamiento Inductivo.
Detente un momento a pensar en la manera como resuelves los problemas que se presentan a diario en tu vida. Por ejemplo, imagina que no encuentras las llaves de tu casa, la última vez que las tuviste que tenías puesta una chamarra azul; de pronto recuerdas que en dos ocasiones anteriores varias monedas y un lápiz se cayeron de la bolsa a través de un agujero y quedaron atrapados en el forro. De manera que tú elaboras la hipótesis de que las llaves se encuentran allí.
Utilizaste un razonamiento inductivo.

En un razonamiento inductivo partimos de un grupo determinado de hechos particulares o determinados para plantear una regla general.

Razonamiento Deductivo.
En ocasiones conocemos una regla general antes de que un caso en particular se haga evidente. Por ejemplo sabemos que los perros jadean cuando están sedientos y acalorados. Un día observas que tu perro jadea pesadamente, y piensas, “si el perro jadea, entonces debe estar sediento, acalorado, y necesita agua”. Así que revisas su recipiente y encuentras que está vacío. Has utilizado el razonamiento deductivo.
En el razonamiento deductivo relacionas reglas generales que ya conoces y son verdaderas, sobre un caso en particular o determinado.
Este tipo de razonamiento por lo general se expresa así: “Si…, entonces…” Supongamos que vives en un área que se caracteriza por las inundaciones. Puedes utilizar el razonamiento deductivo para decir, “si caen otros 5 mm de lluvia en la siguiente hora, entonces habrá una inundación”.

Experimentación.
Las personas no utilizan en su vida diaria la palabra experimento de la misma manera como la utilizan los científicos en su trabajo. Por ejemplo, es posible que hayas escuchado a alguien decir que va a experimentar con una receta para hacer galletas. La persona planea sustituir nueces por trocitos de chocolate, utilizar margarina en vez de mantequilla, añadir cocoa en polvo, reducir la cantidad de azúcar y hornear las galletas por más tiempo. En sentido científico esto no es un experimento porque no hay forma de saber qué efecto tendrá cada uno de los cambios por sí solo en las galletas.
Para los científicos, un experimento es un procedimiento con el que se prueba una hipótesis por medio de la recolección de información bajo condiciones controladas.

¿Qué es experimento bajo condiciones controladas?
Algunos experimentos se llevan a cabo con un grupo de control o testigo, y un grupo experimental.
El de control o testigo, es el grupo estándar, en donde se mantienen todas las condiciones sin alteración.
El grupo experimental es el grupo de prueba, al que se altera la condición que se va a probar y las demás permanecen iguales o constantes.
Supongamos que quieres aprender cómo el agua salada afecta a una variedad de maíz. El grupo de control estará conformado por varias plantas de maíz que regarás con agua sin sal, y el grupo experimental por varias plantas que regarás con agua con diferentes concentraciones de sal. La condición que probarás será la concentración de sal en el agua, de manera que todas las demás condiciones (luz, temperatura, cantidad de agua, horario de riego, etc.) deberán permanecer iguales para ambos grupos: control y experimental.

Diseño del Experimento.
La mayoría de los científicos coinciden que la perspicacia e imaginación son características necesarias para el diseño de un experimento que permita comprobar una hipótesis.
En un experimento controlado solo cambia una condición a la vez. Esta condición que varía recibe el nombre de variable independiente.
A medida que los científicos cambias la variable independiente, pueden observar o medir una segunda condición resultante del cambio, esta condición es la variable dependiente.
En el experimento hecho para comprobar el efecto del agua con sal en las plantas de maíz, la concentración de sal es la variable independiente, y la tasa de crecimiento resultante en el maíz es la variable dependiente.
Así como los problemas llegan de forma diferente, las medidas que tomamos para resolver alguno en particular varían ampliamente. El diseño experimental que un científico escoge depende de las experiencias que otros investigadores han tenido y de lo que el científico espera obtener.

Empleo de material o herramientas.
Los biólogos emplean una gran cantidad de herramientas para obtener información durante el desarrollo de un experimento. Algunas de estas herramientas comunes o material son los vasos de precipitados, tubos de ensayo, cajas de petri, balanzas, termómetros, parrillas para calentar, reglas, pipetas, probetas graduadas.
Dentro de las herramientas más complejas están los microscopios, centrífugas, detectores de radiación, espectrofotómetros, analizadores de ADN y cromatógrafos de gases.

Seguridad.
La seguridad es otro factor importante que los científicos tienen en cuenta cuando desarrollan sus experimentos. Los biólogos tratan de minimizar los peligros tanto para ellos y para cualquier persona que trabaje a su alrededor, como para con los organismos que están estudiando.

Recolección de datos o resultados experimentales.
Para contestar sus preguntas acerca de problemas científicos, los científicos buscan información en sus experimentos. Esta información se conoce como datos. Algunas veces estos datos se denominan resultados experimentales.
Con frecuencia encontramos los datos en forma numérica como la cantidad de milímetros que una planta crece cada día. Los datos numéricos pueden ser medidas de tiempo, longitud, temperatura, masa, área, volumen o cualquier otro factor. Los datos numéricos pueden ser también conteos, como la cantidad de abejas que visitan una flor durante un día o el número de semillas de frijol que germinan en un determinado lugar.
Expresamos los datos empleando palabras, números, gráficas para describir nuestras observaciones durante un experimento.

Pensar sobre lo sucedió o Análisis de los Resultados.
A pesar de tener los datos de un experimento, aun no ha finalizado el proceso científico. Con frecuencia, el proceso de pensamiento que está involucrado en el análisis del experimento toma la mayor cantidad de tiempo, y después de la cuidadosa revisión de los resultados el científico obtiene una conclusión.

Conclusión.
¿Los datos respaldaron la hipótesis? ¿O no fue así? ¿Se necesitan más datos? Es importante tener en cuenta que los datos obtenidos en un experimento se consideran confirmados únicamente si al repetir el experimento varias veces, se obtienen resultados similares.
Con el fin de comparar resultados y conclusiones con estudios realizados por otros científicos en el mismo campo es necesario buscar literatura relacionada y pensar en el diseño de otros experimentos que pueden llevarse a cabo.

Reporte de los resultados.
Los resultados y las conclusiones de los experimentos se reportan en revistas científicas, de manera que estén al alcance de toda la comunidad. Cientos de revistas científicas se publican semanal o mensualmente. De hecho, los científicos utilizan gran parte de su tiempo leyendo artículos para enterarse de la información reportada.

Verificar los resultados.
Los datos y las conclusiones se comparten con los demás científicos por una razón importante: después de que se publican los resultados de una investigación, otros científicos pueden querer repetir el experimento para verificar los resultados. Si éstos se repiten, hay nuevo soporte para las hipótesis planteadas.
Cuando una hipótesis se respalda con datos adicionales obtenidos por el científico que condujo el experimento original o por otros científicos, ésta se considera válida y la comunidad científica la acepta.

Teorías y Leyes.
Las personas utilizan en la vida diaria la palabra teoría en forma muy diferente a como lo hacen los científicos.
Es posible que hayas escuchado a alguien decir que tiene una teoría sobre un equipo de fútbol que ganará el campeonato este año. Lo que la persona quiere decir en realidad, es que cree que determinado equipo jugará mejor por una u otra razón. Por supuesto que se necesita mucha más evidencia que ésta para respaldar una teoría científica.
En el campo de la ciencia, una hipótesis respaldada durante un largo período por muchas observaciones separadas y experimentos, por lo general se convierte en una teoría.

Una teoría es la explicación de un fenómeno natural que es respaldada por un conjunto de evidencias científicas obtenidas como resultado de muchas investigaciones u observaciones.

Una teoría es el resultado de la verificación y refinamiento permanente de una hipótesis.

Los científicos reconocen hechos de la naturaleza, a los que llaman leyes o principios.

El hecho de que al lanzar una piedra, ésta caiga a la Tierra, es un claro ejemplo de la ley de la gravedad.