Los bioelementos, como su propio nombre indica, son los elementos químicos de la tabla periódica que conforman a los distintos seres vivos del planeta. A pesar de que la vida está formada por unos 30 elementos, el 96% de la masa celular de casi todos los taxones que se te ocurran está constituida por solo seis de ellos: carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos dan lugar a las proteínas, vitaminas, ácidos nucleicos, lípidos, hidratos de carbono y otros muchos compuestos más, así que concebir la vida sin ellos es tarea imposible.
La materia orgánica presente en la Tierra no es fija, sino que se transforma mediante el uso de energía. Por ejemplo, una planta crece gracias a la energía lumínica y a compuestos inorgánicos presentes en el suelo, transformando minerales en carbono. Esta masa es consumida por un animal herbívoro, luego por un carnívoro y luego por un superdepredador, hasta que este muere. En este punto, toda la materia acumulada se descompone en los suelos y volvemos a reiniciar el ciclo.
Las cadenas tróficas en los ecosistemas modulan este flujo de energía, es decir, el “quién se come a quién” condicionan el funcionamiento de los ambientes y, por tanto, de toda la vida presente en el entorno. De todas formas, para entender el intercambio de energía en los diferentes sistemas biológicos, es necesario describir extensamente un término de gran interés: la biomasa. Hoy te lo contamos todo sobre ella, así que sigue leyendo.
- Artículo relacionado: "Las 10 ramas de la Biología: sus objetivos y características"
¿Qué es la biomasa?
La biomasa es la masa de organismos biológicos vivos presentes en un ecosistema concreto en un momento determinado. El peso se puede determinar a nivel de un taxón o población concreta (biomasa de especie) o comprendiendo a todos los elementos vivos que cohabitan en el ambiente (biomasa de comunidad o comunitaria). La biomasa se reparte en los ecosistemas terrestres de forma piramidal en la cadena trófica, desde los productores primarios que suponen la base, hasta los superdepredadores de la punta.
Cabe destacar que la biomasa no se aprovecha al 100 % en todos los niveles ecosistémicos. Nos explicamos. A nivel ecológico, de toda la biomasa consumida por una vaca en forma de hierba (el 100% de la energía), solo un 10% pasará al siguiente nivel trófico. El mamífero debe quemar la materia orgánica que consume para forrajear, reproducirse, producir calor y en definitiva vivir, así que solo una ínfima parte de la energía obtenida por la biomasa pasa de nivel a nivel en la cadena. Por suerte, la energía solar es “ilimitada”, así que esta pérdida no debe notarse en un ecosistema sano siempre y cuando existan plantas que realicen la fotosíntesis.
Un término interrelacionado con la biomasa es la bioenergía, pues esta hace referencia a la obtención de energía de forma renovable en el sector humano, mediante el aprovechamiento de la materia orgánica (ya sea tratada de forma natural en el ecosistema o mecánica). La biomasa y la bioenergía son dos caras de la misma moneda, pero el primer término hace referencia generalmente a un evento natural, mientras que el segundo tiene una clara aplicabilidad antrópica.
La biomasa de la Tierra, en datos brutos
En el año 2018, se publicó en el portal científico PNAS la investigación The biomass distribution on Earth, que trataba de estimar la biomasa en toda la Tierra en forma de carbono (C), el componente orgánico por excelencia de los seres vivos. Se calcularon un total de 550 gigatoneladas de carbono, que se reparten entre los distintos taxones vivos de la siguiente forma:
- Las plantas fueron el reino productor dominante. Estas son responsables de almacenar 450 gigatoneladas de carbono, es decir, el 80% del total. Son las productoras primarias de todo ecosistema normal.
- Tras ellas, te sorprenderá conocer que se encuentran las bacterias, que proporcionan unas 70 Gt, el 15% del carbono total. Aunque no podamos verlos, estos microorganismos están en todas partes.
- Los hongos, arqueas y protistas ocupan el tercer, cuarto y quinto puesto respectivamente, con 12, 7 y 4 Gt totales.
- Para la vergüenza del pináculo evolutivo, los animales solo suponemos 2 gigatoneladas de carbono: solo los virus aportan menos que nosotros, con 0,2 Gt.
Además, este estudio calculó que la cantidad de biomasa terrestre es dos órdenes más grandes que la marina, pero se estima que la biota en el medio acuático aporta en total unas 6 gigatoneladas de carbono, una cifra para nada desdeñable. Como puedes ver, la mayor parte de la materia orgánica de la Tierra se encuentra formando parte de microorganismos y plantas.
El cálculo de la biomasa
Calcular la biomasa total producida en un ecosistema es una tarea extremadamente difícil, aunque las nuevas tecnologías (como el Laser Vegetation Imaging Sensor) ayudan a los investigadores a realizar estimaciones bastante fiables, al menos a la hora de cuantificar el carbono vegetal de un ambiente. Debido a la complejidad intrínseca de tener en cuenta a todos los elementos vivos del bioma, toca acudir a ecuaciones y métodos de regresión, es decir, calcular la biomasa producida por un individuo y luego extrapolar este valor al total de la población.
Para que te hagas una idea de cómo se puede llegar a calcular la biomasa, tomaremos una placa de petri con microorganismos, la escala más pequeña que se nos ocurre. Para estimar el carbono, se sigue la siguiente ecuación:
Biomasa (en microgramos de carbono/mililitro de muestra): N x Bv X F
En esta ecuación, N representa el número de microorganismos contados en un mililitro de muestra, Bv es el biovolumen es lo que ocupa cada microorganismo (en escala µm^3) y F es el factor de conversión de carbono, en µg de C por µm^3. Como puedes ver, cuantificar la biomasa en una muestra no es nada sencillo, ni siquiera cuando nos movemos en escalas microscópicas.
- Quizás te interese: "Los 8 tipos de biomas que existen en el mundo"
La productividad y la biomasa
Un término completamente ligado al de biomasa es la productividad ecológica. Este parámetro se define como a la producción de materia orgánica en un área determinada por unidad de tiempo, es decir, la cantidad de biomasa que se genera en un ecosistema natural o sistema artificial humano.
La unidad más común que se utiliza para cuantificar la productividad en un ecosistema es kilogramos/hectárea por año, aunque se pueden usar otras escalas de peso (toneladas, gigatoneladas) superficie (metros cuadrados, centímetros cuadrados,etc.) e incluso tiempo (días, horas, décadas). Todo depende de la utilidad y el enfoque del estudio en cuestión que esté intentando obtener parámetros específicos.
Pongamos un ejemplo. Supongamos que tenemos una superficie de 40 hectáreas que al principio estaba vacía, pero se ha repoblado con plantas que, de media, pesan 1 kilogramo. En total contamos unas 1.000 plantas de la especie de interés al final del año, lo que nos da, consecuentemente, 1.000 kilogramos de masa total (biomasa de especie). Si hacemos los cálculos pertinentes (1.000 kg/ 40 Ha), obtendremos que, en total, la productividad ha sido de 25 kg/Ha/año.
Este modelo hipotético presenta una gran tasa de productividad, pero la cosa cambia bastante si hablamos de animales. Ahora piensa en una población de vacas que, por ejemplo, necesitan una extensión de terreno de 20.000 hectáreas para prosperar. Por mucho que pesen estos mamíferos de ganado, serán menos individuos totales que las plantas y, además, el terreno de forrajeo es más amplio, lo que nos reporta una biomasa total producida mucho menor.
Además de esto, es necesario tener en cuenta el punto anterior: la energía que salta de eslabón a eslabón de la cadena es solo de un 10%. Las vacas gastan el 90% de energía en vivir, así que siempre es más productivo un ecosistema primariamente vegetal que uno con abundantes animales. De todas formas, la selección natural no “busca” maximizar la productividad, sino mantener un equilibrio estable a largo plazo entre todos los componentes. Por ello, cuando se introducen especies exóticas en un ecosistema, el desenlace suele ser desastroso.
Resumen
Para que pongas en perspectiva todo lo aprendido, te comparamos dos casos concretos: la productividad vegetal (primaria) en un desierto es menor a 0,5 gramos/metro cuadrado/día, mientras que en un campo de cultivo el valor oscila los 10 gramos/metro cuadrado/día. Cuantos más vegetales se presenten en un ecosistema, más biomasa habrá y, por tanto, mayor será la tasa de productividad.
En resumen, la biomasa refleja la cantidad de materia orgánica en un lugar y sitio concretos, mientras que la productividad hace referencia a la rapidez y la efectividad con la que esta materia orgánica se produce. Estos parámetros nos ayudan a conocer el funcionamiento de los ecosistemas naturales, pero también nos permiten maximizar los beneficios materiales y económicos a la hora de explotar el terreno con fines humanos.
Referencias bibliográficas:
- Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018). The biomass distribution on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), 6506-6511.
- Brown, S. (1997). Estimating biomass and biomass change of tropical forests: a primer (Vol. 134). Food & Agriculture Org..
- Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X., ... & Bridgwater, A. V. (2017). Review of physicochemical properties and analytical characterization of lignocellulosic biomass. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 309-322.
- Macgregor, C. J., Williams, J. H., Bell, J. R., & Thomas, C. D. (2019). Moth biomass increases and decreases over 50 years in Britain. Nature Ecology & Evolution, 3(12), 1645-1649.
- Parikka, M. (2004). Global biomass fuel resources. Biomass and bioenergy, 27(6), 613-620.
