Biomasa (ecología)

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Aparte de las bacterias, la biomasa viva global total se ha estimado en 550 o 560 mil millones de toneladas C, la mayoría de las cuales se encuentra en los bosques.
Los entornos acuáticos comunes, como los humedales, los estuarios y los arrecifes de coral, pueden ser tan productivos como los bosques, generando cantidades similares de nueva biomasa cada año en un área determinada.

La biomasa es la masa de organismos biológicos vivos en un área o ecosistema determinado en un momento determinado. La biomasa puede referirse a biomasa de especies, que es la masa de una o más especies, oa biomasa comunitaria, que es la masa de todas las especies de la comunidad. Puede incluir microorganismos, plantas o animales. La masa se puede expresar como la masa promedio por unidad de área o como la masa total en la comunidad.

Cómo se mide la biomasa depende de por qué se mide. En ocasiones, la biomasa se considera como la masa natural de los organismos in situ, tal y como son. Por ejemplo, en una pesquería de salmón, la biomasa de salmón podría considerarse como el peso húmedo total que tendría el salmón si se sacara del agua. En otros contextos, la biomasa se puede medir en términos de masa orgánica seca, por lo que tal vez solo cuente el 30% del peso real, siendo el resto agua. Para otros fines, solo cuentan los tejidos biológicos y se excluyen los dientes, los huesos y las conchas. En algunas aplicaciones, la biomasa se mide como la masa de carbono orgánico (C) que está presente.

La biomasa viva total en la Tierra es de alrededor de 550-560 mil millones de toneladas C, y la producción primaria anual total de biomasa es un poco más de 100 mil millones de toneladas C/año. La biomasa viva total de bacterias puede ser tanto como la de plantas y animales o puede ser mucho menor. El número total de pares de bases de ADN en la Tierra, como una posible aproximación de la biodiversidad global, se estima en (5.3±3.6)×1037, y pesa 50 mil millones de toneladas. Alrededor de 2020, se espera que la masa antropogénica (material hecho por el hombre) exceda toda la biomasa viva en la tierra.

Pirámides ecológicas

Una pirámide energética ilustra cuánta energía se necesita mientras fluye hacia arriba para apoyar el siguiente nivel trófico. Sólo alrededor del 10% de la energía transferida entre cada nivel trófico se convierte en biomasa.

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

Una pirámide ecológica proporciona una instantánea en el tiempo de una comunidad ecológica.

La base de la pirámide representa a los productores primarios (autótrofos). Los productores primarios toman energía del medio ambiente en forma de luz solar o productos químicos inorgánicos y la utilizan para crear moléculas ricas en energía, como los carbohidratos. Este mecanismo se llama producción primaria. Luego, la pirámide avanza a través de los diversos niveles tróficos hasta los depredadores del ápice en la parte superior.

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 significa 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 más biomasa en los niveles más altos.

Biomasa terrestre

Biomasa terrestre relativa
de vertebrados contra artrópodos

La biomasa terrestre generalmente disminuye notablemente en cada nivel trófico superior (plantas, herbívoros, carnívoros). Ejemplos de productores terrestres son pastos, árboles y arbustos. Estos tienen una biomasa mucho mayor que los animales que los consumen, como ciervos, cebras e insectos. El nivel con menor biomasa son los depredadores más altos de la cadena alimentaria, como los zorros y las águilas.

En un pastizal templado, los pastos y otras plantas son los principales productores en la parte inferior de la pirámide. Luego vienen los consumidores primarios, como saltamontes, campañoles y bisontes, seguidos de los consumidores secundarios, musarañas, halcones y pequeños felinos. Finalmente los consumidores terciarios, grandes felinos y lobos. La pirámide de biomasa decrece marcadamente en cada nivel superior.

Biomasa oceánica

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

Phytoplankton → zooplankton → zooplancton depredador → alimentadores de filtro → pescado depredador

Red de alimentos en el océano que muestra una red de cadenas alimentarias
Pirámides de biomasa
En comparación con las pirámides de biomasa terrestre, las pirámides acuáticas se invierten en la base
Prochloroccus, una bacteria influyente

El fitoplancton es el principal productor primario en la parte inferior de la cadena alimentaria marina. El fitoplancton utiliza la fotosíntesis para convertir el carbono inorgánico en protoplasma. Luego son consumidos por zooplancton que varía en tamaño desde unos pocos micrómetros de diámetro en el caso del microzooplancton de protistas hasta zooplancton gelatinoso y crustáceo macroscópico.

El zooplancton constituye el segundo nivel de la cadena alimentaria e incluye pequeños crustáceos, como copépodos y krill, y las larvas de peces, calamares, langostas y cangrejos.

A su vez, el zooplancton pequeño es consumido tanto por zooplancton depredadores más grandes, como el krill, como por peces forrajeros, que son peces pequeños que se alimentan por filtración y forman cardúmenes. Esto constituye el tercer nivel en la cadena alimenticia.

Un cuarto nivel trófico puede consistir en peces depredadores, mamíferos marinos y aves marinas que consumen peces forrajeros. Algunos ejemplos son el pez espada, las focas y los alcatraces.

Los depredadores máximos, como las orcas, que pueden consumir focas, y los marrajos dientusos, que pueden consumir pez espada, constituyen un quinto nivel trófico. Las ballenas barbadas pueden consumir zooplancton y krill directamente, lo que lleva a una cadena alimentaria con solo tres o cuatro niveles tróficos.

Los ambientes marinos pueden tener pirámides de biomasa invertidas. En particular, la biomasa de los consumidores (copépodos, krill, camarones, peces forrajeros) es mayor que la biomasa de los productores primarios. Esto sucede porque los productores primarios del océano son pequeños fitoplancton, que son estrategas r que crecen y se reproducen rápidamente, por lo que una pequeña masa puede tener una tasa rápida de producción primaria. Por el contrario, los productores primarios terrestres, como los bosques, son estrategas K que crecen y se reproducen lentamente, por lo que se necesita una masa mucho mayor para lograr la misma tasa de producción primaria.

Entre el fitoplancton en la base de la red alimenticia marina hay miembros de un filo de bacterias llamado cianobacteria. Las cianobacterias marinas incluyen los organismos fotosintéticos más pequeños conocidos. El más pequeño de todos, Prochlorococcus, mide entre 0,5 y 0,8 micrómetros de diámetro. En términos de números individuales, 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. Prochlorococcus es ubicuo entre 40°N y 40°S y domina en las regiones oligotróficas (pobres en nutrientes) de los océanos. La bacteria representa aproximadamente el 20% del oxígeno en la atmósfera terrestre y forma parte de la base de la cadena alimenticia del océano.

Biomasa bacteriana

Por lo general, hay 50 millones de células bacterianas en un gramo de suelo y un millón de células bacterianas en un mililitro de agua dulce. En un estudio muy citado de 1998, se calculó erróneamente que la biomasa bacteriana mundial era de 350 a 550 mil millones de toneladas de carbono, lo que equivale a entre el 60 % y el 100 % del carbono de las plantas. Estudios más recientes de microbios del fondo marino arrojan dudas considerables al respecto; un estudio en 2012 redujo la biomasa microbiana calculada en el lecho marino de los 303 mil millones de toneladas de C originales a solo 4,1 mil millones de toneladas de C, reduciendo la biomasa global de procariotas a 50 a 250 mil millones de toneladas de C. Además, si el la biomasa promedio por célula de procariotas se reduce de 86 a 14 femtogramos C, luego la biomasa global de procariotas se redujo a 13 a 44,5 mil millones de toneladas de C, lo que equivale a entre 2,4% y 8,1% del carbono en las plantas.

A partir de 2018, sigue existiendo cierta controversia sobre cuál es la biomasa bacteriana global. Un censo publicado por el PNAS en mayo de 2018 da para la biomasa bacteriana ~70 mil millones de toneladas de carbono, equivalente al 15% de la biomasa total. Un censo del proyecto Deep Carbon Observatory publicado en diciembre de 2018 da una cifra menor de hasta 23 mil millones de toneladas de carbono.

Ubicación geográfica Número de células (× 1029) Billones de toneladas de carbono
Planta baja
2.9 a 50
4.1
Océano abierto
1.2
1,7 a 10
Suelo terrestre
2.6
3.7 a 22
Subsuperficie terrestre terrestre
2.5 a 25
3.5 a 215

Biomasa mundial

Las estimaciones de la biomasa global de especies y grupos de nivel superior no siempre son consistentes en la literatura. La biomasa global total se ha estimado en alrededor de 550 000 millones de toneladas C. La mayor parte de esta biomasa se encuentra en la tierra, y solo entre 5 y 10 000 millones de toneladas C se encuentran en los océanos. En tierra, hay unas 1000 veces más biomasa vegetal (fitomasa) que biomasa animal (zoomasa). Alrededor del 18% de esta biomasa vegetal es consumida por los animales terrestres. Sin embargo, en el océano, la biomasa animal es casi 30 veces mayor que la biomasa vegetal. La mayor parte de la biomasa de plantas oceánicas es consumida por los animales oceánicos.

Nombre Número de especies Fecha de estimación cuenta individual masa viviente del individuo por ciento de biomasa (secado) número total de átomos de carbono biomasa seca mundial en millones de toneladas biomasa húmeda global (fresco) en millones de toneladas
Terrestre
Humanos
1
2019
7.700 millones
50 kg
(incluidos los niños)
30%
4.015×1036
105
385
2005
4.63 millones
62 kg
(exc. niños)
287
Cattle
1
1.300 millones
400 kg
30%
156
520
Ovejas y cabras
2
2002
1.75 mil millones
60 kg
30%
31,5
105
Pollos
1
24 mil millones
2 kg
30%
14.4
48
Hormigas
12.649
107–108 mil millones
3×10−6 kg
(0.003 gramos)
30%
10 a 100
30-300
Earthworms
7.000
1881
Darwin
1.3×106 mil millones
3 g
30%
1.140 a 2.280
3.800 a 7.600
Termitas
,800
1996
445
Marine
Ballenas azules
1
Pre-whaling
340.000
40%
36
2001
4.700
40%
0.5
Pesca
√10,000
2009
800 a 2.000
Krill Antártico
1
1924-2004
7.8×1014
0.486 g
379
Copepods
(un zooplancton)
13.000
10−6–10−9 kg
1×1037
Cyanobacteria
(un picoplancton)
?
2003
1.000
Global
Prokaryotes
(bacterias)
?
2018
1×1031 células
23.000 – 70.000

Los seres humanos componen alrededor de 100 millones de toneladas de la biomasa seca de la Tierra, los animales domésticos alrededor de 700 millones de toneladas, las lombrices de tierra más de 1100 millones de toneladas y los cultivos anuales de cereales alrededor de 2300 millones de toneladas.

Biomasa por forma de vida
Los humanos y su ganado representan el 96% de todos los mamíferos de la tierra en términos de biomasa, mientras que todos los mamíferos salvajes representan sólo el 4%.

La especie animal más exitosa, en términos de biomasa, bien podría ser el krill antártico, Euphausia superba, con una biomasa fresca cercana a los 500 millones de toneladas. Como grupo, la familia de los peces linterna se encuentra entre los vertebrados más poblados, y algunas estimaciones sugieren que pueden tener una biomasa global total de 550 a 660 millones de toneladas, lo que representa hasta el 65 % de toda la biomasa de peces de aguas profundas. Sin embargo, como grupo, los pequeños invertebrados acuáticos llamados copépodos pueden formar la biomasa animal más grande de la tierra. Un artículo de 2009 en Science estima, por primera vez, que la biomasa mundial total de peces está entre 800 y 2 000 millones de toneladas. Se ha estimado que alrededor del 1% de la biomasa mundial se debe al fitoplancton.

Según un estudio de 2020 publicado en Nature, los materiales hechos por el hombre o la masa antropogénica superan a toda la biomasa viva en la tierra, y el plástico por sí solo supera la masa de todos los animales terrestres y marinos combinados.

Tasa mundial de producción

Los hábitats terrestres y oceánicos a nivel mundial producen una cantidad similar de nueva biomasa cada año (56.4 mil millones de toneladas terrestres C y 48.500 millones de toneladas C oceánicas).

La producción primaria neta es la tasa a la que se genera nueva biomasa, principalmente debido a la fotosíntesis. La producción primaria mundial se puede estimar a partir de observaciones satelitales. Los satélites escanean el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) sobre los hábitats terrestres y escanean los niveles de clorofila en la superficie del mar sobre los océanos. Esto da como resultado 56.400 millones de toneladas C/año (53,8%), para la producción primaria terrestre, y 48.500 millones de toneladas C/año para la producción primaria oceánica. Por lo tanto, la producción primaria fotoautotrófica total de la Tierra es de aproximadamente 104,9 mil millones de toneladas de C/año. Esto se traduce en alrededor de 426 gC/m2/año para la producción terrestre (excluyendo las áreas con una capa de hielo permanente) y 140 gC/m2/año para los océanos.

Sin embargo, existe una diferencia mucho más significativa en las existencias en pie: mientras que representan casi la mitad de la producción anual total, los autótrofos oceánicos representan solo alrededor del 0,2 % de la biomasa total. Los autótrofos pueden tener la proporción global más alta de biomasa, pero los microbios los rivalizan o los superan de cerca.

Los ecosistemas terrestres de agua dulce generan alrededor del 1,5 % de la producción primaria neta global.

Algunos productores mundiales de biomasa en orden de índices de productividad son

Productor Productividad de la biomasa
(gC/m2/yr) 		Ref. Superficie total
(millones de km2) 		Ref. Producción total
(millones de toneladas C/yr)
Pantanos y pantanos 2.500 5.7
Tropical rainforests 2.000 8 16
Coral reefs 2.000 0,28 0,56
Algal beds 2.000
Estuarios de río 1.800
Bosques templados 1.250 19 24
Tierras cultivadas 650 17 11
Tundras 140 11.5-29.8
Océano abierto 125 311 39
Desiertos 3 50 0.15