♻️ Los ciclos de la materia: agua, carbono, nitrógeno y fósforo
La energía fluye y se pierde; la materia circula y se reutiliza. Los cuatro ciclos que hacen posible la vida.
La energía fluye; la materia da vueltas
Hay una diferencia entre energía y materia que ordena toda la ecología, y conviene decirla en una sola frase: la energía FLUYE y la materia CIRCULA.
La energía entra al ecosistema por los productores, va subiendo por los niveles tróficos perdiéndose en cada escalón y termina saliendo como calor. Es un recorrido de un solo sentido, con entrada y salida. Por eso el Sol tiene que seguir aportando energía todos los días: si dejara de hacerlo, el ecosistema se quedaría sin nada.
La materia no funciona así. Los átomos de carbono, nitrógeno, oxígeno y fósforo se usan, se sueltan y se vuelven a usar, indefinidamente. No entra materia nueva al planeta en cantidades que importen, y tampoco sale. Los recorridos que hacen esos átomos entre la parte viva y la no viva de un ecosistema se llaman ciclos biogeoquímicos: bio, porque pasan por los seres vivos; geo, porque pasan por rocas, agua y aire; y químicos, porque cambian de compuesto en el camino.
De ahí sale un hecho que vale la pena pensar despacio: los átomos de carbono que ahora mismo forman tu cuerpo estuvieron antes en otros seres vivos, y volverán a estar en otros después. No hay de dónde sacar átomos nuevos.
| Aspecto | La energía | La materia |
|---|---|---|
| Cómo se mueve | Fluye en un solo sentido | Circula y vuelve a usarse |
| De dónde viene | Del Sol, todos los días | De la propia Tierra; no llega más |
| A dónde va | Se disipa como calor y sale | A ninguna parte: se recicla |
| ¿Se acaba? | Sí, si el aporte se detiene | No, pero puede quedar donde nadie la alcance |
| Qué la representa | Pirámides y cadenas tróficas | Ciclos biogeoquímicos |
Dato: Un nutriente es un elemento químico que los seres vivos necesitan para vivir. Los que hacen falta en mayores cantidades son carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre: los seis que forman las biomoléculas que estudiaste en la unidad de la célula.
El agua
Es el ciclo más visible y el que ya conoces. El agua de mares, lagos y suelo se EVAPORA con el calor del Sol; las plantas además la sueltan por sus hojas, y a eso se le llama TRANSPIRACIÓN. El vapor sube, se enfría y se CONDENSA formando nubes; después cae como PRECIPITACIÓN —lluvia, nieve, granizo—. Una parte escurre por la superficie hasta ríos y mares, y otra se INFILTRA en el suelo y alimenta los mantos acuíferos.
En Yucatán este ciclo tiene una peculiaridad que conviene conocer: casi no hay ríos superficiales. La roca caliza del suelo es porosa, así que el agua de lluvia se infiltra rápido y corre por debajo, formando ríos subterráneos que se asoman en los cenotes.
Eso tiene una consecuencia práctica importante. Como el agua se infiltra tan rápido y la roca filtra poco, lo que se derrama en la superficie llega al acuífero en poco tiempo. En una región así, contaminar el suelo es contaminar el agua que se bebe, y de manera mucho más directa que en otras partes.
Dato: La transpiración de las plantas mueve cantidades enormes de agua. Un árbol grande puede soltar cientos de litros al día por sus hojas, y en una selva buena parte de la lluvia procede del agua que la propia selva devolvió al aire.
El carbono, con sus dos velocidades
El ciclo del carbono se entiende mucho mejor si se separa en dos, porque funcionan a velocidades incomparables.
El CICLO CORTO tarda días, meses o años, y está equilibrado. Las plantas y las algas toman CO₂ de la atmósfera por fotosíntesis y lo convierten en materia orgánica; los animales obtienen ese carbono al comer; y todos los seres vivos, plantas incluidas, devuelven CO₂ al aire por respiración celular. Los descomponedores cierran el circuito con lo que muere. Lo que la fotosíntesis retira, la respiración lo devuelve.
El CICLO LARGO tardó cientos de millones de años. Parte de la materia orgánica de organismos muertos quedó enterrada sin descomponerse y, bajo presión y calor, se convirtió en carbón, petróleo y gas: carbono retirado de circulación. También hay carbono guardado por larguísimo tiempo en las rocas calizas y disuelto en el océano.
Y ahí está el punto. Quemar combustibles fósiles conecta los dos ciclos: devuelve a la atmósfera, en unas pocas décadas, carbono que el ciclo largo tardó eras en retirar. No es que el CO₂ sea malo —es lo que las plantas necesitan y lo que tú exhalas—; es que se está devolviendo mucho más rápido de lo que el sistema lo retira, y el saldo se acumula. Es una cuestión de velocidades, no de sustancias.
Dato: El carbono del carbón que se quema hoy fue capturado por plantas del periodo Carbonífero, hace unos 300 millones de años. Esas plantas hicieron fotosíntesis con luz de un Sol que brillaba sobre una Tierra sin dinosaurios todavía.
El nitrógeno y el fósforo
El nitrógeno hace falta para las proteínas y para el ADN, y su ciclo tiene una paradoja que vale la pena mirar de frente: el aire es 78 % nitrógeno, y aun así una planta puede morir por falta de nitrógeno rodeada de ese aire.
El motivo es que el N₂ del aire tiene un enlace triple durísimo, y ni las plantas ni los animales saben romperlo. Solo ciertas BACTERIAS pueden, y a ese paso se le llama FIJACIÓN. Muchas viven en nódulos de las raíces de las leguminosas —frijol, haba, alfalfa—, y por eso sembrar frijol enriquece el suelo. También fijan nitrógeno los rayos y, artificialmente, las fábricas de fertilizantes.
Después vienen tres pasos más. La NITRIFICACIÓN: otras bacterias convierten el amoníaco en nitratos, que es la forma que las raíces absorben mejor. La ASIMILACIÓN: las plantas toman esos nitratos y fabrican proteínas, y los animales obtienen su nitrógeno comiendo. Y la AMONIFICACIÓN: al morir o excretar un organismo, los descomponedores devuelven el nitrógeno al suelo. Finalmente, la DESNITRIFICACIÓN cierra el ciclo: bacterias que viven sin oxígeno convierten los nitratos otra vez en N₂ y lo devuelven al aire.
El fósforo es el caso distinto, y por eso conviene tenerlo aparte: es el único de los cuatro que NO tiene fase gaseosa importante. No hay fósforo en el aire. Viene del desgaste de las rocas, pasa al suelo y al agua, lo absorben las plantas, circula por los seres vivos y termina en sedimentos del fondo del mar, de donde solo vuelve cuando esos sedimentos se levantan como roca en escalas de tiempo geológicas.
Por eso el fósforo es tan a menudo el factor limitante de un ecosistema: no hay una reserva atmosférica de la que echar mano, y lo que se pierde al mar, se pierde.
Fijación
Bacterias convierten el N₂ del aire en amoníaco. Es el único paso de entrada a la vida.
Nitrificación
Otras bacterias convierten el amoníaco en nitratos, la forma que la raíz absorbe mejor.
Asimilación
Las plantas toman nitratos y fabrican proteínas; los animales lo obtienen comiendo.
Amonificación
Los descomponedores devuelven al suelo el nitrógeno de lo muerto y de los desechos.
Desnitrificación
Bacterias anaerobias convierten los nitratos en N₂ y lo regresan a la atmósfera.
El fósforo no tiene aire
Es el único ciclo sin fase gaseosa importante: viene de las rocas y termina en sedimentos marinos. Por eso suele ser el nutriente que primero se acaba.
Dato: El nitrógeno de todas las proteínas de tu cuerpo pasó alguna vez por dentro de una bacteria. No existe otra puerta de entrada al mundo vivo, y eso vale para absolutamente todos los seres vivos del planeta.
Basado en: Biggs, Biología, cap. 2 «Principios de ecología», sección 3.