Model limitations

Además de los flujos de energía y los ciclos de materiales descritos anteriormente, los ecosiste- mas son ricos en redes de información que comprenden flujos de comunicación físicos y quími- cos que interrelacionan todas las partes y gobiernan o regulan el sistema como un todo. Conse- cuentemente, los ecosistemas pueden ser considerados cibernéticos (de kybernetes, piloto o go-

bernador) en la naturaleza, pero las funciones de control son internas o difusas, al contrario de

las funciones externas y especificadas de los mecanismos cibernéticos elaborados por el hombre. El grado de estabilidad alcanzado varía mucho, dependiendo del rigor del ambiente externo además de la eficiencia de los controles internos. Existen dos formas de estabilidad: la estabili- dad de resistencia (la capacidad de mantenerse “estable” durante el estrés) y la estabilidad de la elasticidad (la capacidad de recuperarse rápidamente). Las dos formas pueden estar inversamente relacionadas.

Los principios más elementales de la cibernética están modelados en la Figura 2.3 que compara un sistema automático dirigido para una meta, con control externo especificado, como un aparato mecánico (A) con un sistema no teológico con regulación subsistémica difusa, como en los ecosistemas (B). En cualquier caso, el control depende de la retroalimentación (feedback), que ocurre cuando una parte de salida vuelve para el sistema como entrada. Cuando ésta entrada retro- alimentada es positiva, la cantidad crece. La retroalimentación positiva acelera los desvíos y es naturalmente, necesaria para el crecimiento y la sobrevivencia de los organismos. Con todo para conseguir el control - en general, para evitar el sobre calentamiento de una sala o el super- crecimiento de una población -, debe haber también la retroalimentación negativa, o entrada suprimidora de desvíos. La energía envuelta en una señal de retroalimentación negativa es mínima, comparada con el flujo de energía a través del sistema, sea él un organismo o un ecosistema. Componentes de baja energía presentan en la retroalimentación efectos muy am- pliados de alta energía están entre las principales características de los sistemas cibernéticos. La ciencia de la cibernética conforme fue fundada por Wiener (1948), abarca tanto los controles inanimados como animados. Mecanismos mecánicos de retroalimentación muchas veces son denominados servomecanismos por los ingenieros, mientras que los biólogos emplean la expre- sión mecanismos homeostáticos en relación con los sistemas de organismos. La homeostasis (de

homeo, igual, states, estado) en el nivel de organismo es un concepto bien conocido en la fisio-

logía como fue delineado en el libro clásico de Walter, B. Cannon (1932), “The Wisdom of the Body” (La sabiduría del cuerpo). En los servomecanismos y en los organismos, un “con- trola- dor” distinto, mecánico o anatómico, posee “punto de ajuste” especificado (Figura 2.3 A). En un sistema de calentamiento residencial, el termostato controla el calentador, en un animal de san- gre caliente, un centro cerebral específico controla la temperatura corporal. En contraste, las in- terrelaciones de los ciclos de materiales y de los flujos de energía, junto a las retro- alimentacio- nes de subsistemas en grandes ecosistemas, general una homeostasis auto correctiva que no ne- cesita de control y punto de ajuste externos (Figura 2.3 B).

Figura 2.3 Sistemas de control por retroalimentación. A. Modelo apropiado para sistemas artifi- ciales de control automático y sistemas homeostáticos, dirigidos a una meta, de orga- nismos. B. Modelo apropiado para sistemas no teleológicos, donde los mecanismos de control son internos y difusos, envolviendo una interrelación entre los subsistemas primarios y secundarios, según Patten y Odum (1981).

Como ya fue descrito en parte, los mecanismos de control que operan al nivel de ecosistema incluyen los subsistemas microbianos que regulan el almacenamiento y la liberación de nutrien- tes, los mecanismos de comportamiento y los subsistemas de predador y presa regulan la densi- dad poblacional, para mencionar solo unos ejemplos.

Una dificultad en la percepción del comportamiento cibernético en el nivel de ecosistema es que, en este nivel los componentes están interrelacionados en redes por varios mensajeros físicos y

químicos que son análogos, no obstante mucho menos visibles a los sistemas nerviosos y hor- monales de los organismos. Simon (1973) señaló que las “energías de relación” que interrelacio- nan los componentes, se hacen más difusas y más débiles con un aumento en las escalas de espa- cio y tiempo. A escala del ecosistema, éstas relaciones débiles y por ello bien numerosas y de información química fueron llamadas “hilos invisibles de la naturaleza” (Odum, 1971). El fenó- meno de respuesta dramática de los organismos de bajas concentraciones de sustancias es más de que una analogía débil con el control hormonal. Causas de baja energía que producen efectos de alta energía son ubicadas en las redes de un ecosistema; son suficientes dos ejemplos como ilus- tración.

Pequeños insectos conocidos como himenópteros parásitos, en un campo de gramíneas represen- tan una parte muy pequeña del metabolismo total de la comunidad (a menudo menos de 0,1%), mientras que pueden tener un efecto de control proporcionalmente mucho mayor sobre el total del flujo primario de energía (producción) por el impacto de su parasitismo de insectos herbívo- ros.

El segundo ejemplo, sería en un modelo de un ecosistema de fuente fría, descrito por Patten y Auble (1981), en una pequeña biomasa de carnívoros regula las bacterias de manera sorprenden- te, a través de un circuito de retroalimentación en el cual solo el 1,4% de la entrada de energía para el sistema es retroalimentado para el substrato de detritos de las bacterias. En diagramas de sistemas ecológicos (véanse las figuras 2.1 y 2.12) este fenómeno aparece muchas veces como un circuito en sentido contrario, en el cual la energía “corriente abajo” en pequeña cantidad es llevada para un componente “corriente arriba”, con un efecto muy aumentado en el control de1 sistema entero. Este tipo de control ampliado, en virtud de la posición en una red, es extremada- mente común e indicada la intrincada estructura global de retroalimentación de los ecosistemas, A lo largo de la evolución del tiempo, tales interacciones estabilizaron los ecosistemas impidien- do la herbivoría excesiva que agota el alimento, las oscilaciones catastróficas de predador y pre- sa y así en adelante. A pesar de el control por la retroalimentación ser, como ya fue señalado, un asunto controvertido, él es una consecuencia natural de los conocimientos que poseemos al nivel del ecosistema.

Además del control por retroalimentación la redundancia en los componentes funcionales tam- bién contribuye a la estabilidad. Por ejemplo, si varias especies de autótrofos estuvieran presen- tes, cada una con una faja operacional de temperaturas diferente, la tasa de fotosíntesis de la co- munidad como un todo puede permanecer estable a pesar de cambios en la temperatura.

La figura 2.4 compara el control por retroalimentación negativa con el control por redundancia, lo que Hill y Durham (1978) y Hill y Wiegert (1980) citados por Odum (1986) llaman “homeos- tasis congenérica”, en la figura 2.4 B, tres componentes (A, B, C) que tienen función semejante están dispuestos en paralelo para mostrar como uno puede compensar por el otro al proveer vías de alternativas para los flujos de energía y materiales. De esta forma se puede conseguir una res- puesta controlada a una perturbación sin haber retroalimentación.

Los mecanismos homeostáticos presentan limites además de los cuales una retroalimentación positiva irrestricta lleva a la muerte, a no ser que se pueda hacer un ajuste, A medida que aumen- ta la perturbación, el sistema, aunque controlado, puede no ser capaz de volver al mismo nivel que antes exactamente. De hecho, Hotting (1973) citado por Odum (1986) desarrolló una teoría muy aceptada de las poblaciones, y por inferencia, los ecosistemas poseen más de un estado de equilibrio y vuelven frecuentemente a un estado diferente después de una perturbación. Acordé-

monos como el CO2 introducido en la atmósfera por las actividades humanas, es en gran parte

pero no totalmente absorbido por el sistema de carbonato del mar y por otros depósitos de carbo- no, pero en la medida que la entrada aumenta, nuevos niveles de equilibrio en la atmósfera son más elevados. En este caso, ya un cambio pequeño puede provocar efectos de gran alcance. En muchas ocasiones un control homeostático realmente eficaz es alcanzado solamente después de un período de ajuste evolutivo. Ecosistemas nuevos (ta1es como un nuevo tipo de agricultura), o nuevos conjuntos hospedero-parásito tienden a oscilar más violentamente y son más propensos a un crecimiento excesivo, comparados con sistemas maduros en los cuales los componentes tu- vieron la oportunidad de ajustarse uno al otro.

Figura 2.4 Dos mecanismos de contrastes para mantener la estabilidad en un ecosistema: A, por retroalimentación negativa y B, por redundancia en componentes funcionales (homeostasis congénerica). En los dos casos, la salida, x, no cambia después de una perturbación, al contrario de una salida, desviada, y, que ocurriría en ausencia de una respuesta controlada, según Hill y Wiegert (1980) citado por Odum (1986).

El grado de estabilidad realmente alcanzado por un determinado ecosistema depende no sola- mente de su historia evolutiva y de la. eficiencia de sus controles internos, sino también de la naturaleza del ambiente de entrada y también tal vez, de la complejidad. En términos generales, los ecosistemas tienden a tornarse más complejos en ambientes físicos benignos de que cuando están sujetos a perturbaciones estocásticas (aleatorias, imprevisibles) de entrada, tales como tempestades. La complejidad funcional parece aumentar la estabilidad (por el mayor número de circuitos potenciales de retroalimentación) más que la complejidad estructural y la aumentada, pero las relaciones de causa y efecto entre la complejidad y la estabilidad son todavía poco com- prendidas.

Odum (1988) considera que una parte de la dificultad para comprender los conceptos de homeos- tasis y estabilidad es semántica. Una definición en el diccionario para e1 término “estabilidad” es

por ejemplo: “la propiedad de un cuerpo que hace que él cuando está dislocado de una condición de equilibrio, desarrolla fuerzas o momentos que restauren la condición original” (según Web- ster's Collegiate Dictionary)2 no parece ofrecer grandes problemas, pero en la práctica “estabili- dad” asume acepciones diferentes (como ingeniería, ecología, economía), principalmente cuando se está intentando medirla y cuantificarla.

En consecuencia reina en la literatura la confusión y una discusión plena de la teoría de estabili- dad que no está a nuestro alcance resolverla aquí. No obstante, para una perspectiva ecológica, conforme a la figura 2.5 hay dos “tipos” de estabilidad.

Figura 2.5 Estabilidad de resistencia y de elasticidad. Cuando una perturbación (o estrés) hace que una función importante del ecosistema se desvíe de una faja normal de opera- ción, el grado de desvío es una medida de la resistencia relativa, mientras que el tiempo necesario para la recuperación es una medida de la elasticidad relativa. El área bajo de la curva es una medida relativa de estabilidad total (ET), según Lettler (1978) citado por Odum (1986).

La estabilidad de resistencia indica la capacidad de un ecosistema de resistir la perturbación y de mantener intactos su estructura y su funcionamiento. La estabilidad de elasticidad indica la capacidad de recuperación cuando el sistema es desequilibrado por una perturbación. La evidencia creciente muestra que estos dos tipos de estabilidad pueden ser mutuamente exclusiva, en general, en otras palabras, es difícil que los dos se desenvuelvan al mismo tiempo. Así un bosque de pinos en Califor- nia es bastante resistente al fuego (por su corteza gruesa y otras adaptaciones) pero si se quema, se recupera muy lentamente o tal vez nunca, esta explicación de Odum (1986), también vale para nues- tros pinares de Pinus tropicalis que presenta características similares. Por otro lado la vegetación de

2 _{Según el Nuevo Diccionario Aurelio, una definición de “estabilidad” es la propiedad de los sistemas mecánicos,}

eléctricos y aerodinámicos, por lo cual el sistema retorna al estado de equilibrio después de sufrir una perturba- ción. Según la nota de edición del libro de Ecología de Odum (1988), se podría generalizar esta definición para incluir todos los sistemas incluso los eco1ógicos.

Chaparral de California puede incendiarse fácilmente (poca estabilidad de resistencia) pero se recu- pera rápidamente en pocos años (excelente estabilidad de elasticidad). En general, los ecosistemas en ambientes físicos benignos tienden a exhibir una estabilidad más de resistencia y menos de elastici- dad, ocurriendo lo contrario en ambientes físicos insertados.

En resumen, un ecosistema no es el equivalente a un organismo, una vez que tiene propiedades emergentes propias. En otras palabras, un ecosistema posee una organización a nivel de supraor- ganismo, pero no es un superorganismo ni se parece a un complejo industrial (como una central atómica por ejemplo). Por ello tiene una cosa en común con estos sistemas tiene un comportamiento cibernético interno.

Por motivo de la evolución del sistema nervioso central, el Homo sapiens, poco a poco, se tornó un organismo más poderoso, por lo menos en relación con la capacidad de modificar la operación de ecosistemas. El cerebro humano necesita apenas una cantidad mínima de energía para emitir todo tipo de idea poderosa. A nuestra manera de pensar, hasta ahora, envolvió principalmente una retroa- limentación positiva, que promueve la expansión de poder, de tecnología y de explotación de recur- sos. Finalmente la calidad de vida y del ambiente humanos probablemente será degradada si no fue- ran establecidos controles adecuados de retroalimentación negativa.

En un ensayo famoso, el crítico social Lewis Mumford (1967) citado por Odum (1986) pide “la calidad en el control, de la cantidad”, lo que coloca elocuentemente el principio cibernético de las causas de la baja energía que producen efectos de alta energía. Nuestro papel como “agente geológico” dice Odum (1986) se está haciendo tan importante que Vernadsky (1945) sugirió que pensáramos en la “noosfera” (del griego noos, mente), o sea, en el mundo dominado por la men- te humana, sustituyendo así, gradativamente la biosfera, el mundo de la evolución natural que existe hace billones de años. A pesar de ser la mente humana un “dispositivo” de energía en baja cantidad por ello de altísima calidad, que tiene un potencial grande de control, todavía no llegó el momento para la noosfera probablemente, pues se debe esperar que ahora, además de ser sa- bios lo suficiente para entender los resultados de todas nuestras acciones, nosotros también sa- bemos operar y mantener el sistema sustentador de la vida de la biosfera o sustituirlo con un am- biente totalmente artificial.

Odum (1988) señala en su libro de Ecología, como componentes básicos de un ecosistema (para un lago o una pradera) los siguientes:

Sustancias abióticas:

las sustancias abióticas incluyen compuestos básicos inorgá-

nicos tales como el agua, dióxido de carbono, oxígeno, calcio, nitrógeno, azufre o sales de fósfo- ro, aminoácidos y ácidos húmicos, entre otros. Una pequeña porción de los nutrientes vitales está en disolución y puede ser obtenida inmediatamente por los organismos, pero una parte mucho mayor es mantenida en reserva (los “depósitos” mostrados en el diagrama funcional de la figura 2.1) como materiales particulados, así como en los propios organismos. La velocidad de libera- ción de los elementos nutritivos de los sólidos, la energía so1ar y el ciclo de temperatura, dura- ción del día y otros regímenes climáticos son los procesos más importantes que regulan la velo- cidad de función del ecosistema entero.

Organismos productores:

En los ecosistemas acuáticos, los productores podrán

ser plantas enraizadas o grandes plantas flotantes (llamadas macrófitas por Odum, 1988), que por lo regular sólo crecen en aguas poco profundas, diminutas plantas flotantes, generalmente, lla- madas fitoplancton, distribuidas por todo el ecosistema hasta la profundidad en que penetra la luz. Cuando abunda el fitoplancton confiere al agua un color verdusco; pero, en otro caso, estos productores no son visibles para el observador accidental. En muchos grandes estanques y los

lagos, vuelve a destacar Odum, suele ser más importante el fitoplancton en cuanto a la produc- ción de alimentos básicos que la vegetación enraizada. En los ecosistemas terrestres, por lo gene- ral, ocurre lo contrario: 1as plantas enraizadas predominan más (véase la figura 2.6) que los pe- queños organismos fotosintéticos, tales como algas, musgos y líquenes, también ocurren en el suelo, las rocas y los troncos de las plantas. Donde estos substratos son húmedos y expuestos a la luz, estos micro productores pueden contribuir substancialmente a la producción orgánica.

Figura 2.6 Comparación entre un ecosistema terrestre (campo de gramíneas) y un ecosistema acuático (lago o mar). Las unidades necesarias para el funcionamiento son: entrada de energía solar (y de otras formas); agua, nutrientes (compuestos abióticos básicos - orgánicos e inorgánicos) en suelos, sedimentos y agua; y organismos autotróficos y heterotróficos que comprenden las redes de alimentos bióticas. Los sistemas terres- tres y acuáticos funcionan de manera semejante, pero las especies son, en gran parte diferentes. Además de eso, las plantas verdes (y fitoplancton) son pequeñas (frecuen- temente microscópicas) en sistemas de agua profundas, y grandes en ecosistemas te- rrestres y en algunos de aguas rasas. I Autótrofos: (A) vegetales herbáceos y gramí- neas, (B) fitoplancton. II Herbívoros: (A) insectos y mamíferos en el campo, (B)

zooplancton en la columna de agua. III. Detritívoros: (A) invertebrados del suelo

en la tierra, (B) invertebrados del fondo del agua. IV. Carnívoros: (A) aves y otras en la tierra, (B) peces en el agua. V. Saprótrofos: bacterias y hongos de descompo- sición, según Odum (1988).

Organismos consumidores:

Estos son animales, como larvas de insectos, crustá-

ceos peces (en el caso del lago). Los macro consumidores primarios o herbívoros que se ali- mentan directamente de plantas vivas o de restos de plantas. En los lagos hay dos tipos: zoo- plancton (plancton animal) y las formas del fondo, creando un paralelo con los dos tipos de pro- ductores (véase la figura 2.6). Los herbívoros de los ecosistemas terrestres también se presentan

en dos tamaños, los pequeños insectos y otros invertebrados que se alimentan de plantas y los grandes roedores y mamíferos que pastan. Los consumidores secundarios o carnívoros, tales co- mo los insectos y peces predadores en el lago, e insectos, arañas, aves y mamíferos predadores, en los ecosistemas terrestres, se alimentan de consumidores primarios o de otros consumidores secundarios (a los que se les llama entonces terciarios). Un otro tipo de consumidor importante son los detritívoros, que subsisten de la “lluvia” de detritos orgánicos provenientes de las cama- das autotróficas de arriba y que, junto con los herbívoros, sirven como alimento para los carnívo- ros. Muchos si no todos, los animales detritívoros obtienen gran parte de su energía alimentar digiriendo los microorganismos que colonizan partículas de detritos.

Organismos saprotróficos:

Las bacterias acuáticas, los flagelados y los hongos

acuáticos están distribuidos por todo el ecosistema, pero son particularmente abundantes en la superficie de contacto entre el agua y el fango, a lo largo del fondo de los lagos, en donde se acumulan cuerpos de plantas y animales, así como en la unión humus -suelo de un bosque o de- ntro de cualquier ecosistema terrestre. No obstante que algunas bacterias y hongos son patóge- nos, por atacar organismos vivos y causar enfermedades, la mayoría ataca solamente el organis- mo muerto. Importantes grupos de microorganismos también forman asociaciones mutuamente beneficiosas con los vegetales, al punto de que se tornan una parte integral de las raíces y de otras estructuras de la planta. Cuando las condiciones de temperatura son favorables, la descom- posición tiene lugar rápidamente y los organismos muertos no conservan su forma por mucho tiempo, pues no tardan en desintegrarse en pedazos consumidos por la acción combinada de los animales que se alimentan de detritos y por microorganismos, siendo liberados sus elementos nutritivos para nuevo uso. Como se sabe, la fijación resistente del detrito, tal como celulosa, lig- nina (madera) y humus perdura y le da una textura esponjosa al suelo y los sedimentos, el cual constituye un buen hábitat para las raíces de las plantas y para muchos pequeñísimos organis- mos. Algunos de estos últimos convierten el nitrógeno atmosférico en formas utilizables para las plantas (fijación del nitrógeno) o realizan otras actividades para beneficiar el ecosistema entero.

In document Sustainability assessment of chicken meat production (Page 189-191)