Flujo de energía y ciclo de la materia: las pirámides ecológicas

Esta lección es parte de Temario de Biología de Undécimo año Lección 5 de 20

Por Andrea del Carmen actualizado el 26 de octubre de 2026 10 min de lectura

Un ecosistema necesita un aporte continuo de energía, casi siempre en forma de luz solar, para funcionar, pero no necesita que le lleguen átomos nuevos de carbono o de nitrógeno: los que ya tiene se usan una y otra vez. Esa diferencia entre la energía y la materia es una de las ideas centrales de la ecología, y explica, entre otras cosas, por qué los grandes depredadores son tan escasos en cualquier ecosistema.

En esta lección vas a analizar cómo se transfieren la energía y la materia entre los niveles tróficos, qué tienen que ver las leyes de la termodinámica con la alimentación de los seres vivos, qué es la ley del diezmo ecológico y cómo se construyen e interpretan las pirámides de energía, de biomasa y de densidad.

Definición

La energía fluye por el ecosistema en una sola dirección: entra, casi siempre, como luz, pasa de un nivel trófico a otro en forma de energía química de los alimentos y sale como calor. La materia, en cambio, circula en ciclos: los mismos átomos pasan de los seres vivos al ambiente y vuelven a los seres vivos. Las pirámides ecológicas representan, nivel por nivel, la cantidad de energía, de biomasa o de individuos de una comunidad.

El flujo unidireccional de la energía#

Casi todas las cadenas tróficas empiezan con el sol; las excepciones son las comunidades que dependen de bacterias quimiosintéticas. Los productores captan una parte de la luz y, con la fotosíntesis, la transforman en energía química guardada en los azúcares que fabrican. Cuando un herbívoro se come una planta, recibe parte de esa energía, y cuando un carnívoro se come al herbívoro, recibe a su vez una parte de lo que el herbívoro guardó.

En cada nivel, la mayor parte de la energía no pasa al siguiente. Los organismos la gastan en vivir: en la respiración celular, en moverse, en crecer, en mantener su temperatura y en reproducirse. En todos esos procesos la energía termina transformada en calor, que se dispersa en el ambiente y ningún productor puede volver a captar. Otra parte queda en restos, como huesos, pelos, hojas caídas o excrementos, que aprovechan los desintegradores, que también la liberan como calor.

Por eso la energía no da vueltas: recorre el ecosistema de una sola vez, del sol a los productores, de ellos a los consumidores y, finalmente, al ambiente como calor. Si el sol dejara de brillar, casi todas las cadenas se detendrían.

Las leyes de la termodinámica en el ecosistema#

El programa del MEP pide argumentar el flujo de energía con las leyes de la termodinámica y la conservación de la materia:

Primera ley de la termodinámica. La energía no se crea ni se destruye: solo se transforma. La luz se convierte en energía química en la planta, y esa energía química se convierte en movimiento y en calor en el animal. Nada aparece de la nada: toda la energía de un ecosistema tiene su origen en la que captaron los productores.
Segunda ley de la termodinámica. En cada transformación, parte de la energía se convierte en calor que se dispersa y ya no puede aprovecharse para hacer trabajo. Por eso ninguna transferencia entre niveles tróficos es completa, y la energía disponible disminuye en cada paso de la cadena.
Ley de conservación de la masa (de Lavoisier). En las transformaciones químicas la materia no se crea ni se destruye. En el ecosistema, los átomos de carbono, nitrógeno o fósforo cambian de un compuesto a otro y de un organismo a otro, pero no se pierden.

Juntas, estas leyes explican por qué la energía se pierde como calor en cada nivel mientras que la materia puede reciclarse indefinidamente.

La ley del diezmo ecológico#

Un «diezmo» es la décima parte de algo. La ley del diezmo ecológico, o regla del 10 %, resume que solo alrededor de una décima parte de la energía de un nivel trófico pasa al nivel siguiente. La NOAA lo explica así en sus materiales educativos: menos del 10 % del alimento disponible en un nivel trófico queda disponible para los organismos del nivel inmediatamente superior. Es una aproximación útil, no una cifra exacta: la eficiencia real cambia según el ecosistema y las especies.

Fórmula

Energía del nivel siguiente ≈ 0,10 × energía del nivel anterior

Equivale a dividir entre 10 en cada paso de la cadena. Para pasar dos niveles se multiplica por 0,10 dos veces, es decir, por 0,01.

Ejemplo. Los productores de un pastizal almacenan 50 000 kJ de energía por metro cuadrado en un año. Según la regla del 10 %, ¿cuánta energía llega a los consumidores primarios, secundarios y terciarios?

Solución. Se multiplica por 0,10 en cada nivel. Consumidores primarios: 50 000 × 0,10 = 5000 kJ. Consumidores secundarios: 5000 × 0,10 = 500 kJ. Consumidores terciarios: 500 × 0,10 = 50 kJ. De los 50 000 kJ iniciales, solo 50 kJ, la milésima parte, llegan al tercer nivel de consumidores.

Ejemplo. En una cadena de cuatro niveles, una lechuza es el consumidor terciario y obtiene 30 kJ de energía al año. Según la regla del 10 %, ¿cuánta energía deben almacenar los productores para sostenerla?

Solución. Se hace el camino al revés, dividiendo entre 0,10 en cada nivel. Si a la lechuza llegan 30 kJ, los consumidores secundarios que caza debieron tener 30 ÷ 0,10 = 300 kJ; los consumidores primarios, 300 ÷ 0,10 = 3000 kJ; y los productores, 3000 ÷ 0,10 = 30 000 kJ. Hacen falta 30 000 kJ en el primer nivel, mil veces lo que recibe la lechuza.

La regla tiene consecuencias visibles. Como la energía disminuye tan rápido, las cadenas tróficas tienen pocos niveles: después de unos cuantos pasos queda muy poca energía para sostener a otro nivel. Y por eso, como señala la NOAA, cada nivel más alto puede sostener a menos organismos: en un bosque, los grandes depredadores son mucho más escasos que los herbívoros de los que se alimentan.

El ciclo de la materia#

La materia sigue un camino circular. Los productores toman del ambiente dióxido de carbono, agua y nutrientes minerales, y los convierten en materia orgánica. Esa materia pasa a los consumidores al alimentarse. Cuando los organismos mueren o eliminan desechos, los desintegradores, como las bacterias y los hongos, descomponen la materia orgánica hasta dejarla de nuevo como dióxido de carbono y como formas minerales de los nutrientes, que los productores vuelven a absorber.

Característica	Energía	Materia
Camino	Lineal, en una sola dirección	Circular, en ciclos
Origen	Llega continuamente, casi siempre del sol	Es la misma que ya existe en la Tierra
Qué pasa en cada nivel	La mayor parte se transforma en calor y se pierde para el ecosistema	No se pierde: cambia de forma y de organismo
Papel de los desintegradores	Usan la energía de los restos y la liberan como calor	Devuelven los nutrientes al suelo, al agua y al aire
Ley relacionada	Leyes de la termodinámica	Ley de conservación de la masa

Pirámides de energía, de biomasa y de densidad#

Una pirámide ecológica se dibuja con un rectángulo por cada nivel trófico, uno encima del otro, con los productores en la base. El ancho de cada rectángulo es proporcional a la cantidad que se mide. Hay tres tipos:

Pirámide	Qué mide	Unidades frecuentes	¿Puede invertirse?
De energía	La energía que pasa por cada nivel en un tiempo dado	kJ por metro cuadrado por año	Nunca, por la segunda ley de la termodinámica
De biomasa	La masa de materia orgánica de cada nivel en un momento	Gramos de materia seca por metro cuadrado	A veces
De densidad o de números	La cantidad de individuos de cada nivel	Individuos por metro cuadrado o por hectárea	Sí, con frecuencia

Por qué algunas pirámides se invierten#

La pirámide de densidad se invierte cuando un productor es muy grande. Un solo árbol puede alimentar a miles de insectos, que a su vez son comidos por unas decenas de aves: la base de la pirámide (un individuo) es más angosta que el nivel de encima. Lo mismo ocurre cuando un hospedero sostiene a muchos parásitos.

La pirámide de biomasa puede invertirse en algunos ecosistemas acuáticos. El fitoplancton se reproduce tan rápido y es comido tan pronto que, en un momento dado, su masa puede ser menor que la del zooplancton que se alimenta de él, aunque a lo largo del año produzca mucha más materia.

La pirámide de energía nunca se invierte, porque ningún nivel puede recibir más energía de la que tenía el nivel del que se alimenta: siempre se pierde una parte como calor.

Ejemplo. Supón que en un árbol de mango viven 2000 orugas, y que 25 aves insectívoras se alimentan de ellas. Dibuja mentalmente la pirámide de números. ¿Qué forma tiene?

Solución. El primer nivel tiene 1 individuo (el árbol), el segundo 2000 (las orugas) y el tercero 25 (las aves). El rectángulo del medio es mucho más ancho que la base, así que la pirámide de números queda invertida en su parte de abajo. Si se midiera la energía, la del árbol sería la mayor de los tres niveles y la pirámide tendría su forma normal.

Ponte a prueba#

¿Por qué se dice que la energía fluye y la materia circula en un ecosistema?#

Porque la energía entra como luz, pasa de un nivel a otro y en cada paso se transforma en calor que se dispersa y no puede volver a usarse, así que necesita un aporte continuo de energía, que casi siempre llega del sol. La materia, en cambio, no se pierde: los desintegradores la devuelven al ambiente como dióxido de carbono y nutrientes minerales, y los productores la vuelven a usar.

¿Cuánta energía llega a los consumidores terciarios si los productores almacenan 80 000 kJ, según la regla del 10 %?#

Se multiplica por 0,10 en cada paso: los consumidores primarios reciben 80 000 × 0,10 = 8000 kJ; los secundarios, 8000 × 0,10 = 800 kJ; y los terciarios, 800 × 0,10 = 80 kJ. Es decir, a los consumidores terciarios llega una milésima parte de la energía que almacenaron los productores.

¿Por qué la pirámide de energía nunca se invierte?#

Porque, según la segunda ley de la termodinámica, en cada transformación parte de la energía se convierte en calor y se pierde para el ecosistema. Un nivel trófico solo puede recibir una fracción de la energía del nivel del que se alimenta, nunca más. Por eso cada escalón de la pirámide de energía es más angosto que el de abajo.

¿Cómo puede invertirse una pirámide de números?#

Cuando un productor muy grande sostiene a muchos consumidores pequeños. Por ejemplo, un solo árbol puede alimentar a miles de orugas, que a su vez son comidas por unas pocas aves. El nivel de los productores tiene un solo individuo y el de los consumidores primarios tiene miles, así que la base de la pirámide es más angosta que el nivel de encima.

¿Qué relación hay entre las leyes de la termodinámica y la ley del diezmo ecológico?#

La primera ley dice que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma; la segunda, que en cada transformación parte de ella se convierte en calor que ya no se puede aprovechar. Como los organismos gastan en vivir la mayor parte de la energía que obtienen, solo cerca de un 10 % queda disponible para el nivel siguiente. La ley del diezmo es una consecuencia de esas pérdidas.