Simulacro Saber 11 - Ciencias Naturales - Conservación de la energía en los sistemas biológicos

Introducción

La conservación de la energía en los seres vivos es un tema esencial para comprender cómo se desarrolla y sostiene la vida en la Tierra.
De acuerdo con la primera ley de la termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma.
Este principio es clave para entender procesos como la fotosíntesis, la respiración celular y las relaciones tróficas que ocurren en cualquier ecosistema.
Si estás estudiando para Saber 11, es muy útil que domines estos conceptos, pues te permitirán resolver preguntas relacionadas con la dinámica energética en los seres vivos.

La importancia de la energía en los seres vivos

Para llevar a cabo funciones vitales, como crecer, reproducirse o moverse, los organismos necesitan un aporte constante de energía.
En la mayoría de los ecosistemas, esta proviene en último término del sol, cuya radiación es captada por plantas y otros organismos fotosintéticos.
Las plantas transforman la energía luminosa en energía química (principalmente carbohidratos).
Los animales y otros consumidores obtienen su energía de los nutrientes que ingieren.
Los descomponedores aprovechan la energía remanente en restos orgánicos y devuelven a la naturaleza los componentes inorgánicos.
Todo este flujo de energía, desde su origen hasta su disipación en forma de calor, se estudia dentro de la ecología y la biología.
Conocerlo a profundidad resulta útil para el ICFES Saber 11 y para entender la complejidad de los ciclos naturales.

Principios de la termodinámica aplicados a los seres vivos

Primera ley de la termodinámica: Establece que la energía total de un sistema permanece constante.
En los organismos, esto significa que la energía no surge de la nada ni se desvanece: se transforma de una forma a otra.
Por ejemplo, la energía química de los alimentos se convierte en movimiento, calor o nuevas moléculas.
Segunda ley de la termodinámica: Indica que cada vez que hay una transformación de la energía, parte de ella se “pierde” en forma de calor.
No es una pérdida real de la existencia de la energía, sino una disipación que hace que esa porción no se reutilice en forma de trabajo biológico.
Este principio explica por qué los niveles tróficos superiores reciben menor cantidad de energía.

Fotosíntesis y producción primaria

La fotosíntesis es el proceso fundamental mediante el cual los productores (plantas, algas y algunas bacterias) transforman la energía solar en energía química, almacenada en moléculas como la glucosa.
Aquí se inicia la cadena alimenticia que respalda la vida de muchos organismos.
Fase luminosa: La luz se utiliza para convertir moléculas de agua en oxígeno, liberando electrones y protones esenciales en la síntesis de ATP.
Fase oscura (Ciclo de Calvin): El ATP y el NADPH producidos se emplean para fijar dióxido de carbono y formar azúcares.
Esta energía química pasará a los consumidores primarios, herbívoros, cuando se alimenten de plantas.
Luego, continuará su recorrido hacia los niveles tróficos superiores, con cada organismo utilizando y disipando parte de esa energía.
Dominar esta secuencia de eventos es esencial para el Examen Saber 11, dado que explica por qué la base de todo ecosistema es la producción primaria.

Respiración celular y liberación de energía

La respiración celular es el proceso mediante el cual los organismos, sean vegetales o animales, obtienen energía de las moléculas orgánicas.
Suele involucrar oxígeno (respiración aeróbica), aunque también puede ocurrir sin él (fermentación o respiración anaeróbica).
En la respiración aeróbica:
Glucólisis: Degradación de la glucosa para formar piruvato y liberar una pequeña cantidad de ATP.
Ciclo de Krebs: Oxidación de los compuestos derivados de la glucosa, liberando CO₂ y electrones de alta energía.
Cadena de transporte de electrones: Producción masiva de ATP gracias a la fosforilación oxidativa.
Parte de la energía se libera como calor en cada paso.
En condiciones anaeróbicas, como la fermentación, la producción de ATP es menor, pero no por ello se rompe la ley de conservación.
La energía sigue transformándose, y el calor que se desprende no vuelve a ser aprovechado en forma de trabajo biológico.

Flujo de energía en los ecosistemas

Un ecosistema se compone de diversos niveles tróficos:
Productores: Organismos fotosintéticos que captan la energía solar y la almacenan en compuestos orgánicos.
Consumidores primarios: Herbívoros que ingieren a los productores y aprovechan parte de la energía contenida en sus tejidos.
Consumidores secundarios: Carnívoros u omnívoros que obtienen la energía al comer herbívoros.
Consumidores terciarios y depredadores ápice: Se ubican en la cima de la cadena alimenticia, consumiendo a organismos de niveles inferiores.
Descomponedores: Bacterias, hongos y otros seres que descomponen materia orgánica, liberando nutrientes que se reintegran a los ciclos biogeoquímicos.
Con cada paso, cierta cantidad de energía se disipa en forma de calor y procesos vitales (movimiento, regulación de la temperatura, etc.).
Por ello, la energía disponible para los niveles superiores decrece: se estima que solo un 10% de la energía pasa de un nivel al siguiente.

Pirámides tróficas y eficiencia ecológica

Las pirámides tróficas representan la cantidad de energía o biomasa disponible en cada nivel.
Suelen tener forma de pirámide, porque la base (productores) concentra la mayor cantidad de energía disponible:
Pirámide de energía: Muestra el flujo energético entre niveles.
Ilustra la alta disminución de energía en niveles superiores.
Pirámide de biomasa: Refleja cuánta materia viva se acumula en cada nivel.
Pirámide de números: Indica la cantidad de individuos en cada nivel.
El concepto de “eficiencia ecológica” describe qué porcentaje de energía se transfiere exitosamente de un nivel al siguiente.
Esto ayuda a explicar por qué los depredadores ápice suelen tener poblaciones relativamente bajas, incluso si hay mucha presencia de presas.
Aunque la cantidad de organismos en niveles inferiores sea grande, la energía disponible se reduce en cada transferencia.

Descomposición y reciclaje de nutrientes

Los descomponedores desempeñan un papel fundamental al reciclar la materia orgánica.
Cuando organismos mueren o generan desechos, sus componentes pueden ser desintegrados, liberando nutrientes que las plantas pueden reutilizar.
Sin embargo, la energía contenida en esos restos se disipa en su mayor parte como calor, por lo que no regresa íntegramente al sistema.
El carbono, el nitrógeno y otros elementos sí pueden reincorporarse a nuevos organismos, pero la energía térmica difunde al ambiente.

Alteraciones en un ecosistema y conservación de la energía

Si se introduce un nuevo depredador en la cadena alimentaria, o si se incrementa la cantidad de luz (caso de productores con mayor disponibilidad de sol), la energía total del sistema no cambia en sentido absoluto, pero se redistribuye de otra forma.
El ingreso de más luz puede elevar la producción primaria y, por ende, aumentar la energía que fluye a los niveles siguientes.
Aun así, debido a las leyes de la termodinámica, siempre habrá disipación de calor en cada transferencia.

Aplicaciones y conclusiones

En la vida diaria: La comprensión de cómo se conserva y transforma la energía ayuda a diseñar estrategias de alimentación más eficientes y a entender por qué conviene mantener un equilibrio ecológico.
En el estudio de la biodiversidad: Saber de cadenas y redes tróficas permite valorar la importancia de cada eslabón y las consecuencias de introducir o eliminar especies.
En exámenes oficiales: Para el Examen Saber 11, es habitual encontrar preguntas relacionadas con la eficiencia de transferencia energética, la pirámide alimenticia y la distinción entre procesos como fotosíntesis y respiración.

Conexión con la preparación académica

La conservación de la energía es un pilar de la biología y aparece con frecuencia en evaluaciones de nivel medio.
Quienes se preparan para el ingreso a la educación superior deben reforzar estos conceptos.
El estudio de estos temas forma parte de la preparación Saber 11 y contempla ejercicios que abarcan fotosíntesis, respiración celular y cadenas alimenticias.

Recomendaciones finales

Para profundizar tus conocimientos:
Identifica en tu entorno ejemplos de cómo la energía fluye y se transforma: desde el crecimiento de las plantas en tu jardín, hasta la comida que consumes a diario.
Practica con ejercicios que incluyan la ley de la conservación de la energía y la pérdida de calor en cada nivel trófico.
Consulta gráficos de pirámides tróficas y diagramas de flujo de energía para visualizar la disminución de energía disponible en cada paso.
La conservación de la energía en los sistemas biológicos no solo es un principio científico, sino una herramienta para entender la sostenibilidad de los ecosistemas y la relación entre los seres vivos.
Estos conocimientos son especialmente valiosos cuando presentas el ICFES Saber 11 y te ayudan a contextualizar la importancia de cada eslabón de la red trófica.
Con una base sólida en estos conceptos, estarás mejor preparado para futuros retos académicos y para contribuir a la preservación de la diversidad biológica en nuestro planeta.