La vida existe gracias a la materia y la energía, y a su continuo intercambio en los sistemas vivos (seres vivos y ecosistemas) de la biosfera. Los seres vivos intercambian materia y energía cada vez que se relacionan entre sí (por ejemplo, cuando se alimentan unos de otros o cuando una hembra amamanta a sus crías). También intercambian materia y energía con el medio físico en el que viven (por ejemplo, cuando transpiran o cuando depositan excrementos en el suelo). De este modo, renuevan su materia y realizan sus funciones vitales.

Los ecosistemas funcionan como grandes sistemas vivos. En ellos, la energía no se crea ni se destruye, se transforma, y la materia sigue circuitos cerrados, es decir, se recicla. Los seres vivos que integran un ecosistema se agrupan según la manera que tienen de intercambiar materia y energía con el medio y con otros seres vivos. Estos grupos de seres vivos reciben el nombre de niveles tróficos. Así, por ejemplo, los herbívoros constituyen un nivel trófico de consumidores que consiguen de las plantas la materia y la energía que necesitan.

El intercambio de materia y energía en los seres vivos

La materia viva se compone de alguno de los elementos químicos que existen: fundamentalmente carbono, oxígeno e hidrógeno y, en menor medida, nitrógeno, fósforo y azufre. En los organismos vivos la materia sigue un circuito abierto; es decir, la cantidad de materia que un ser vivo aporta al medio no es la misma que la que recibe de él.

Los seres vivos son capaces de utilizar dos formas de energía: la energía lumínica y la energía química. La primera es la que procede de la radiación solar y la segunda es la que se obtiene de reacciones químicas (de la ruptura de enlaces químicos en los procesos de destrucción de moléculas).

En los organismos vivos la energía también sigue un circuito abierto; por eso, la cantidad de energía que desprende un ser vivo no es la misma que la que recibe del medio.

El metabolismo. Catabolismo y anabolismo

Con la materia y la energía que reciben del medio en el que viven, los seres vivos realizan su metabolismo y se transforman. En el metabolismo se destruyen unas estructuras y se crean otras nuevas mediante los siguientes procesos:

• Catabolismo: el catabolismo es el proceso por el que se destruyen estructuras mediante la degradación de moléculas por ruptura de enlaces químicos. En este proceso se consume materia y se genera energía.
• Anabolismo: el anabolismo es el proceso por el que se crean estructuras. Se realiza al sintetizar moléculas mediante enlaces químicos. En este proceso se genera materia y se consume energía.

Seres heterótrofos y seres autótrofos

Dependiendo de la forma en que los seres vivos obtienen la materia y la energía se clasifican en:

• Heterótrofos: los seres heterótrofos se alimentan de otros seres vivos, y obtienen la materia y energía que necesitan a partir de la degradación de la materia orgánica de la que están formados.
• Autótrofos: los seres autótrofos no necesitan alimentarse de otros seres vivos, ya que obtienen la materia y la energía del medio físico. Se pueden dividir a su vez en:
  • Seres fotosintéticos. Los árboles, los arbustos, las hierbas, las algas y algunas bacterias son seres fotosintéticos, porque fabrican materia orgánica a partir de materia inorgánica y energía lumínica mediante fotosíntesis.
  • Seres quimiosintéticos. Algunas bacterias fabrican materia orgánica a partir de materia inorgánica y energía química, procedente de la transformación de compuestos inorgánicos.

El intercambio de materia y energía en el ecosistema

El ecosistema es un sistema vivo en el que circulan la materia y la energía, pero ¿cómo lo hacen? La materia de un ecosistema sigue una circulación cerrada: se recicla (en los seres vivos la materia sigue una circulación abierta). Por eso se habla de ciclo de la materia. La energía de un ecosistema sigue, en cambio, una circulación abierta: el ecosistema pierde energía. Por eso no se habla de ciclo, sino de flujo de energía.

La cadena alimentaria

En la biocenosis, los seres vivos se organizan en grupos. Los seres vivos que pertenecen al mismo grupo tienen algo en común: obtienen la materia y la energía de forma semejante. Estos grupos o niveles tróficos forman los eslabones de una cadena: la cadena trófica o alimentaria.

Cuando se pasa de un nivel a otro superior, la materia aumenta su complejidad y la energía se va perdiendo. Debido a esta pérdida energética, sólo existen entre dos y cinco niveles tróficos en un ecosistema.

La circulación de materia en el ecosistema

En el planeta Tierra la materia circula de forma cerrada, siguiendo los llamados ciclos biogeoquímicos. Hay dos clases de ciclos:

• Gaseosos: la materia, al circular, pasa por la atmósfera. Los ciclos del agua, del carbono, del nitrógeno y del azufre son ciclos gaseosos.
• Sedimentarios: la materia circula entre el medio acuático, el medio terrestre y a través de la cadena alimentaria de un modo similar al de los ciclos gaseosos. La gran diferencia es que no atraviesa ninguna fase gaseosa. El azufre sigue este ciclo.