Los elementos químicos que constituyen el protoplasma circulan de su estado abiótico al estado biótico. Esta circulación permanente se hace a través de vías más o menos estables llamadas ciclos biogeoquímicos nutritivos. Este movimiento de los elementos y compuestos inorgánicos dispone de dos pozos de abastecimiento:
a) pozo depósito que contiene elementos y compuesto que pueden ser utilizados por el ecosistema en algún momento, es un depósito amplio, diseminado y pasivo.
b) pozo de intercambio que contiene una pequeña parte activa de elementos y compuestos que se mueven entre el medio geoquímico y los organismos.
Hay dos tipos de ciclos biogeoquímicos, los ciclos gaseosos que tienen sus pozos depósitos y de intercambio en la atmósfera, y los ciclos sedimentarios que tienen estos dos pozos en la corteza terrestre.
De los noventa elementos que aproximadamente hay en la naturaleza, los organismos vivos utilizan sólo alrededor de un 40%. El carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno son elementos que los seres bióticos necesitan en grandes cantidades, mientras que el resto de los elementos son demandados en cantidades pequeñas. El hombre es el único ser vivo que utiliza la totalidad de los elementos naturales y además ha generado otros denominados sintéticos.
Los seres vivos no sólo se adaptan o acoplan al ambiente físico, utilizan sus elementos y compuestos, sino que por su acción concertada y de intercambio realizan un control biológico sobre los ecosistemas, y van transformando el medio geoquímico a través de millones de años, como ha sucedido con la composición química del mar y de la atmósfera, con la formación del limo y de las islas de coral, etc. Este concepto ecológico de control biológico es insuficiente para explicar los cambios que las poblaciones humanas realizan en los ecosistemas, ya que el incremento de las necesidades culturales y los avances científicos técnicos acentúan el control económico y se potencian las transformaciones del ambiente biogeoquímico.
La actividad económica acelera el movimiento de muchos materiales, aumenta la cantidad de algunos en los ciclos naturales, como sucede con los artificiales, incorpora sustancias nuevas y por lógica consecuencia se desequilibran los ciclos y se produce una eutrofización de las aguas que reciben los excedentes. Cuantificar las velocidades y los estados constantes de los ciclos biogeoquímicos, hoy es posible, debido a las mejoras de las técnicas en el uso de trazadores, de la química de masa y del control y sensibilidad a distancia. Los ciclos gaseosos del nitrógeno, del oxígeno, del dióxido de carbono y del agua son ciclos que ofrecen mayores dificultades para el control, pero al mismo tiempo el medio atmosférico ofrece mayores posibilidades para la dispersión de contaminantes, debido a los movimientos de masas de aire y al incremento de la fotosíntesis ante la mayor presencia de CO2.
Los ciclos sedimentarios reciben influencia de los procesos de erosión, sedimentación, formación de montañas, actividad volcánica y transporte biológico. Los ciclos de los elementos no esenciales han ido adquiriendo importancia para la ecología debido a que la actividad minera e industrial produce desechos con altas concentraciones de mercurio, plomo, y otros minerales tóxicos; la energía nuclear genera isótopos radiactivos de algunos de los elementos considerados no esenciales. Los ciclos de los elementos nutritivos orgánicos, como las vitaminas, generalmente de origen biótico, son micronutrientes de importancia para la bioquímica de los organismos. La producción de materiales sintéticos en gran escala, la retroalimentación positiva en los ciclos de energía, la extensión del uso de fertilizantes, pesticidas y herbicidas, la utilización de la energía nuclear, etc., incrementa en el tiempo el compromiso de los pozos depósito y de intercambio.
Homeostasia del Ecosistema
Los ecosistemas, sus poblaciones y organismos componentes disponen de la facultad de auto conservación y autorregulación, que expresa la tendencia de los sistemas ecológicos de resistir el cambio y permanecer en estado de equilibrio, relación entre estabilidad y cambio que origina un equilibrio dinámico. Algunos de estos autocontroles biológicos del ecosistema son:
· A mayor densidad de población disminuye por control interno la reproducción.
· A mayor densidad de población funciona por control externo un incremento de la muerte por diezmación de sus integrantes.
· Al aumento de sustancias por almacenamiento y producción el control biológico acelera la descomposición de los mismos.
La retroalimentación positiva que implica la expansión de la aplicación de los conocimientos, del poder y de la productividad amenaza la calidad de la vida humana y del ambiente, a menos que puedan encontrarse controles apropiados de retroalimentación negativa.
La retroalimentación positiva en exceso lleva a la muerte. La biósfera como resultado de millones de años de actividad natural, está siendo reemplazada rápidamente por la noósfera que resulta de la actividad inteligente del hombre en los últimos siglos, y debemos preguntarnos: ¿podemos hacernos cargo de todo sin correr grandes riesgos? De lo expresado se deduce la importancia de la cibernética (ciencia de los controles) como una disciplina contributiva a la ecología y la necesidad de transitar del concepto de “explotación ilimitada de recursos a una nueva concepción de inventiva ilimitada para la perpetuación de una abundancia cíclica de recursos”. La tecnología es un arma de doble filo, puede ser el instrumento para mejorar el ambiente del ser humano o para destruirlo.