Ley del mínimo de Liebig

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La ley del mínimo de Liebig , a menudo llamada simplemente ley de Liebig o ley del mínimo , es un principio desarrollado en ciencia agrícola por Carl Sprengel (1840) y más tarde popularizado por Justus von Liebig . Afirma que el crecimiento no está dictado por los recursos totales disponibles, sino por el recurso más escaso ( factor limitante ). La ley también se ha aplicado a poblaciones biológicas y modelos de ecosistemas para factores como la luz solar o los nutrientes minerales .

Aplicaciones

Esto se aplicó originalmente al crecimiento de plantas o cultivos , donde se encontró que aumentar la cantidad de nutrientes abundantes no aumentaba el crecimiento de las plantas. Sólo aumentando la cantidad del nutriente limitante (el más escaso en relación con la "necesidad") se mejoró el crecimiento de una planta o cultivo. Este principio puede resumirse en el aforismo: "La disponibilidad del nutriente más abundante en el suelo es tan buena como la disponibilidad del nutriente menos abundante en el suelo". O, para decirlo más claramente, "Una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil". Aunque el diagnóstico de los factores limitantes del rendimiento de los cultivos es un estudio común, el enfoque ha sido criticado. ^[1]

Aplicaciones científicas

La ley de Liebig se ha extendido a las poblaciones biológicas (y se usa comúnmente en el modelado de ecosistemas ). Por ejemplo, el crecimiento de un organismo como una planta puede depender de varios factores diferentes, como la luz solar o nutrientes minerales (por ejemplo, nitrato o fosfato ). La disponibilidad de estos puede variar, de modo que en un momento dado uno es más limitante que los demás. La ley de Liebig establece que el crecimiento solo ocurre a la tasa permitida por el factor más limitante. ^[2]

Por ejemplo, en la siguiente ecuación, el crecimiento de la población es una función del mínimo de tres términos de Michaelis-Menten que representan la limitación por factores , y .${\displaystyle O}$${\displaystyle I}$${\displaystyle N}$${\displaystyle P}$

${\displaystyle {\frac {dO}{dt}}=O\left(\min \left({\frac {\mu _{I}I}{k_{I}+I}},{\frac {\mu _{N}N}{k_{N}+N}},{\frac {\mu _{P}P}{k_{P}+P}}\right)-m\right)}$

El uso de la ecuación se limita a una situación en la que existen condiciones ceteris paribus de estado estacionario y las interacciones de los factores están estrictamente controladas.

Nutrición proteica

En nutrición humana , William Cumming Rose utilizó la ley del mínimo para determinar los aminoácidos esenciales . En 1931 publicó su estudio "Experimentos de alimentación con mezclas de aminoácidos altamente refinados". ^[3] El conocimiento de los aminoácidos esenciales ha permitido vegetarianos para mejorar su proteína nutrición por la combinación de proteínas de diversas fuentes vegetales. Uno de los practicantes fue Nevin S. Scrimshaw que luchaba contra la deficiencia de proteínas en India y Guatemala. Francis Moore Lappe publicó Diet for a Small Planet en 1971, que popularizó la combinación de proteínas utilizando cereales, legumbres y productos lácteos.

Otras aplicaciones

Más recientemente, la ley de Liebig está comenzando a encontrar una aplicación en el manejo de recursos naturales donde supone que el crecimiento en los mercados que dependen de los insumos de recursos naturales está restringido por el insumo más limitado. Como el capital natural del que depende el crecimiento tiene una oferta limitada debido a la naturaleza finita del planeta, la ley de Liebig alienta a los científicos y administradores de recursos naturales a calcular la escasez de recursos esenciales para permitir un enfoque multigeneracional del consumo de recursos .

La teoría económica neoclásica ha buscado refutar el problema de la escasez de recursos mediante la aplicación de la ley de sustituibilidad e innovación tecnológica . La "ley" de sustituibilidad establece que a medida que se agota un recurso —y los precios suben por falta de excedente— aparecen nuevos mercados basados ​​en recursos alternativos a ciertos precios para satisfacer la demanda. La innovación tecnológica implica que los seres humanos pueden utilizar la tecnología para llenar los vacíos en situaciones en las que los recursos son imperfectamente sustituibles .

Una teoría basada en el mercado depende de la fijación de precios adecuada. Cuando no se contabilizan recursos como el aire y el agua limpios, habrá una "falla del mercado". Estas fallas pueden abordarse con impuestos y subsidios pigouvianos , como un impuesto al carbono . Si bien la teoría de la ley de sustituibilidad es una regla práctica útil, algunos recursos pueden ser tan fundamentales que no existen sustitutos. Por ejemplo, Isaac Asimov señaló: "Es posible que podamos sustituir la energía nuclear por carbón y los plásticos por madera ... pero el fósforo no hay sustituto ni reemplazo". ^[4]

Donde no existan sustitutos, como el fósforo, será necesario reciclar. Esto puede requerir una planificación cuidadosa a largo plazo y la intervención gubernamental, en parte para crear impuestos pigouvianos que permitan una asignación eficiente de los recursos en el mercado, en parte para abordar otras fallas del mercado, como el descuento excesivo de tiempo.

Barril de Liebig

Barril de Liebig

Dobenecks ^[5] utilizó la imagen de un barril, a menudo llamado "barril de Liebig", para explicar la ley de Liebig. Así como la capacidad de un barril con duelas de longitud desigual está limitada por la duela más corta, el crecimiento de una planta está limitado por el nutriente más escaso.

Si un sistema satisface la ley del mínimo, la adaptación igualará la carga de diferentes factores porque el recurso de adaptación se asignará para compensar la limitación. ^{[6] Los} sistemas de adaptación actúan como el tonelero del cañón de Liebig y alargan la duela más corta para mejorar la capacidad del cañón. De hecho, en sistemas bien adaptados, el factor limitante debe compensarse en la medida de lo posible. Esta observación sigue el concepto de competencia de recursos y maximización de la aptitud. ^[7]

Debido a la ley de las paradojas del mínimo, si observamos la Ley del Mínimo en los sistemas artificiales, entonces, en condiciones naturales, la adaptación igualará la carga de diferentes factores y podemos esperar una violación de la ley del mínimo. A la inversa, si los sistemas artificiales demuestran una violación significativa de la ley del mínimo, entonces podemos esperar que, en condiciones naturales, la adaptación compensará esta violación. En un sistema limitado, la vida se ajustará como una evolución de lo que vino antes. ^[6]

Biotecnología

Un ejemplo de innovación tecnológica es la genética de las plantas, mediante la cual las características biológicas de las especies pueden cambiarse empleando la modificación genética para alterar la dependencia biológica del recurso más limitante. Así, las innovaciones biotecnológicas pueden ampliar los límites del crecimiento de las especies en un incremento hasta que se establezca un nuevo factor limitante, que luego puede ser desafiado a través de la innovación tecnológica.

En teoría, no hay límite para el número de posibles incrementos hacia un límite de productividad desconocido. ^[8] Este sería el punto donde el incremento a adelantar es tan pequeño que no puede justificarse económicamente o donde la tecnología se encuentra con una barrera natural invulnerable. Vale la pena agregar que la biotecnología en sí misma depende totalmente de fuentes externas de capital natural .

Ver también

• Cuello de botella (desambiguación)
• Cadena crítica
• Método del camino crítico
• Fertilización con hierro
• especie clave
• Factor limitante
• Caminata aleatoria
• Paso de determinación de la tasa
• Sustentabilidad
• Teoría de las Restricciones

Referencias

1. Thomas R. Sinclair y Wayne R. Park (1993) "Inadecuación del paradigma del factor limitante de Liebig para explicar los diferentes rendimientos de los cultivos", Agronomy Journal 85 (3): 472-6 doi : 10.2134 / agronj1993.00021962008500030040x
2. Sinclair, Thomas R. (1999). "Límites al rendimiento de los cultivos" . Plantas y población: ¿hay tiempo? . Coloquio. Washington DC: Academia Nacional de Ciencias. doi : 10.17226 / 9619 . ISBN 978-0-309-06427-9. Archivado desde el original el 3 de julio de 2011.
3. WC Rose (1931) Experimentos de alimentación , Revista de química biológica 94: 155–65
4. Asimov, Issac (1962). "El cuello de botella de la vida" . Realidad y fantasía . Doubleday.
5. Whitson, AR; Walster, HL (1912). Suelos y fertilidad del suelo . St. Paul, MN: Webb. pag. 73 . OCLC 1593332 . 100. Ilustración de factores limitantes. La ilustración adjunta, ideada por el Dr. Dobenecks, pretende ilustrar este principio de factores limitantes. 
6. A.N. Gorban, LI Pokidysheva, EV Smirnova, TA Tyukina. Ley de las paradojas mínimas , Bull Math Biol 73 (9) (2011), 2013-2044
7. D. Tilman, Competencia de recursos y estructura comunitaria , Princeton University Press, Princeton, Nueva Jersey (1982).
8. Reilly, JM; Fuglie, KO (6 de julio de 1998). "Crecimiento futuro del rendimiento en cultivos extensivos: ¿qué evidencia existe?". Investigación de suelos y labranza . 47 (3–4): 275–290. doi : 10.1016 / S0167-1987 (98) 00116-0 .