CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

INTEGRANTES:

• Michael Crow• Orlando Buele• Harold Celi• Marcos Espinoza• Jorge Carrión

OBJETIVOS• Analizar los cambios que los ciclos son capaces de

efectuar para los organismos.

• Comprender porque son necesarios los ciclosbiogeoquímicos

• Analizar las consecuencias de las acciones del hombre

• Observar las diferentes definiciones de ciclosbiogeoquímicos

CICLOSBIOGEOQUÍMICOS

El término Ciclo Biogeoquímico deriva del movimientocíclico de los elementos que forman los organismosbiológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e intervieneun cambio químico.

Agua, carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otroselementos recorren estos ciclos, conectando loscomponentes vivos y no vivos de la Tierra.

CICLO DEL AGUA• Este ciclo tiene su mayor depósito en el océano.

• De allí se evapora el agua por efecto del calor, las nubes en laatmosfera y precipita, dependiendo de la presión atmosférica, latemperatura y la humedad.

• Al caer a la tierra, se integra a los cuerpos de agua (océanos, maresy lagunas), corrientes de agua (ríos superficiales y subterráneos), alsuelo (por hidratación y lixiviación) y a los seres vivos.

CICLO DEL CARBONO

• Es un ciclo que tiene un deposito atmosférico pequeño (0,03%),hallándose el mayor en el océano.

• El carbono se encuentra en la atmosfera e pequeñas cantidades, peroes de allí de donde lo toman las plantas para incluirlo en los seresvivos mediante la fotosíntesis.

CICLO DEL NITRÓGENO

• El nitrógeno atmosférico se halla comúnmente bajoformas inorgánicas que no pueden ser aprovechadas porlos seres vivos.

CICLO DEL FÓSFORO• Es uno de los elementos más importantes en

la constitución de las células.

• El fosforo oceánico es fijado por los microorganismosacuáticos (plancton) de los cuales se alimenta el resto delos organismos oceánicos, y de allí pasan el resto de losseres vivos.

CICLO DEL AZUFRE• El azufre se guarda mayormente de forma inorgánica en el suelo, y

son un grupo de microorganismos anaeróbicos los que transformanen versiones orgánicas, sulfatos, que pueden ser asimilados losvegetales.

• Mucho del azufre que utilizan las plantas que consumimos provienede los fertilizantes que le agregan para optimizar su producción.

IMPORTANCIA DEL CICLOBIOGEOQUÍMICO

• El ciclo biogeoquímico es el proceso mediante el cual existe unacirculación de elementos entre los seres vivos y el medio ambiente.

• El ciclo biogeoquímico puede llegar a ser muy complejo de analizarpor la gran cantidad de elementos que intervienen en el mismo, peroen términos generales puede decirse que se sostienefundamentalmente sobre el trabajo que realizan los vegetales.

• Uno de los más importantes es el carbono, que es un componentefundamental de los seres vivos.

• Son precisamente los vegetales los encargados de posibilitar que elcarbono integre parte de la vida de una gran cantidad de organismos.En efecto, las plantas toman el dióxido de carbono de la atmosfera yde esta manera obtienen carbono, carbono que combinan con elhidrógeno que obtienen del agua.

ÓPTIMOS Y RANGOS DE TOLERANCIA

• A través de observaciones de campo (observaciones de cosas comoexisten en la naturaleza en contraposición a experimentos delaboratorio), podemos llegar a la conclusión que especies diferentesde plantas varían grandemente en cuanto a su tolerancia (capacidadpara soportar) a diferentes factores abióticos. Esta hipótesis ha sidoexaminada y verificada a través de experimentos llamados "pruebasde estrés".

• Se cultivan plantas en una serie de cámaras en la que puedencontrolarse todos los factores abióticos; de esta manera, el factorsimple que estudiamos puede variarse de manera sistemática mientrasque todos los demás factores se mantienen constante.

• Los resultados muestran que, partiendo desde un valor bajo, a medidaque se eleva la temperatura las plantas crecen mejor y mejor hastaalcanzar una tasa máxima de crecimiento. Sin embargo, si se sigueelevando la temperatura las plantas empiezan a mostrar estrés: nocrecen bien, sufren daños, y finalmente mueren.

• Desde luego, no todas las especies han sido examinadas para todoslos factores; sin embargo, la consistencia de tales observaciones noslleva a la conclusión de que este es un principio biológicofundamental. Entonces podemos generalizar diciendo que cadaespecie tiene: 1) un óptimo, 2) un rango de tolerancia, y 3) un límitede tolerancia con respecto a cada factor.

• De esta manera, los experimentos controlados apoyan la hipótesis deque las especies difieren en su adaptación a los diversos factoresabióticos.

• La distribución geográfica de una especie puede estar determinadapor el grado en el cual sus requerimientos son cumplidos por losfactores abióticos presentes.

• Una especie puede prosperar donde encuentra condiciones óptimas;sobrevive malamente cuando las condiciones difieren de su óptimo.Pero no sobrevivirá en aquellos lugares donde cualquier factorabiótico tenga un valor fuera de su límite de tolerancia para esefactor.

Algunos de los principios adicionales de la "ley" de la tolerancia seenuncian como sigue:

1. Los organismos pueden tener un rango de tolerancia muy amplio para un

factor y otro muy estrecho para otros factores.

2. Los organismos con rangos amplios de tolerancia para todos los factores son

los que tienen mayor oportunidad de distribuirse extensamente.

3. Cuando las condiciones no son óptimas para una especie respecto a un

factor ecológico, los límites de tolerancia suelen reducirse en lo que respecta

a otros factores ecológicos.

4. Con mucha frecuencia, se descubre que en la naturaleza los organismos no

viven en realidad en las gamas óptimas (determinadas experimentalmente)

de un factor físico en particular.

5. La reproducción suele ser un periodo crítico en el que los factores abióticos

o ambientales tienen grandes probabilidades de volverse limitantes.

ASOCIACIONES DE COMPETENCIAS

FUNCIONAMIENTO DEL ECOSISTEMA:• Los componentes de un ecosistema se relacionan de tal manera que si uno

de ellos sufre alguna modificación implica alteración en los demás.

• De aquí la importancia de las relaciones entre sus componentes, que varíanlos casos, pero siempre se observa lo siguiente:

1. Un flujo de energía que va de unos organismos a otros.

2. Un reciclaje de sustancia minerales que seincorporan desde el medio abiótico a los seres vivos, y vuelven de nuevoal medio abiótico con las deposiciones y la descomposición de susrestos.

ESTRUCTURA DEL ECOSISTEMA

• REGULADORES ABIÓTICOS:Son conocidos como factores limitantes que determinan la estructura delecosistema.

• REGULADORES BIÓTICO:En ciertos ecosistemas algunas especies, llamados especie clavecumplen un papel importante en la estructura de la comunidad.

• PUNTO ÓPTIMO:Todas especies animales y vegetales tienen un margen óptimo zonas detensión de tolerancia con cada uno de los factores abióticos.

ZONAS DE TENSIÓN Y LÍMITE DETOLERANCIA

• Entre el margen óptimo y límite superior o inferior detolerancia hay zonas de tensión, es decir conforme elfactor se aporta en un sentido u otro del margen óptimo,los organismos sufren mayor tensión hasta que al cruzaral límite ya no logran sobrevivir.

LEY DE FACTORES LIMITANTES:

Cada factor abiótico tiene su punto óptimo y su límite de tolerancia. Deahí se entiende que cualquier factor del margen fuera del margen óptimocausara tensión y limitara el crecimiento.

• Competencia: Ocurre cuando dos miembros de diferentes especiespertenecientes a una comunidad tienen las mismas necesidades por uno omás factores del entorno. Los individuos de la especie que posee ventajaspara obtener ese factor del medio ambiente será la que prevalezca. Lalucha no es física, sino selectiva. Pueden ocurrir encuentros casualesentre dos individuos de una y otra población, pero no es una reglageneral.

• Simbiosis: Se dice que dos organismos son simbiontes cuando ambospertenecen a diferentes especies y se benefician mutuamente en

una relación obligada.El caso más conocido de simbiosis corresponde a los líquenes. Loslíquenes surgen por la relación obligada entre un alga y un hongo.

CLIMA Y MICROCLIMA

CLIMA• El clima es el conjunto de los valores promedios de las condiciones

atmosféricas que caracterizan una región.• Estos valores promedio se obtienen con la recopilación de la información

meteorológica durante un periodo de tiempo suficientemente largo.• Según se refiera al mundo, a una zona o región, o a una localidad

concreta se habla de clima global, zonal, regional o local (microclima),respectivamente.

• El clima es un sistema complejo por lo que su comportamiento es muydifícil de predecir.

ELEMENTOS DEL CLIMA• • Temperatura

• Presión atmosférica• Viento• Humedad• Precipitación

MICROCLIMA

• Un microclima es un clima local de características distintas a las de lazona en que se encuentra. El microclima es un conjunto de afeccionesatmosféricas que caracterizan un contorno o ámbito reducido.Los factores que lo componen son la topografía, temperatura, humedad,altitud-latitud, luz y la cobertura vegetal.

ACCIÓN DEL HOMBRE

• Desde hace milenios el hombre ha explotado y modificado la naturalezapara subsistir, pero en los últimos decenios además ha producido miles desustancias nuevas que se han difundido por toda la atmósfera, lahidrosfera, los suelos y la biosfera.

ACCIÓN DEL HOMBRE SOBRE EL ECOSISTEMA

• Todos los organismos consumidores viven de la explotación delecosistema y la especie humana también necesita explotarlo paraasegurar su supervivencia. De la naturaleza se obtienen los alimentos y ala naturaleza se devuelven los residuos que generamos con nuestraactividad.

AGRICULTURA Y GANADERÍA• Cuando se cultivan los campos, se talan los bosques, se pesca o se cría

ganado, se "explota" al resto de la naturaleza y se provoca su "regresión"en el sentido ecológico; es decir, el ecosistema se rejuvenece y deja deseguir el proceso de sucesión natural.

• En las actividades agrícolas y ganaderas se retira biomasa de losecosistemas explotados y se favorece a las especies oportunistas(frecuentemente monocultivos), lo que disminuye la diversidad deespecies del primitivo ecosistema.

• El trabajo agrícola afecta también al ecosistema suelo. Al arar se mezclanlos horizontes del suelo y se rompe la estructura para liberar nutrientesque puedan usar las plantas.

OBTENCIÓN DE ENERGÍA Y MATERIAS PRIMAS• La explotación del petróleo y del gas, la minería del carbón y del resto de

minerales y el transporte de materias primas y productos terminadossuponen también, un fuerte impacto sobre los ecosistemas.

RECICLADO DE RESIDUOS

• El vertido de residuos es otra fuerte de impacto sobre la naturaleza. Enocasiones provocan tal concentración de productos tóxicos en unecosistema que causa graves daños a los seres vivos.

• La capacidad de la naturaleza para reciclar los materiales, diluir lostóxicos y limpiar el aire y el agua es muy grande, pero la actividadindustrial genera tan gran variedad y cantidad de contaminación quesobrepasa la capacidad equilibradora y depuradora de la atmósfera.

• También veremos con detalle como la emisión de algunos gases engrandes cantidades a la atmósfera, como el CO2 o los CFC, estáproduciendo alteraciones en el funcionamiento normal del clima o dela protección contra las radiaciones peligrosas.

DESTRUCCIÓN DE ECOSISTEMAS NATURALES

• Sucede cuando desviamos cursos de agua para usarlos en regadío o

abastecimiento de ciudades y el cauce de los ríos queda sin caudal suficiente

para mantener el ecosistema. O cuando se construye en las zonas del litoral

sobre marismas.

INTRODUCCIÓN DE ORGANISMOS AJENOS AL ECOSISTEMA

• La actividad humana mueve muchas especies de unos lugares a otros. Aveces conscientemente y otras sin querer, al transportar mercancías oviajar de unos sitios a otros.

• Muchas de estas especies son beneficiosas por su aprovechamientoagrícola o ganadero, como la patata y el maíz que fueron introducidas enEuropa y son un importantísimo recurso alimenticio.

• La restauración ecológica se define como la aplicación de técnicas yestrategias tendientes al restablecimiento parcial o total de la estructura yfunción de los ecosistemas dañados.

FLUJOS DE ENERGÍA Y CIRCULACIÓN DE LAMATERIA EN LOS ECOSISTEMAS

FLUJO DE ENERGÍA EN UN ECOSISTEMA:• Es el nombre que recibe la totalidad de la cadena trófica.• El flujo de energía es el aprovechamiento de los productos primarios y

secundarios por organismos que a su vez utilizaron consumidoresprimarios herbívoros de los cuales se alimentan los consumidoressecundarios o carnívoros.

• El diagrama anterior muestra como la energía (flechas oscuras) y los nutrientesinorgánicos (flechas claras) fluyen a través del ecosistema.

Para resumir: En el flujo de energía y de nutrientes inorgánicos, es posible

hacer algunas generalizaciones:

1. La fuente primaria (en la mayoría de los ecosistemas) de energía es el

sol.

2. El destino final de la energía en los ecosistemas es perderse como calor.

3. La energía y los nutrientes pasan de un organismo a otro a través de la

cadena alimenticia a medida que un organismo se come a otro.

4. Los descomponedores extraen la energía que permanece en los restos

de los organismos.

5. Los nutrientes inorgánicos son reciclados pero la energía no.

FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN

• En la fotosíntesis las células con clorofila de las plantas verdesatrapan una pequeña cantidad de energía luminosa para convertir eldióxido de carbono que toman del aire y el agua que tomandel suelo en azúcar y oxígeno que es energía química.

• Se estudian juntas porque son dos funciones metabólicas antagónicas,pero complementarias ya que depende la una de la otra.

• Este proceso se realiza en un organoide llamado cloroplasto que esúnico y exclusivo de las células vegetales y tienen en su interior laclorofila.

• Se considera que se produce en dos fases sucesivas: Una, enpresencia de luz o reacción fotoquímica y la otra se da en la faseoscura o afotónica.

¿Qué ocurre en la fase luminosa?

• Es la primera fase del proceso fotosintético y ocurre en las membranastilacoidales de los cloroplastos y en presencia de luz, poseendos sistemas: un sistema de pigmentos que captan la luz y un sistema ocadena de transporte de electrones. En esta fase la clorofila capta la luz,"se excita" y trae como consecuencia tres sucesos:

1) La fotolisis del agua ocurre por descomposición de la molécula de aguaen sus elementos constituyentes (H y O) por acción de la luz.

2) El oxígeno es liberado (O2) a la atmósfera a través de los estomas de lashojas. La síntesis del (NADPH) se forma a partir del NADP+ el cualacepta electrones.

3) La síntesis de adenosín - trifosfato (ATP) se forma a partir del adenosín -difosfato (ADP) y el fosfato inorgánico (Pi).

¿Qué ocurre en la etapa oscura?

• En esta etapa se realiza la síntesis de la glucosa mediante la participación delNADPH y el ATP producidos en la etapa luminosa además del Dióxido de Carbonoque es tomado de la atmósfera, en esta etapa no se requiere de luz para realizar susfunciones.

• La síntesis de la glucosa implica una serie de reacciones químicas que forman fasesmás importantes de este ciclo que son: Fijación del dióxido de carbono. Síntesis deazúcares. Regeneración de la ribulosa - 1,5 - difosfato.

• Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biosfera terrestre la zona delplaneta en la cual hay vida procede de la fotosíntesis.

• Una ecuación generalizada y no equilibrada de la fotosíntesis en presencia de luzsería: CO2 + 2H2A? (CH2) + H2O + H2A El elemento H2A de la fórmularepresenta un compuesto oxidable, es decir, un compuesto del cual se pueden extraerelectrones; CO2 es el dióxido de carbono; CH2 una generalización de los hidratos decarbono que incorpora el organismo vivo. En la gran mayoría de los organismosfotosintéticos, es decir, en las algas y las plantas verdes, H2A es agua (H2O); peroen algunas bacterias fotosintéticas, H2A es anhídrido sulfúrico (H2S).

La fotosíntesis se realiza en dos etapas:

• Una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes dela temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y sonindependientes de la luz.

• La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumentacon la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con latemperatura.

• En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la velocidadaumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con laintensidad luminosa.

FASE LUMINOSA EN EL PROCESO DE LAFOTOSÍNTESIS

• Los experimentos de Blackman se incluía que en la fotosíntesis actúandos procesos: uno oscuro (dependientes de la concentración de CO2) yotro luminoso.

• En el primer proceso, las llamadas "reacciones luminosas", los protonesderivados del agua se utilizan en la síntesis quimiostática de ATP a partirde ADP y Pi, en tanto un átomo de hidrógeno del agua se utiliza para lareducción de NADP+ a NADPH.

LA RESPIRACIÓN:

La mayoría de los seres vivos realizan esta función, mediante la cual tomanel oxígeno de la atmósfera y expulsan el dióxido de carbono, además delagua dicho, en otros términos en la transformación de la molécula de azúcary oxígeno, producto de la fotosíntesis en dióxido de carbono, agua y ATP.

• El proceso de respiración no es igual para todas las células ya que existendos tipos de respiración, según sean los requerimientos de oxígeno porparte de la célula; respiración aeróbica y anaeróbica.

¿Qué es la respiración aeróbica?

• Es un conjunto de reacciones químicas que ocurren intracelularmente y consiste en ladegradación de la glucosa hasta que se convierte en agua y energía en forma de ATP enpresencia de oxígeno.

• La respiración comprende tres procesos: La glucólisis, el Ciclo de Krebs y la cadena detransporte de electrones.

• El objetivo final de la respiración celular es producir la energía que la célula necesitapara realizar trabajo mecánico, químico y de transporte.

¿Qué ocurre en la respiración anaeróbica?

• Este tipo de respiración se caracteriza por una serie de reacciones en las que se obtienen

energía (ATP) a partir de compuestos orgánicos.

• Los productos finales de la respiración anaeróbica no son tan simples, ya que se obtienen

productos que almacenan bastante energía y dióxido de carbono.

• Esta respiración es propia de organismos poco evolucionados y son de gran

utilidad ya que esto permite explicar los fenómenos de fermentación y putrefacción

de ciertos alimentos.

Se puede decir que la fermentación consiste en el catabolismo anaeróbico delos nutrientes orgánicos para producir ATP, además de alcohol etílico, ácidoláctico, acetato, ácido butírico y otros. Hay dos tipos de fermentaciónimportantes:

• La fermentación alcohólica que es producida por algunosmicroorganismos como ciertas bacterias y hongos que degradan la glucosahasta producir alcohol.

• La fermentación homoláctica que puede ocurrir en los músculos yproducir ácido láctico. Esta se da en ausencia de oxígeno y es propia delos organismos inferiores y poco evolucionados como las bacterias y loshongos microscópicos conocidos como levaduras.

TIPOS DE ECOSISTEMAS POR FUENTE Y NIVELDE ENERGÍA

Tipos de ecosistemas por fuente• Se habla entonces de una serie de organismos interdependientes entre sí

que conforman cadenas alimenticias o tróficas.

Acuático:• Esta clase de ecosistema los seres vivos se desarrollan en el agua. Estos,

adquieren características físicas muy similares entre sí comoconsecuencia de su adaptación al agua.

• Este ecosistema es el de mayor tamaño ya que representan el75%. Dentro de los ecosistemas acuáticos se encuentran los siguientes:

Bentónico: Estos se ubican en el fondo de los ecosistemas acuáticos. Enaquellos que no son muy profundos, los principales habitantes son algas.En los de mayor profundidad, la mayoría son consumidores.

Nectónicos: Estos animales se desplazan con total libertad ya quegracias a sus medios de locomoción pueden adaptarse a las corrientes deagua.

Plactónicos: Estos seres vivos viven flotando en el agua terrestre omarina y son arrastrados por las corrientes de agua, no se trasladan pormovimientos propios.

Neustónicos: Estos viven sobre la superficie del agua, flotando.

Aéreo:• Este tipo de ecosistema tiene la particularidad de ser de transición.

Ningún ser vivo lo habita permanentemente, sino que tienen quedescender a la tierra para el descanso, alimentación o procreación, por loque no resulta autosuficiente. A causa de esto, algunos lo ubican dentrodel ecosistema terrestre.

Terrestre:• Este ecosistema se desarrolla sobre la superficie de la Tierra llamada

Biósfera. Los individuos más numerosos en este ecosistema son losinsectos, de los que existen 900.000 especies. Las aves ocuparían elsegundo lugar, con unas 8.500 especies. En tercer lugar, los mamíferosde los que hay 4.100 especies.

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LASOSTENIBILIDAD DE LOS ECOSISTEMAS

Pastoreo excesivo

• El sobrepastoreo se produce cuando las plantas están expuestas apastoreo intensivo durante largos períodos de tiempo, o sin periodos derecuperación suficiente.

• Puede ser causada por mala gestión de la ganadería en las aplicacionesagrícolas, o por sobrepoblaciones de animales silvestres nativos o nonativos.

• El pastoreo excesivo reduce la utilidad, la productividad y labiodiversidad de la tierra y es una de las causas de la desertificación y laerosión.

• El pastoreo excesivo también es visto como una de las causas de lapropagación de especies invasoras de plantas no nativas y de las malashierbas.

IMPACTOS ECOLÓGICOS ORIGINADOS POR ELSOBREPASTOREO

• El sobrepastoreo suele aumentar la erosión del suelo. La reducción dela profundidad del suelo, y de materia orgánica y la fertilidad delsuelo ponen en peligro el futuro de la productividad de la tierra.

• La fertilidad del suelo puede ser mitigada mediante la aplicación delos fertilizantes adecuados de cal y orgánicos.

• El pastoreo excesivo y el pisoteo de los rebaños, especialmente enzonas pendientes, provoca la regresión de la vegetación.

RESTAURARACION ECOLÓGICA

• La restauración ecológica, según la Sociedad Internacional para laRestauración Ecológica, consiste en “asistir a la recuperación deecosistemas que han sido degradados, dañados o destruidos”.

• El objetivo de la restauración ecológica es la conservación y reposicióndel capital natural, así como la restitución de los servicios ecosistémicos,para su disfrute y aprovechamiento por parte de la sociedad.

• Para que la restauración ecológica sea realmente ecológica deberealizarse desde una aproximación holística.