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 ciclos biogeoquímicos

• Analizar las consecuencias de las acciones del hombre • Observar las diferentes definiciones de ciclos

biogeoquímicos

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

El término Ciclo Biogeoquímico deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e interviene un cambio químico.

Agua, carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes 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 la

atmosfera y precipita, dependiendo de la presión atmosférica, la temperatura y la humedad.

• Al caer a la tierra, se integra a los cuerpos de agua (océanos, mares y lagunas), corrientes de agua (ríos superficiales y subterráneos), al suelo (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, pero es de allí de donde lo toman las plantas para incluirlo en los seres vivos mediante la fotosíntesis.

CICLO DEL NITRÓGENO

• El nitrógeno atmosférico se halla comúnmente bajo formas inorgánicas que no pueden ser aprovechadas por los 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 microorganismos

acuáticos (plancton) de los cuales se alimenta el resto de los organismos oceánicos, y de allí pasan el resto de los seres vivos.

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

son un grupo de microorganismos anaeróbicos los que transforman en versiones orgánicas, sulfatos, que pueden ser asimilados los vegetales.

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

IMPORTANCIA DEL CICLO BIOGEOQUÍMICO

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

• El ciclo biogeoquímico puede llegar a ser muy complejo de analizar por la gran cantidad de elementos que intervienen en el mismo, pero en términos generales puede decirse que se sostiene fundamentalmente sobre el trabajo que realizan los vegetales.

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

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

ÓPTIMOS Y RANGOS DE TOLERANCIA

• A través de observaciones de campo (observaciones de cosas como existen en la naturaleza en contraposición a experimentos de laboratorio), podemos llegar a la conclusión que especies diferentes de plantas varían grandemente en cuanto a su tolerancia (capacidad para soportar) a diferentes factores abióticos. Esta hipótesis ha sido examinada y verificada a través de experimentos llamados "pruebas de estrés".

• Se cultivan plantas en una serie de cámaras en la que pueden controlarse todos los factores abióticos; de esta manera, el factor simple que estudiamos puede variarse de manera sistemática mientras que todos los demás factores se mantienen constante.

• Los resultados muestran que, partiendo desde un valor bajo, a medida que se eleva la temperatura las plantas crecen mejor y mejor hasta alcanzar una tasa máxima de crecimiento. Sin embargo, si se sigue elevando la temperatura las plantas empiezan a mostrar estrés: no crecen bien, sufren daños, y finalmente mueren.

• Desde luego, no todas las especies han sido examinadas para todos los factores; sin embargo, la consistencia de tales observaciones nos lleva a la conclusión de que este es un principio biológico fundamental. Entonces podemos generalizar diciendo que cada especie tiene: 1) un óptimo, 2) un rango de tolerancia, y 3) un límite de tolerancia con respecto a cada factor.

• De esta manera, los experimentos controlados apoyan la hipótesis de que las especies difieren en su adaptación a los diversos factores abióticos.

• La distribución geográfica de una especie puede estar determinada por el grado en el cual sus requerimientos son cumplidos por los factores 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 factor abiótico tenga un valor fuera de su límite de tolerancia para ese factor.

Algunos de los principios adicionales de la "ley" de la tolerancia se enuncian 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

varían los 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 se incorporan desde el medio abiótico a los seres vivos, y vuelven de nuevo al medio abiótico con las deposiciones y la descomposición de sus restos.

ESTRUCTURA DEL ECOSISTEMA

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

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

• PUNTO ÓPTIMO:Todas especies animales y vegetales tienen un margen óptimo zonas de

tensión de tolerancia con cada uno de los factores abióticos.

ZONAS DE TENSIÓN Y LÍMITE DE TOLERANCIA

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

LEY DE FACTORES LIMITANTES:

Cada factor abiótico tiene su punto óptimo y su límite de tolerancia. De ahí se entiende que cualquier factor del margen fuera del margen óptimo causara tensión y limitara el crecimiento. • Competencia: Ocurre cuando dos miembros de diferentes especies

pertenecientes a una comunidad tienen las mismas necesidades por uno o más factores del entorno. Los individuos de la especie que posee ventajas para obtener ese factor del medio ambiente será la que prevalezca. La lucha no es física, sino selectiva. Pueden ocurrir encuentros casuales entre dos individuos de una y otra población, pero no es una regla general.

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

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

CLIMA Y MICROCLIMACLIMA• 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 muy difícil de predecir.

ELEMENTOS DEL CLIMA• • Temperatura 

• Presión atmosférica • Viento • Humedad • Precipitación

MICROCLIMA

• Un microclima es un clima local de características distintas a las de la zona en que se encuentra. El microclima es un conjunto de afecciones atmosféricas 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 naturaleza para subsistir, pero en los últimos decenios además ha producido miles de sustancias nuevas que se han difundido por toda la atmósfera, la hidrosfera, los suelos y la biosfera.

ACCIÓN DEL HOMBRE SOBRE EL ECOSISTEMA

• Todos los organismos consumidores viven de la explotación del ecosistema y la especie humana también necesita explotarlo para asegurar su supervivencia. De la naturaleza se obtienen los alimentos y a la naturaleza se devuelven los residuos que generamos con nuestra actividad.

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 de seguir el proceso de sucesión natural.

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

• El trabajo agrícola afecta también al ecosistema suelo. Al arar se mezclan los horizontes del suelo y se rompe la estructura para liberar nutrientes que 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 terminados suponen también, un fuerte impacto sobre los ecosistemas.

RECICLADO DE RESIDUOS• El vertido de residuos es otra fuerte de impacto sobre la naturaleza. En

ocasiones provocan tal concentración de productos tóxicos en un ecosistema que causa graves daños a los seres vivos.

• La capacidad de la naturaleza para reciclar los materiales, diluir los tóxicos y limpiar el aire y el agua es muy grande, pero la actividad industrial genera tan gran variedad y cantidad de contaminación que sobrepasa la capacidad equilibradora y depuradora de la atmósfera.

• También veremos con detalle como la emisión de algunos gases en grandes cantidades a la atmósfera, como el CO2 o los CFC, está produciendo alteraciones en el funcionamiento normal del clima o de la 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. A veces conscientemente y otras sin querer, al transportar mercancías o viajar de unos sitios a otros.

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

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

FLUJOS DE ENERGÍA Y CIRCULACIÓN DE LA MATERIA 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 consumidores primarios herbívoros de los cuales se alimentan los consumidores secundarios o carnívoros.

• El diagrama anterior muestra como la energía (flechas oscuras) y los nutrientes inorgánicos (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 verdes atrapan una pequeña cantidad de energía luminosa para convertir el dióxido de carbono que toman del aire y el agua que toman del 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 es único y exclusivo de las células vegetales y tienen en su interior la clorofila.

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

¿Qué ocurre en la fase luminosa?

• Es la primera fase del proceso fotosintético y ocurre en las membranas tilacoidales de los cloroplastos y en presencia de luz, poseen dos sistemas: un sistema de pigmentos que captan la luz y un sistema o cadena 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 agua en 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 las hojas.   La síntesis del (NADPH) se forma a partir del NADP+ el cual acepta 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 del NADPH y el ATP producidos en la etapa luminosa además del Dióxido de Carbono que es tomado de la atmósfera, en esta etapa no se requiere de luz para realizar sus funciones.

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

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

• Una ecuación generalizada y no equilibrada de la fotosíntesis en presencia de luz sería: CO2 + 2H2A? (CH2) + H2O + H2A El elemento H2A de la fórmula representa un compuesto oxidable, es decir, un compuesto del cual se pueden extraer electrones; CO2 es el dióxido de carbono; CH2 una generalización de los hidratos de carbono que incorpora el organismo vivo. En la gran mayoría de los organismos fotosintéticos, es decir, en las algas y las plantas verdes, H2A es agua (H2O); pero en 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 de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz.

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

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

FASE LUMINOSA EN EL PROCESO DE LA FOTOSÍNTESIS

• Los experimentos de Blackman se incluía que en la fotosíntesis actúan dos procesos: uno oscuro (dependientes de la concentración de CO2) y otro luminoso.

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

LA RESPIRACIÓN:

La mayoría de los seres vivos realizan esta función, mediante la cual toman el oxígeno de la atmósfera y expulsan el dióxido de carbono, además del agua dicho, en otros términos en la transformación de la molécula de azúcar y 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 existen dos tipos de respiración, según sean los requerimientos de oxígeno por parte de la célula; respiración aeróbica y anaeróbica.

¿Qué es la respiración aeróbica?

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

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

• El objetivo final de la respiración celular es producir la energía que la célula necesita para 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 de los nutrientes orgánicos para producir ATP, además de alcohol etílico, ácido láctico, acetato, ácido butírico y otros. Hay dos tipos de fermentación importantes:

• La fermentación alcohólica que es producida por algunos microorganismos como ciertas bacterias y hongos que degradan la glucosa hasta producir alcohol.

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

TIPOS DE ECOSISTEMAS POR FUENTE Y NIVEL DE 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 como consecuencia de su adaptación al agua.

• Este ecosistema es el de mayor tamaño ya que representan el 75%.  Dentro de los ecosistemas acuáticos se encuentran los siguientes:

Bentónico: Estos se ubican en el fondo de los ecosistemas acuáticos. En aquellos 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 que gracias a sus medios de locomoción pueden adaptarse a las corrientes de agua.

Plactónicos: Estos seres vivos viven flotando en el agua terrestre o marina y son arrastrados por las corrientes de agua, no se trasladan por movimientos 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 que descender a la tierra para el descanso, alimentación o procreación, por lo que no resulta autosuficiente. A causa de esto, algunos lo ubican dentro del ecosistema terrestre.

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

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

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA SOSTENIBILIDAD DE LOS ECOSISTEMAS

Pastoreo excesivo

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

• Puede ser causada por mala gestión de la ganadería en las aplicaciones agrícolas, o por sobrepoblaciones de animales silvestres nativos o no nativos.

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

• El pastoreo excesivo también es visto como una de las causas de la propagación de especies invasoras de plantas no nativas y de las malas hierbas.

IMPACTOS ECOLÓGICOS ORIGINADOS POR EL SOBREPASTOREO

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

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

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

RESTAURARACION ECOLÓGICA

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

• El objetivo de la restauración ecológica es la conservación y reposición del 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 debe realizarse desde una aproximación holística.