1

FLUJOS DE MATERIA Y ENERGÍA

Instrucciones: Lee y analiza la información propuesta. Complementa con los videos en clases. Luego contesta las siguientes preguntas. Cadenas tróficas y redes tróficas Una cadena trófica es una relación lineal de alimentación de los seres vivos de un ecosistema y presenta entre 4 o 5 niveles tróficos. Como en la naturaleza hay múltiples relaciones alimentarias, una red trófica es un conjunto de cadenas superpuestas que interactúan entre sí y representan con precisión las relaciones alimentarias efectivas dentro de una comunidad.

El flujo de materia (nutrientes) en una cadena trófica es cíclica, ya que los descomponedores permiten que los productores vuelvan a incorporarla a la cadena alimentaria. El flujo de energía es unidireccional, desde los productores a los consumidores. Los productores incorporan la energía en la fotosíntesis y la transfieren al resto de los niveles tróficos. A medida que pasa de un nivel a otro, se pierde un porcentaje en forma de calor. Ciclos biogeoquímicos La energía en los ecosistemas fluye de unos organismos a otros, de manera unidireccional, a través de las cadenas y tramas tróficas. Durante el proceso, una parte de la energía se pierde en forma de calor. Distinto es en el caso de la materia, la cual circula a través del ecosistema, pasando del ambiente a los seres vivos, quienes la transfieren entre ellos y finalmente la transfieren al ambiente nuevamente. Ciclo del agua. Es el componente principal de todos los seres vivos. Circula constantemente, formando parte también de ríos, lagos, mar y nubes. Se puede encontrar en los ecosistemas en los estados líquidos, sólido y gaseoso.

Nombre estudiante:

Fecha:

Nivel/curso: Asignatura: Evolución, ecología y ambiente.

Competencia(s) BIOc4 Docente autor: Patricia Osorio

Desempeño: Analiza y resuelve las interrogantes.

2

El agua está en constante circulación en la naturaleza. De la superficie de lagos, ríos y mares se evapora, a causa de la energía calórica. Con las bajas temperaturas en las alturas, el vapor de agua se condensa, formando las nubes, desde las cuales el agua precipita en forma de lluvia, granizo o nieve. Los seres vivos la ocupan para sus procesos biológicos y la regresan a través de la transpiración, sudor, orina y vapor de agua. Por escorrentía, llega libre a ríos, lagos, o mares, donde se infiltra (percolación) a través del suelo formando agua subterránea.

Agua en la Tierra: 95% océanos y mares. 2% agua dulce en lagos, ríos y agua subterránea. 3% agua dulce en hielo, cordilleras, casquetes polares, glaciares.

Preguntas: 1. ¿En qué fases del ciclo del agua ocurren cambios de estado? 2. ¿Qué tipos de cambios experimenta el agua: químicos o físicos? 3. ¿De qué manera los seres vivos aportan agua al ciclo? 4. ¿Cuál es el rol del Sol en el ciclo? 5. Establece la diferencia entre percolación y escorrentía. 6. Explica que son las napas subterráneas. ¿Cómo se forman? Ciclo del carbono y del oxígeno

Carbono y oxígeno son fundamentales para los seres vivos pues forman parte de las moléculas orgánicas. El oxígeno corresponde al 21 % de los gases atmosféricos, en tanto el carbono (en forma de CO2) ocupa el 0,03 %. Los organismos fotosintetizadores requieren de CO2 para realizar su proceso, a través del cual liberan O2 a la atmosfera. Así mismo, todos los seres vivos aerobios requieren de oxígeno y liberan dióxido de carbono a la atmosfera. Preguntas: 1. ¿Cuál es la principal fuente de carbono (C): la atmósfera, la litósfera o la hidrósfera? 2. ¿A qué gas presente en la Tierra corresponde la molécula que contiene carbono? 3. ¿Cómo utilizan las plantas el CO2? 4. ¿Qué procesos químicos liberan CO2 a la atmósfera? 5. ¿Por qué el carbono es un elemento fundamental para los seres vivos? ¿De qué compuestos orgánicos vitales (carbohidratos, lípidos, proteínas o ácidos nucleicos) forma parte el carbono? 6. ¿Qué seres vivos permiten los procesos de descomposición en el ciclo del carbono? 7. ¿Cuál es la importancia de las plantas y algas que participan en el ciclo del carbono para el desarrollo de la vida? Explica.

3

Ciclo del Nitrógeno El nitrógeno constituye más del 70% de los gases de la atmosfera. Es fundamental para los seres vivos ya que forma parte de aminoácidos, y esto constituyen las proteínas. También forman parte de los acidos nucleicos (ADN y ARN) de todos los seres vivos.

4

El nitrógeno es esencial para la formación de las proteínas y del material genético de los seres vivos. Fijación: Bacterias aeróbicas y anaeróbicas transforman el nitrógeno gaseoso en ion amonio (NH4

+), ion nitrito (NO2-) o en ion nitrato (NO3

-). Amonificación: Bacterias amonificantes o descomponedoras que transforman urea y ácido úrico en amoníaco (NH3). Nitrificación: Bacterias nitrificantes, que transforman el amoníaco (NH3) en nitrito (NO2

-) y luego en nitrato (NO3

-). Asimilación: Los nitratos son absorbidos por los vegetales través de las raíces, desde el suelo. La planta lo transforma en amonio y sus células pueden sintetizar aminoácidos. Desnitrificación: Las bacterias desnitrificantes del suelo, transforman el nitrato (NO3

-) en nitrógeno gaseoso (N2), regresándolo a la atmósfera.

Preguntas: 1. ¿Cómo se denomina el proceso en el que se libera NH3 de la descomposición de la materia orgánica? 2. ¿Cuál es el principal depósito de nitrógeno? 3. ¿Cómo se denominan los organismos que incorporan nitrógeno a los componentes orgánicos? 4. Indica el nombre del proceso y quien lo realiza: a) Formación de nitratos a partir de amonio: b) Incorporación del amonio a los compuestos orgánicos: c) Transformación de nitratos en nitrógeno atmosférico: 5. ¿Por qué una planta leguminosa puede crecer en suelos sin nitrógeno en los que no se desarrollan otras especies? 6. ¿A qué crees que se debe la costumbre de incluir leguminosas entre las plantas que se usan para la rotación de los cultivos? 7. ¿Qué les ocurriría a las plantas si no hubiera nitrógeno en el suelo?

5

Ciclo del fósforo El fósforo es constituyente esencial de todos los seres vivos, ya que es parte de los acidos nucleicos como ADN y ARN. También es el principal componente del ATP, de algunas proteínas, de las membranas celulares, y de huesos y dientes en animales.

Preguntas: 1. ¿Cuál es el símbolo químico del fósforo? 2. ¿En qué macromoléculas encontramos fósforo? 3. Explica en qué consiste la meteorización del fósforo? 4. ¿Cómo llega el fósforo al mar? ¿Qué puede ocurrir con el fosforo en el fondo marino? 5. ¿Cómo se incorpora el fósforo a los organismos terrestres? 6. ¿Cuál es la principal fuente natural de fósforo?

PIRÁMIDE DE NÚMERO, ENERGÍA Y BIOMASA La transferencia de materia y de energía entre los seres vivos ocurre principalmente a través de las relaciones alimentarias que se establecen entre ellos, las que pueden ser representadas a través de cadenas o redes alimentarias y pirámides ecológicas (de energía, de biomasa y de numero).

La pirámide de número representa la cantidad de individuos que es de cada nivel trófico de un ecosistema.

6

Estas pirámides pueden adoptar una forma invertida cuando los productores son de gran tamaño (por ejemplo, los árboles de un bosque).

La pirámide de biomasa representa la cantidad de materia viva que presenta un ecosistema. Generalmente, esta se calcula en gramos por metro cuadrado y considera solo el peso seco de los seres vivos. Esta pirámide se puede invertir, lo cual ocurre cuando los productores se reproducen a gran velocidad (por ejemplo, en el caso del fitoplancton en los ecosistemas marinos).

La pirámide de energía representa como fluye esta en los ecosistemas (siempre lo hace desde los productores hacia los consumidores). No tiene la posibilidad de invertirse, pues responde a la primera y segunda ley de la termodinámica.

7

Preguntas 1. ¿Qué unidades de medida pueden emplear cada una de las pirámides? 2. ¿Por qué las pirámides de número y biomasa pueden tomar forma invertida? 3. Las pirámides tienen siempre la misma secuencia de niveles tróficos? 4. ¿Qué nivel trófico no se representan en las pirámides ecológicas?

SUSTANCIAS BIOACUMULABLES TÓXICAS. Amplificación biológica Proceso por el cual los organismos que viven en un medio, que contiene una concentración relativamente baja de una sustancia química, pueden llegar a aumentarla en sus tejidos, alcanzando concentraciones considerablemente más altas que las existentes en el medio, debido a que dicho contaminante es poco susceptible a ser metabolizado y, además es liposoluble, lo que ocasiona efectos negativos sobre su salud. Son sustancias potencialmente bioacumulables los metales pesados, el DDT, el lindano, los

compuestos organofosforados, los compuestos que contienen bifenilos policlorados (policloruro de bifenilo o PCBs), el trióxido de antimonio, entre otros.

Preguntas 1. ¿Qué compuestos son considerados bioacumulables? 2. ¿Qué significa el concepto ppm? 3. ¿Qué conceptos o apreciaciones respecto a este tema te gustaría destacar?

“Huella de carbono” . La “huella de carbono” es una herramienta que permite medir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) producidas por personas, procesos de producción, organizaciones, eventos, países, entre otros. Esta información es muy útil, porque permite identificar las conductas o acciones que contribuyen a aumentar las emisiones de GEI y así gestionar mejoras que permitan disminuirlas y hacer un uso más eficiente de los recursos. ¿Qué puedes hacer para disminuir tu “huella de carbono”? Actividades comunes como comer, transportarnos, consumir electricidad o a veces ducharnos más tiempo del necesario son algunas causantes del aumento de la “huella de carbono personal”. Acciones como reciclar, reutilizar los residuos, preferir los envases retornables y productos recargables, y andar en bicicleta disminuirán la generación de GEI y, en consecuencia, el impacto que provocamos en el medioambiente.

8

El impacto del ser humano en el medioambiente puede medirse mediante la “huella de carbono”, que deja en evidencia la cantidad de gases de efecto invernadero producidos por el ser humano

Preguntas 1. ¿Cómo explicarías el impacto que provoca el ser humano en los organismos de un ecosistema? 2. ¿Cómo reducirías el impacto que tú tienes como ser humano sobre el ambiente?, ¿consideras importante realizar esta acción? 3. Propón medidas para disminuir tu “huella de carbono” y la de tus compañeros en el colegio, por ejemplo. 4. Investiga cómo podrías calcular tu huella de carbono. DESCOMPONEDORES DE DISTINTO ORDEN Los organismos descomponedores son los que se sustentan en despojos o desechos que no son utilizados por los animales; permiten que algunos elementos químicos de la materia orgánica vuelvan al ecosistema. Pueden actuar en cualquier nivel trófico. Comprenden a hongos y bacterias. Los organismos detritívoros (también llamados saprófagos) son organismos que se alimentan de los desechos o detritos, de una comunidad (hojas, ramas y troncos de árboles muertos, heces fecales, exoesqueletos, etc.) incluyen a animales como buitres, el cóndor, los cangrejos, las lombrices de tierra, cochinillas de tierra, etc. Se pueden considerar consumidores que utilizan presas muertas en lugar de vivas.

Preguntas 1. Establece las diferencias entre los organismos detritívoros y los descomponedores

FOTOSÍNTESIS De la energía solar que alcanza la superficie de la tierra, un 1% es derivada a los sistemas vivos, a través de la fotosíntesis. En este proceso, la energía lumínica se convierte en energía química y el carbono proveniente de la atmósfera se convierte en moléculas orgánicas. En estas reacciones se gasta agua y se libera oxígeno, que es usado por los organismos heterótrofos. Los cloroplastos son organelos abundantes (50 a 60 por célula), donde se produce la fotosíntesis, distinguiéndose las membranas tilacoidales, donde se encuentran los fotosistemas I y II. El proceso consta de dos partes:

• Fase dependiente de luz o luminosa, en los tilacoides

• Fase independiente de luz u oscura, en el estroma

9

10

Preguntas 1. ¿Qué organismos pueden realizar fotosíntesis? 2. ¿Cuál es la ecuación general de la fotosíntesis? 3. ¿Cuál es el principal pigmento de la fotosíntesis? 4. ¿En qué fase de la fotosíntesis se produce oxígeno? 5. ¿En qué fase de la fotosíntesis se utiliza el CO2? 6. ¿De dónde proviene el oxígeno que se libera en la fotosíntesis? 7. ¿Cuál es la función de la Rubisco? 8. Explica la importancia de la fotosíntesis para los ecosistemas.

11

RESPIRACIÓN CELULAR Las mitocondrias llevan a cabo la respiración celular, proceso en el cual la energía química que se encuentra contenida en las moléculas que constituyen los alimentos es convertida en ATP, principal fuente de energía para el trabajo celular. Características Organelo con doble membrana. Todas las células eucariontes presentan mitocondrias. Función Realizan el proceso de respiración celular para la obtención de ATP.

Preguntas 1. ¿Qué células pueden realizar respiración celular? 2. ¿Cuál es la ecuación general de la respiración celular? 3. Detalla los componentes de una mitocondria. 4. Explica donde ocurren as reacciones químicas. 5. Explica la importancia de la respiración celular. Esquema comparativo de la Fotosíntesis y la respiración celular

Membrana exterior

Membrana interior

Compartimento intermembranas

Matriz

Crestas

12

Actividades de Fotosíntesis I. A continuación, indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F).

II. Indica, de manera secuencial, los procesos de la fase dependiente de luz señalados a continuación: 1. Ocurre la fotólisis del agua. 2. La segunda cadena transportadora de electrones dirige al electrón hacia una enzima que sintetiza NADPH. 3. La clorofila del centro de reacción del fotosistema II es estimulada por un fotón. 4. Se estimula el fotosistema I. 5. La energía lumínica es conducida por el complejo antena hacia el centro de reacción. 6. La primera cadena transportadora de electrones lleva un electrón desde el fotosistema II al fotosistema I, causando esto la síntesis de ATP. El orden secuencial es: ____________________. III. Rotula las siguientes estructuras del cloroplasto.

1. _______________________

2. _______________________

3. _______________________

4. _______________________

5. _______________________

6. _______________________

7. _______________________

1. ___ La fotosíntesis es el proceso mediante el cual ciertos organismos conviertes la energía lumínica en energía química.

2. ___ La fotosíntesis es un proceso anabólico y exergónico. 3. ___ La fotosíntesis transforma sustancias pequeñas e inorgánicas en otras más complejas

y orgánicas. 4. ___ Los azúcares producidos en la fotosíntesis, sirven como componentes estructurales de

otras biomoléculas y también como fuente energética. 5. ___ Los productos de la fotosíntesis se forman a partir de O2 y CO2. 6. ___ Las plantas son los únicos organismos capaces de realizar el proceso fotosintético. 7. ___ En las plantas, la fotosíntesis se lleva a cabo, principalmente, en las hojas. 8. ___ La cutícula de las hojas evita la pérdida de agua por evaporización. 9. ___ Los estomas son organelos en donde se produce el intercambio de gases entre la hoja

y el medio. 10. ___ El cloroplasto es el lugar de la célula donde se lleva a cabo la fotosíntesis. 11. ___ La clorofila se ubica en el estroma de los cloroplastos. 12. ___ Los cloroplastos se caracterizan por ser organelos delimitados por dos membranas y

presentar una molécula de ADN circular.