CIENCIAS NATURALES 6 BÁSICO

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1 CIENCIAS NATURALES 6 BÁSICO FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA Material elaborado por: Patricia Castañeda

2 1. DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD El objetivo de esta Unidad es mostrar la relación entre la entrada de energía a los ecosistemas, a través del proceso fotosintético, y la transferencia de materia y energía entre los eslabones de las cadenas y tramas tróficas, que permiten finalmente ciclar la materia. La producción de materia seca o biomasa de las plantas se logra mediante la síntesis de hidratos de carbonos, que permiten la formación de nuevas ramas, hojas, raíces, etc. Este aumento en la biomasa está íntimamente asociado, entre otros factores, a la producción fotosintética de los organismos autótrofos, sin ellos no podría entrar energía y materia al resto de los eslabones de las tramas tróficas. La existencia de los distintos niveles tróficos en los cuales se han clasificado a los organismos, facilita el reciclaje de la materia. 2. DURACIÓN APROXIMADA 3 semanas. 3. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE 3.1. Explicar a partir de una investigación experimental los requerimientos de agua, dióxido de carbono y energía lumínica para la producción de azúcar y liberación de oxígeno en la fotosíntesis y comunicar sus resultados y comunicar los aportes de científicos en este campo. Explicar Representar, por medio de modelos, la transferencia de energía y materia desde los organismos fotosintéticos a otros seres vivos por medio de cadenas y redes alimentarias en diferentes ecosistemas Analizar los efectos de la actividad humana sobre las redes alimentarias. 4. RECOMENDACIONES METODOLÓGICAS Factores que intervienen en el proceso de fotosíntesis El objetivo de aprendizaje apunta a ejercitar en el alumno/a la capacidad de análisis de algunos experimentos clásicos que permitieron descubrir factores que afectan al proceso fotosintético. El segundo objetivo de aprendizaje, pretende que los alumnos/as conozcan la estructura del cloroplasto, y asocien la distribución de sus membranas con la función que éste cumple. El tercer objetivo de aprendizaje, apunta a asociar la síntesis de hidratos de carbono que ocurre en los organismos autótrofos, con la entrada de la materia y energía a los ecosistemas. 2

3 Cadenas y tramas tróficas en el traspaso de materia y energía en los ecosistemas El primer objetivo de aprendizaje, apunta a que los/as estudiantes aprendan que la energía no se destruye, sólo se conserva, lo que permite que pueda ser transformada. El segundo objetivo de aprendizaje, pretende asociar la idea de transferencia de la materia y energía entre los organismos con las cadenas y tramas tróficas que se generan entre ellos, estableciendo eslabones entre ellos. El tercer objetivo de aprendizaje apunta a reconocer la función de cada uno de los eslabones tróficos y asociarlo con la pérdida de calor entre cada uno de ellos, de modo de valorar el aporte energético que existe en cada traspaso de materia al interior de los ecosistemas. Ciclos de la materia y alteraciones que pueden experimentar por factores externos y por la actividad humana El primer objetivo de aprendizaje pretende que el estudiante identifique las etapas asociadas a los ciclos del agua, del carbono y del oxígeno y asocie la función de los seres vivos en las diferentes etapas. El segundo objetivo de aprendizaje apunta a identificar algunas acciones humanas que afectan el ciclo de la materia. 5. MATERIAL DE AULA GUÍA 1: FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE FOTOSÍNTESIS Esta guía se inicia con preguntas que permiten rescatar algunas ideas que los/as estudiantes pudiesen tener acerca de la fotosíntesis como un proceso que ocurre en organismos autótrofos y que permite la utilización de energía solar como fuente primaria de energía en los ecosistemas. Las preguntas: Has observado por qué todas poseen hojas verdes?, te has preguntado cómo se nutren las plantas y qué relación tiene este proceso con la entrada de energía a los ecosistemas?, pretenden llevar al estudiante a reflexionar qué es lo que les da el color verde a las plantas y la relación de esto con la utilización de energía solar, mediante la fotosíntesis. Sin embargo, no es imperativo que los/as estudiantes den este tipo de respuestas o realicen esta asociaciones, de hecho se pide a continuación que planteen hipótesis y analicen el experimento de Jean Baptiste van Helmont. Las conclusiones apuntan a que el sauce no aumentó a partir de sustancias extraídas del agua o de la tierra solamente. La explicación correcta es que el sauce es un organismo autótrofo capaz de generar su propio alimento o materia orgánica mediante el proceso de fotosíntesis. Aunque sí es cierto que el agua es un elemento indispensable, al igual que los minerales presentes en la tierra, la mayor parte del aumento en peso se explica por la absorción y fijación del CO 2. El dióxido de carbono y el agua son utilizados en la síntesis de azúcares con los que además la planta puede fabricar otros compuestos constitutivos de su propia biomasa. 3

4 La segunda actividad de esta Guía, apunta al análisis del efecto de la luz asociado a la presencia de almidón. Hay que cuidar que la luz llegue a toda la hoja, y dejar bien sellada la figura de cartón sobre ella, de tal manera que el estudiante pueda reconocer almidón sólo en aquella parte de la hoja que recibió luz. Otra forma de realizar esta actividad es dejar una planta a la luz y otra en oscuridad por 24 o 48 horas. Se debe trabajar con la misma especie vegetal y regar ambas plantas con el mismo volumen de agua. Es deseable que los/as estudiantes asocien la presencia de luz con la actividad de los cloroplastos quienes absorben el CO 2 y con la ayuda de la clorofila y el agua lo transforman en hidrato de carbono (glucosa y sacarosa). El agua es esencial para la síntesis de ATP y NADPH 2 y la liberación de oxígeno como producto de la escisión de la molécula de agua. Este proceso ocurre en la membrana tilacoidal de los cloroplastos, por lo tanto, frente a las preguntas Qué ocurriría con la fotosíntesis, si una planta está deshidratada o con estrés hídrico?, la respuesta es que la síntesis de hidratos de carbono se ve disminuida hasta detenerse por completo paralelo a la muerte de la hoja por deshidratación. A continuación se muestran dos esquemas de la síntesis de ATP y NADPH 2 Estos esquemas son para uso exclusivo del docente, no es necesario entrar a explicar a los alumnos/as los detalles de la fotofosforilación oxidativa que ocurre en los tilacoides, pero sí es importante asociar la síntesis de estas moléculas con la presencia de clorofila, de ATP y NADPH 2. La luz es un factor determinante en la tasa fotosintética, así alguien pudiese preguntar las plantas del desierto harán más fotosíntesis al recibir más luz solar? La respuesta es probable que fuese no, ya que las plantas se protegen del exceso de luz y de la temperatura. Uno de los mecanismos mejor estudiados, es la apertura y cierre de los estomas (poros presentes en la hoja), y lo que se ha encontrado es que las plantas cierran los estomas frente a las altas temperaturas, por lo tanto se impide la entrada de CO 2 al interior de los cloroplastos. Así por 4

5 ejemplo, los tamarugos del norte de Chile, mantienen sus estomas cerrados durante todo el día y los abren en las noches. Frente a la pregunta en qué órgano las plantas acumulan la sacarosa y el almidón?, la respuesta es en los tallos como almidón (por ejemplo las papas, los camotes), en los frutos como sacarosa, en las raíces como almidón (por ejemplo, las zanahorias, las betarragas, etc.). GUÍA 2: FLUJO DE MATERIA Y DE ENERGÍA ENTRE LAS TRAMAS TRÓFICAS Esta guía tiene como propósito explicar cómo los organismos obtienen la energía para realizar sus actividades diarias, incluido el dormir. Se espera que los/as estudiantes recuerden que las plantas obtienen su energía desde el sol. La primeras preguntas de esta guía, pretende que los/as estudiantes concluyan que la energía se transfiere pero no se destruye. Pudiese ser que no llegaran a esta conclusión, pero eso no importa, en tanto ellos/as sean capaces de fundamentar sus ideas. En el esquema la fuente de energía primaria es el sol y las flechas representan la unidireccionalidad de la transferencia energética y la otra flecha representa la liberación de calor. Esta es otra idea importante de recalcar en los/as estudiantes, cada vez que hay transferencia de energía hay pérdida de calor. Frente a la pregunta: Para que el árbol de espino produzca abundante leña para fabricar carbón, qué se requiere que ocurra?, la respuesta es mayor crecimiento de ramas, por lo tanto, el árbol debe aumentar su biomasa, cuestión que sólo se logra mediante la fotosíntesis que ocurre gracias a la existencia de energía solar. Esta energía solar es utilizada finalmente en la síntesis de moléculas orgánicas (hidratos de carbono), por lo tanto la energía queda en la biomasa del árbol, es decir, en su materia seca: ramas, raíces, hojas, frutos, semillas; en todo aquellas estructuras que el árbol va formando a lo largo de su vida. La actividad 1, permite identificar una cadena trófica, con los eslabones de productores y consumidores. En ella no se muestran a los descomponedores (bacterias y hongos). En toda cadena o trama trófica, siempre existen los descomponedores, quienes serán los que finalmente se nutran del último consumidor. En esta actividad se introduce además el concepto de herbívoro y carnívoro. La actividad 2, consulta por Quién representa un consumidor terciario? La respuesta a esta pregunta es el zorro, quien es el penúltimo eslabón en esta cadena trófica. La imagen representa una cadena y no una trama, puesto que no se muestra más de un consumidor para cada uno de los animales que aparecen en la figura. En las tramas tróficas existe más de un depredador por animal. Frente a la pregunta qué papel cumplen los descomponedores en el ecosistema? y por qué se dice que la materia y la energía fluyen de un nivel trófico a otro?, la respuesta es que son precisamente los descomponedores quienes facilitan el reciclaje de la materia. Las bacterias desnitrificantes, por ejemplo, devuelven el nitrógeno al suelo, el cual es nuevamente utilizado por las plantas. 5

6 GUÍA 3: CICLO DE LA MATERIA El objetivo de esta guía es poder relacionar los ciclos de materia con la idea que la energía y la materia no se destruyen solo se transforman. La guía comienza con preguntas tales como por qué el agua no se termina en nuestro planeta?, o por qué siempre hay oxígeno para respirar?; si bien hoy día sabemos que el agua dulce es cada vez más escasa, las moléculas de agua como tal, siguen existiendo en el planeta, gracias a que la molécula de agua cicla. Lo mismo ocurre con la molécula de oxígeno (O 2 ). La primera actividad, tiene por objetivo, verificar el ciclo del agua. El cambio de estado entre líquido, sólido y gaseoso, se logra mediante los cambios de temperatura. Así, el agua en estado líquido tendrá aproximadamente la misma temperatura que el ambiente (dependiendo del volumen de agua y si está o no a la sombra o al sol); sin embrago, para transformarse en hielo requiere adquirir 0ºC de temperatura y para pasar a estado gaseoso requiere adquirir 100ºC de temperatura. Para que el agua se pueda condensar, es decir, pasar de estado gaseoso a líquido requiere exponerse a temperaturas más bajas de la que ésta posee en el ambiente en que se encuentra; es decir, el gas se debe enfriar. Así por ejemplo, el agua en estado de vapor que se encuentra al interior de una habitación, al ponerse en contacto con una ventana de vidrio muy fría pasa a estado líquido. Las preguntas relacionadas con el ciclo del agua, como En qué estado se presenta el agua en los glaciares y qué importancia tienen éstos en el planeta? Existen glaciares en Chile? Dónde están? Apuntan a que los/as estudiantes tomen conciencia que las reservas de agua dulce en la tierra están en los glaciares, éstos se encuentran en diferentes zonas de la cordillera de los Andes, desde el Altiplano en donde son pequeños y escasos hasta la Patagonia, en donde son más abundantes y de mayor extensión. Las preguntas: Dónde va el agua de las alcantarillas? Esta agua se evapora?, Qué ventajas para la vida, proporciona el fenómeno de filtración del agua?, intentan mostrar a los/as estudiantes que el agua utilizada en las ciudades es procesada, filtrada, descontaminada y se vuelve a reutilizar. Esta tarea es la que llevan a cabo las empresas de agua potable. Sin embargo, en los campos, se utiliza agua de noria o de vertientes, las cuales son filtradas por mecanismos naturales al pasar de un nivel edáfico a otro (se filtra en cada nivel del suelo a través del cual fluye). Una pregunta que promueve no sólo la reflexión sino además la aplicación de conocimiento es, el agua del mar no se evapora por la presencia de sal?, la respuesta a esta pregunta es que el agua de mar sí se evapora, pero la sal ayuda a retener la molécula de agua que se encuentra solvatando a la molécula de NaCl (sal); es decir, la sal de mar ayuda a que no exista tanta evaporación; a pesar que por el volumen de los mares y océanos este fenómeno no se note. Por último, en esta parte de la guía se pregunta Qué ventaja representan los bosques en el ciclo del agua?, En qué zonas de Chile existen bosques? Los bosques ayudan a retener en el 6

7 suelo el agua dulce que cae de las lluvias. Las raíces facilitan la percolación del agua, es decir, que ésta drene hacia las profundidades de la tierra y pase a formar parte de las capas freáticas del suelo (lugares donde hay agua dulce). Así la tala indiscriminada de bosques afecta al ciclo del agua. Cuando hablamos de bosques chilenos, normalmente se piensa en los bosques, sin embargo, en la zona central existen los bosques mediterráneos y el norte del país existieron alguna vez bosques de tamarugos y algarrobos. El porcentaje de agua dulce en el planeta no supera el 3,5% y los mares y océanos representan el 96,5% de ahí la necesidad imperativa de cuidar y proteger los bosques. Visite: En la segunda actividad de esta guía, se pregunta Quiénes aportan CO 2 a la atmósfera?, Mediante que proceso el CO 2 es incorporado a las cadenas tróficas? y Qué importancia tienen los bosques en la regulación del CO 2 atmosférico? El CO 2 es aportado no sólo a través de la respiración de plantas y animales (o cualquier organismo aeróbico, es decir, que respira oxígeno) sino también a través de la combustión que ocurre en las fábricas, en la quema de cualquier combustible (leña, carbón, gasolina, petróleo, etc.). Los niveles de este gas son regulados por los bosques y las algas, a través de la fotosíntesis que permite la entrada de materia y energía a los ecosistemas a través de las tramas tróficas. Por último en esta actividad se pregunta Qué relación existe entre el CO 2 y el efecto invernadero? El aumento en la combustión hace que aumenten los niveles de dióxido de carbono y con ello no se permita la salida de calor desde la superficie de la tierra, de ahí el nombre de invernadero porque este gas, junto a otros, forman una capa que mantiene el calor, cuestión que es fenómeno natural y deseable que así ocurra para mantener la vida. Sin embargo, cuando este gas aumenta en forma excesiva se produce un excesivo impedimento de la salida del calor hacia el resto de la atmósfera, lo cual trae como consecuencia un alza en la temperatura ambiental. La tercera actividad de esta guía consulta cómo podría alterarse el ciclo del oxígeno? Una respuesta posible es talando grandes extensiones de bosques quienes aportan oxígeno a la atmósfera. A nivel de un ecosistema por ejemplo, el ciclo del oxígeno podría verse afectado cuando en un lago crece en forma desmedida un alga que impide la entrada de luz solar a las capas más profundas del lago. Así, las algas submarinas verán impedida la realización de fotosíntesis y por consecuencia disminuirá el oxígeno que ellas aportan al medio. El objetivo más importante de esta Unidad es que los/as estudiantes relacionen el proceso fotosintético con la entrada de materia y energía a los ecosistemas y con la facilitación que realizan los descomponedores en el ciclo de la materia. 6. MATERIAL COMPLEMENTARIO 1. Se sugiere al o la docente usar recursos audiovisuales disponibles en la web, como los que se hallan en la página Se citan a continuación algunos recursos que le pueden ayudar a trabajar los contenidos 7

8 asociados a los efectos de la actividad humana sobre las redes alimentarias que se plantean en las Bases Curriculares: Video Capítulo 3 Pioneros del medio ambiente contra la contaminación del aire, Video Formando cultura ambiental, Video Defensa de las costas chilenas, Video Basura y Reciclaje, 2. Se sugiere que antes de ver el video le haga preguntas a los y las estudiantes que les ayuden a centrarse en los contenidos centrales del recurso y de los objetivos de aprendizaje. De espacio para que los estudiantes puedan expresar sus ideas y concepciones previas relativas a la temática antes de comenzar. Recuérdeles que es importante que: Acepten todas las ideas sin burlarse o criticar Reconozcan que todas las opiniones son valiosas Entiendan que el error forma parte del aprendizaje 3. Estos recursos también pueden ser utilizados para ser trabajados en pequeños grupos de discusión guidada. 8