SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL: Cadenas y tramas alimentarias. Ciclos biogeoquímicos

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1 SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL: Cadenas y tramas alimentarias. Ciclos biogeoquímicos SGUICES028CB31-A16V1

2 SOLUCIONARIO GUÍA Cadenas y tramas alimentarias. Ciclos biogeoquímicos Ítem Alternativa Habilidad 1. E Comprensión 2. D Comprensión 3. E Comprensión 4. C Aplicación 5. D Comprensión 6. A Comprensión 7. B Comprensión 8. E ASE 9. D Comprensión 10. A Reconocimiento 11. B ASE 12. D Comprensión 13. E Reconocimiento 14. D ASE 15. E Comprensión 16. B ASE 17. D Comprensión 18. D Comprensión 19. C Reconocimiento 20. D ASE 21. B Comprensión 22. B Reconocimiento 23. D Reconocimiento 24. E ASE 25. D Reconocimiento

3 Ítem Alternativa Defensa 1. E El ecosistema es una unidad autosuficiente, pero para ello debe mantener un suministro continuo de energía, la que es proporcionada por el sol. 2. D La pirámide de número representa la abundancia (número de individuos) en cada nivel trófico, ubicándose los productores en la base. Por lo tanto, tendrá una base más ancha que el resto de los escalones cuando los productores son de pequeño o mediano tamaño (Ej.: fitoplancton, pasto, maíz, etc.), de forma tal que son más numerosos que los consumidores primarios. Sin embargo, cuando el productor es de gran tamaño, como los árboles, habrá pocos individuos, en relación con los consumidores, de forma tal que la pirámide de número se puede invertir (opción I correcta). Así, los productores no siempre son más numerosos que los consumidores. Un ejemplo de ello son los grandes árboles, que albergan a un gran número de organismos consumidores, como insectos y aves (opción III incorrecta). A diferencia de la pirámide de número, la de energía no se puede invertir, ya que la energía captada desde el Sol siempre va disminuyendo a medida que fluye desde los productores a

4 los consumidores. Esto se debe a que los traspasos de energía no son 100% eficientes y cada nivel ocupa una fracción de energía para su propio metabolismo. Por lo tanto, la pirámide de energía siempre es de base más amplia que los niveles siguientes, es decir, tiene forma de pirámide real (opción II correcta). 3. E De acuerdo con las leyes de la termodinámica, cada traspaso energético implica una pérdida de energía, y por ello es que una cadena alimentaria tiene un número limitado de eslabones (4 o 5) (opción I correcta). En relación con lo anterior, a medida que se avanza en la cadena, cada nivel trófico dispone de una menor fracción de la energía inicialmente disponible en el ecosistema, debido a las pérdidas asociadas a los traspasos y a la utilización de una parte de la energía para cumplir con los requerimientos metabólicos de cada nivel (opción II correcta). Esta misma situación determina que el número de individuos de los niveles más altos tienda a ser menor, de lo contrario la demanda por recursos de estos eslabones no podría ser satisfecha. La forma piramidal de la cadena alimentaria permite que se mantenga un equilibrio en el ecosistema (opción III correcta). 4. C Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. De acuerdo al enunciado, la fórmula para calcular la productividad primaria bruta (PPB) es: PPB = energía (Kcal) área (m 2 ) tiempo Los datos entregados en el enunciado son: Energía = Kcal Área = 3000 m 2 Tiempo = 1 año Reemplazando estos valores en la fórmula anterior, tenemos: PPB = Kcal m 2 1 año PPB = Kcal/m 2 año Es decir, se producen Kcal por metro cuadrado al año. 5. D La frase citada no es correcta desde el punto de vista del flujo de energía en el ecosistema, ya que cualquier cadena

5 alimentaria no puede tener infinitos eslabones (opción I correcta). Esto se debe a que la energía se va perdiendo en cada traspaso, lo que hace que se limite el número de eslabones (opción II correcta), aunque se trate de parásitos (opción III incorrecta). 6. A El segundo principio de la termodinámica establece que los traspasos de energía no son 100% eficientes, sino que parte de esta se pierde en forma de calor en cada traspaso. De acuerdo a esto, en una cadena alimentaria, cada traspaso de energía de un nivel a otro irá asociado a la pérdida de una parte de esa energía en forma de calor, que se libera al ambiente, y que no puede ser aprovechado por el nivel siguiente. Por ello no puede tener infinitos eslabones o traspasos de energía, ya que la pérdida gradual de energía como calor y como gasto para el propio metabolismo del ser vivo hace que la energía disponible para el nivel siguiente sea menor (alternativa A correcta). Esto muestra que las leyes físicas, y en particular las de la termodinámica, son aplicables a fenómenos biológicos (alternativa C incorrecta). Si bien lo señalado en las alternativas B y D es correcto, las afirmaciones hacen referencia al primer principio de la termodinámica o ley de conservación de la energía. La energía es transmitida de un eslabón a otro de la cadena alimentaria en forma de energía química y, de acuerdo al segundo principio de la termodinámica, en el traspaso, una parte de la energía se disipa al ambiente en forma de calor no aprovechable por el nivel trófico siguiente (E incorrecta). 7. B El hecho de que el DDT sea liposoluble y de larga vida media hace que su uso sea peligroso, ya que se deposita en el tejido adiposo de los organismos, que luego son consumidos por otros organismos, produciendo una bioacumulación del compuesto a través de la cadena trófica. Esto hace que las concentraciones a las que están expuestos los depredadores superiores sean mucho mayores que las aplicadas en un principio.

6 8. E La pirámide energética se basa en el hecho de que los traspasos energéticos no son 100% eficientes, sino que parte de la energía se pierde como calor y otra parte se gasta para mantener los procesos metabólicos de los individuos. Por ello, en cada nivel es menos la energía que va quedando disponible (opción I correcta). Esto limita el número de eslabones que puede presentar una cadena alimentaria, ya que eventualmente la energía es insuficiente para sostener un nuevo eslabón (opción II correcta). Los productores son los que incorporan la energía a la trama trófica, determinando la cantidad inicial de energía disponible para todos los organismos del ecosistema, por lo tanto, son los organismos que sostienen energéticamente al ecosistema (opción III correcta).

7 9. D Los descomponedores son esenciales, porque permiten que los restos orgánicos se transformen en sustancias inorgánicas sencillas, que luego son tomadas por los productores para ser transformadas en materia orgánica. Los consumidores no son indispensables en esta secuencia, ya que los mismos vegetales son capaces de realizar respiración celular y complementar la fotosíntesis. 10. A Los productores representan el nivel trófico que incorpora la energía al ecosistema y que produce biomasa a partir de sustancias inorgánicas. De esta forma son el sustento, en términos de materia orgánica y energía, del resto de los niveles tróficos. Debido a ello, en una pirámide de biomasa ocupan la base. Si bien es cierto que ningún organismo tiene la capacidad de aprovechar 100% la energía, los productores son los que aprovechan mayor porcentaje de la energía inicialmente disponible en el ecosistema, ya que captan esta energía desde fuentes inorgánicas y luego en cada traspaso se pierde una fracción importante. Esta energía es almacenada en la biomasa producida en cada nivel, por lo que los productores son también los que tienen mayor capacidad de sintetizar biomasa. 11. B La productividad se puede definir como la velocidad a la que es fijada la energía en forma de materia orgánica. De acuerdo al gráfico, tanto la energía total asimilada (productividad bruta) como la energía que queda al descontar la respiración (productividad neta) es mayor en vegetales, por lo que se puede afirmar que estos tienen mayor productividad (alternativa A incorrecta). La fracción de la energía que se usa en la respiración celular corresponde a lo que los organismos consumen para mantener

8 sus requerimientos metabólicos, mientras que la productividad neta representa la fracción que se fija como biomasa y que está disponible para los niveles siguientes. Comparando los valores de productividad neta y respiración en cada eslabón, se puede apreciar que el de la respiración es mayor para todos los eslabones (alternativa E incorrecta). Este proceso de respiración celular lleva asociada una pérdida de energía en forma de calor, por lo tanto del total de energía asimilada (productividad bruta), la mayor parte se disipa en forma de calor (alternativa B correcta). Dicho calor es liberado al ambiente y no puede ser aprovechada para sostener los procesos metabólicos de los organismos (alternativa D incorrecta). La energía que se transfiere al próximo nivel trófico proviene de la productividad neta (materia orgánica) y no de la respiración (alternativa C incorrecta). 12. D En esta trama trófica el pasto representa el nivel de productores, ya que corresponde a un organismo autótrofo; los caracoles son consumidores primarios, al igual que los ácaros oribátidos, colémbolos, grillos y milpiés (opción III incorrecta). Los ácaros depredadores se encuentran en el tercer nivel trófico (consumidores secundarios), al igual que los escarabajos, pero estos últimos ocupan más de un nivel trófico, el tercero, cuarto y quinto nivel (opciones I y II correctas). 13. E La energía fluye en el ecosistema de forma unidireccional, desde los productores a los consumidores (opción I correcta). En cambio, la materia fluye de forma cíclica, desde los productores a los consumidores y de vuelta a los productores gracias a la acción de los descomponedores que utilizan la materia orgánica en descomposición, liberando materia inorgánica que será utilizada por los productores, reutilizando de esta forma la materia (opción II correcta). La utilización de la energía nunca es totalmente eficiente, solo una parte de la energía disponible en cada nivel es captada por el siguiente y el estudio de diversas comunidades indica que la transferencia neta de energía entre los niveles tróficos corresponde aproximadamente al 10 %. Esta ineficiencia en la transferencia de energía entre los niveles tróficos se conoce como la ley del diez por ciento (opción III correcta).

9 14. D La pirámide ecológica de número, representa la cantidad de organismos que contiene cada nivel trófico en una comunidad. Por lo general, el número de productores presentes es significativamente mayor que el de herbívoros y carnívoros, lo que determina una pirámide de número con una gran base (muchos productores), que va disminuyendo a medida que avanzan los niveles tróficos. No obstante, también puede darse el caso de que la pirámide sea invertida, como la que se muestra en la figura. Esto sucede cuando entran a formar parte de la cadena trófica pequeños consumidores herbívoros, como los insectos, por ejemplo, y grandes productores, como árboles, de modo que un solo árbol proporciona alimento a numerosos consumidores (opción II incorrecta), que se alimentan de frutos y hojas. En todos estos casos, el número de consumidores es superior al de productores (opción III correcta). En este caso el número de productores es bajo pero su rendimiento fotosintético es alto, pues permite el sustento del resto de los niveles tróficos (opción I correcta). 15. E La red trófica representada tiene como productores a los organismos 1, 2, 3 y 4 (opción II correcta); y como consumidores primarios a los organismos 5, 6 y 7 (opción III correcta). El organismo 10 se alimenta de productores (3), consumidores primarios (5) y consumidores secundarios (9), por lo que ocupa más de un nivel trófico, representando a un consumidor primario, secundario y terciario, respectivamente. Dado que los descomponedores obtienen materia y energía de los restos de diversos organismos, 10 podría corresponder a uno, pero no se puede afirmar solo a partir de la información de la cadena, pues también podría corresponder a un consumidor (opción I incorrecta).

10 16. B El fenómeno en que una sustancia tóxica se acumula en concentraciones cada vez más altas en los niveles tróficos superiores de una cadena alimentaria se llama amplificación biológica o bioacumulación. Estas sustancias, por lo general metales pesados, son difíciles de eliminar por los organismos, porque son poco solubles en agua y tienden a acumularse en sus tejidos. Cuando los organismos van siendo comidos unos por otros, el contaminante se va acumulando en mayores proporciones en los tramos finales de la cadena trófica, lo que se observa en la tabla presentada (opción II correcta). De esta forma una sustancia tóxica que se encuentra en concentraciones muy bajas, nada peligrosas, en las aguas de un lago, río o mar, termina estando en concentraciones decenas o cientos de veces más altas en los tejidos de los animales, como aves rapaces, peces o mamíferos depredadores que están situados en lo más alto de la cadena trófica (opción I incorrecta). En la tabla se puede apreciar que el contaminante se encuentra presente tanto en elementos bióticos (gaviotas, plantas acuáticas, peces) como abióticos (agua, fondo del lago) del ambiente (opción III incorrecta), aunque en estos últimos está en menor concentración.

11 17. D Los niveles tróficos están formados por los productores, consumidores y descomponedores. Los productores, también llamados autótrofos, son organismos que tienen la capacidad de transformar las sustancias inorgánicas en materia orgánica, asimilando energía solar e incorporándola al ecosistema. La energía que captan determina la masa de organismos vivos (biomasa) que puede sustentar el ecosistema (opción II correcta). Los consumidores se alimentan de sustancias orgánicas ya elaboradas por otros organismos, por lo tanto son heterótrofos. Se pueden clasificar en consumidores primarios o de primer orden, que son herbívoros, y consumidores secundarios, terciarios y cuaternarios, que son carnívoros. Los quimiosintetizadores son organismos autótrofos, que utilizan la energía de ciertos compuestos químicos inorgánicos para producir materia orgánica, por lo que corresponden a productores (opción I incorrecta). Los descomponedores, representados por bacterias, hongos y detritívoros, tienen un rol primordial en el ciclo de la materia porque "cierran" las cadenas tróficas en ciclos, posibilitando que la materia orgánica se transforme en inorgánica y pueda ser captada por los productores (opción III correcta). 18. D Las pirámides de energía representan la cantidad total de energía disponible para cada nivel trófico (opción III correcta) y el flujo de esta de un nivel a otro. Una pirámide de energía tiene siempre forma de pirámide real, ya que la cantidad total de energía disponible para la utilización en las capas superiores es menor que la energía disponible en los niveles inferiores. Esto sucede debido a que durante la transferencia de energía de menor a mayor nivel, un poco de energía siempre se libera en

12 forma de calor y otro porcentaje es ocupado por el metabolismo de los organismos de cada nivel trófico (opción I correcta; opción II incorrecta). 19. C Los ciclos biogeoquímicos contemplan los intercambios que se producen entre formas vivas y no vivas de los distintos elementos químicos que forman parte de la biósfera.

13 20. D La escorrentía se refiere a los diversos medios por los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno o de modo subsuperficial, por lo que se puede asociar al fenómeno 3 (alternativa A incorrecta). En la etapa 4 se produce la evaporación de aguas superficiales (alternativa B incorrecta), lo que le permite dejar atrás muchos de sus contaminantes (alternativa D correcta). Este proceso involucra la evaporación y el posterior enfriamiento del aire humedecido, con la consiguiente formación de las nubes. El enfriamiento lleva a la condensación del vapor de agua contenido en las nubes (proceso 1), lo que eventualmente produce las precipitaciones, como se muestra en el proceso 2 (alternativa C incorrecta). Por lo tanto, a etapa 2 corresponde al proceso de precipitación, en donde el agua contenida en las nubes cae hacia la superficie terrestre. La percolación se refiere al paso lento de fluidos a través de los materiales porosos, como ocurre en la lixiviación o la infiltración. Es un proceso que, en la caso del ciclo del agua, sucede en la superficie; en este caso está relacionado con la etapa 3.

14 21. B Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. La trama trófica que se presenta en la imagen, muestra que el roble es el productor y sirve de alimento al lirón y a al ciervo volante en estado larvario. A su vez, el lirón es consumido por el zorro rojo y las larvas de ciervo volante por el ruiseñor y el herrerillo común. Estas dos especies de ave son consumidas por el gavilán. Como señala el enunciado, el rol de cada especie en el ecosistema es muy importante y tiene efectos sobre las demás especies de la comunidad. Si bien algunos organismos pueden ocupar más de un nivel trófico, los consumidores no pueden ocupar el rol de productores en ausencia de estos, ya que carecen de la capacidad de fijar la energía y sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas, es decir, no son autótrofos. Por lo tanto, si no existiese el roble, sería necesario que otro organismo autótrofo sustituyera su rol como productor y no podrían hacerlo los organismos heterótrofos (consumidores) (A incorrecta). El efecto de una especie sobre otras no se limita a las que están directamente relacionadas con ellas en términos tróficos, sino que también puede propagarse a través de la trama trófica, afectando a especies que no se alimentan o son comidas por ella. Por ejemplo, si el gavilán se extinguera, el herrerillo y el ruiseñor probablemente aumentarían su abundancia, debido a la ausencia de un depredador. Esto aumentaría sus requerimientos de alimentos, afectando negativamente al ciervo volante, cuyas larvas serían consumidas en mayor medida, disminuyendo la abundancia de este insecto (C incorrecta), de modo que a pesar de que el gavilán no se alimenta del ciervo volante ni le sirve de alimento, las variaciones de su abundancia también afectan al insecto (B correcta). Debido a que el zorro rojo se alimenta del lirón, si se elimina al primero, disminuiría la mortalidad del segundo y sería esperable que su abundancia aumentara (D incorrecta). Como el gavilán se alimenta tanto de herrerillos como de ruiseñores, la extinción del segundo no dejaría sin alimento al gavilán (E incorrecta), pero probablemente provocaría una disminución de la abundancia de herrerillos, debido a que el gavilán solo se alimentaría de esta especie. 22. B Aunque los organismos fotosintetizadores son capaces de absorber toneladas de CO 2 del ambiente eficientemente, el uso de combustibles fósiles ha superado su capacidad de contrarrestar el aumento de los niveles de CO 2, superando su capacidad de regulación (opción II correcta; I incorrecta). Además la actividad humana ha provocado deforestación, lo que significa una menor capacidad fotosintética a nivel global. El efecto invernadero es producido por el incremento de los

15 gases de efecto invernadero en la atmósfera, especialmente el CO 2, y no por las partículas de polvo en suspensión (opción III incorrecta). 23. D La fijación del nitrógeno es principalmente biológica, y no por la acción de los relámpagos. Estos pueden producir en menor medida la fijación espontánea del nitrógeno atmosférico en la biósfera, ya que la energía que desprende un relámpago rompe moléculas de nitrógeno y permite que se combine con oxígeno, formando óxidos de nitrógeno. La mayor parte del tiempo, son las bacterias fijadoras de nitrógeno las que producen amonio a partir de N 2 atmosférico, incorporándolo al suelo (E correcta), y luego las bacterias nitrificantes realizan la transformación del amonio a nitrito y a nitrato, molécula que puede ser asimilada por las plantas (B y C correctas; D incorrecta). El principal reservorio de nitrógeno es la litósfera, pero dicho nitrógeno tiene escasa participación en el ciclo, ya que se encuentra en formas no disponibles. De las fuentes de nitrógeno disponible, la atmósfera, que contiene 78% de nitrógeno, representa la principal (A correcta). 24. E El fósforo no forma compuestos volátiles, por lo que no pasa de los océanos a la atmósfera y de esta a la tierra. Como se muestra en el esquema, las plantas incorporan este elemento en forma de fosfato, que se encuentra en el suelo, y el fitoplancton lo incorpora a partir de compuestos disueltos en el agua (opción I incorrecta). El fósforo presente en el mar pasa a los ecosistemas terrestres a través de las aves, cuando ellas se alimentan de organismos marinos y posteriormente lo regresan a la tierra en el guano (excremento de las aves). Además el fósforo vuelve al suelo y a los océanos a través de los restos de organismos muertos y sus procesos de descomposición (opción III correcta). Puede pasar

16 también a través del levantamiento geológico (opción II correcta) de los sedimentos oceánicos a tierra firme (en miles de años) y por último, a través de la explotación del hombre en las rocas con fosfato. 25. D Las bacterias son los organismos que principalmente están a cargo de la descomposición, tanto animal como vegetal, de manera que los constituyentes de esta materia vuelven a circular.