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 GUÍA 1. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE FOTOSINTESIS En el reino vegetal existen plantas tanto terrestres como acuáticas. Algunos ejemplos de plantas acuáticas comunes son los juncos, los nenúfares como los de la imagen, o las elodeas que son tan comunes en los acuarios. 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? Probablemente algunos pensarán que las plantas extraen nutrientes o se alimentan de la tierra ; esta hipótesis era la que se planteaba en la época de Aristóteles; sin embargo después de casi 20 siglos, aproximadamente en 1600 Jean Baptiste van Helmont, médico y alquimista belga, planteó otra hipótesis; él razonó así: Si las plantas se alimentan tragando tierra entonces, al cabo de un tiempo si tengo una planta en un macetero, ésta aumentará de peso y disminuirá el de la tierra. a. Qué diseño experimental podría servir para responder esta pregunta? b. Propone un experimento y coméntalo con tus compañeros. c. Fundamenta por qué el experimento que has propuesto serviría para probar tu hipótesis 2

3 1 Análisis del experimento de Van Helmont El experimento consistió en plantar un pequeño sauce en una maceta. Van Helmont pesó el sauce y la tierra que había en la maceta. Regó rigurosamente y con abundante agua el sauce durante 5 años. Luego, volvió a pesar al sauce y la tierra. El sauce había incrementado su peso en 73,85 kg, mientras que la tierra había disminuido muy poco su peso. a. Qué pudo concluir Van Helmont? b. Por qué crees tú que la tierra disminuyó tan pocos gramos en 5 años? c. Cómo la planta pudo formar tantas ramas y hojas? De dónde obtuvo la energía para realizar este crecimiento? Probablemente habrás concluido que la planta no pudo haber obtenido la energía necesaria desde la tierra para formar a lo largo de 5 años sus ramas y hojas. También concordarás que las plantas no se alimentan de otros seres vivos. De dónde obtienen entonces, la energía para formar ramas, hojas y raíces? 3

4 Te invitamos a realizar el siguiente experimento: 2 Obtención de energía para crecer y desarrollarse Necesitarás: 1 hoja verde a pleno sol (ojalá unida a la planta) 1 cartón negro con una letra recortada Lugol Gotario Recorta una letra en el cartón negro, tal como se muestra en el esquema y colócalo sobre la hoja durante 48h a plena luz. Luego saca la hoja y desprende el cartón de su superficie y ensaya en ella el test del lugol. a. En qué parte de la hoja hubo reacción positiva con el lugol? b. Por qué crees tú que hubo reacción positiva en esas partes y no en otras? c. Cómo podrías demostrar que el factor que tú señalas como responsable, de la ausencia de reacción positiva frente al lugol, efectivamente lo es? Propone un experimento al respecto. La luz proveniente del sol está compuesta de muchas ondas que a nuestros ojos representan diferentes colores, y las plantas son uno de los pocos organismos capaces de utilizar gran parte de esta gama de colores. Para lograr hacer uso de la luz, las plantas poseen pigmentos específicos. Uno de ellos es la clorofila, que se localiza en los cloroplastos de las hojas y tallos jóvenes. Por lo tanto la luz es un factor determinante en la obtención de energía luminosa. 4

5 La molécula de clorofila se localiza al interior de los cloroplastos, organelos exclusivos de las plantas. En estos organelos ocurre la absorción de la luz solar efectuada por la clorofila y luego esta energía luminosa es transformada en energía química, que queda atrapada en los enlaces químicos de la molécula de glucosa. Este proceso se conoce como fotosíntesis. La luz permite que la clorofila junto con otras moléculas presentes en los cloroplastos, sinteticen (fabriquen) dos moléculas esenciales para la síntesis de glucosa, como son el ATP y el NADPH. Sin estas moléculas el cloroplasto no podría formar sacarosa o glucosa. Las plantas acumulan la glucosa en forma de almidón, es decir, el almidón está formado por muchas moléculas de glucosa. a. Qué ocurriría con la fotosíntesis, si una planta está deshidratada o con estrés hídrico? b. Las plantas del desierto harán más fotosíntesis al recibir más luz solar? Plantea una hipótesis y discútela con tus compañeros c. En qué órgano las plantas acumulan la sacarosa y el almidón? Cómo habrás aprendido, la fotosíntesis está regulada por diversos factores ambientales, y gracias a ella existe vida en el planeta. Tanto los animales como los seres humanos, nos alimentamos de los órganos en los cuales las plantas acumulan los hidratos de carbono (sacarosa o almidón), es por esto que somos heterótrofos (nos alimentamos de otro). Las plantas, en cambio, son organismos autótrofos (auto= a si mismo; trofo= alimento) capaces de utilizar directamente la energía solar y transformarla, permitiendo así le entrada de ésta a otros eslabones del ecosistema. 5

6 GUÍA 2. FLUJO DE MATERIA Y DE ENERGIA ENTRE LAS TRAMAS TRÓFICAS Te has preguntado de dónde obtenemos la energía para realizar las distintas actividades diarias? De dónde obtiene la energía un animal, un pez, un ave, una bacteria, un insecto? Y una planta, de dónde obtiene la energía? Seguramente recordarás que las plantas y las algas son capaces de utilizar la energía solar para sintetizar (fabricar) hidratos de carbono, como el almidón y la sacarosa, los que son utilizados por cada una de sus células para la obtención de energía, entendiendo por energía la capacidad para realizar un trabajo, una actividad. Así, las plantas y las algas pueden crecer, reproducirse y realizar todas sus actividades. Los animales en cambio, son heterótrofos. Cuando hablamos de energía debemos considerar dos cuestiones importantes. Veamos cuáles son estas dos consideraciones que siempre debemos tener presente: a. Quién representa la fuente de energía primaria en este esquema? b. Qué representan ambas flechas? c. Para que el árbol de espino produzca abundante leña para fabricar carbón, qué se requiere que ocurra? Menciona algunas condiciones. d. La energía que emana del carbón desaparece? e. Cuáles serían tus dos conclusiones más importantes extraídas del análisis de esta figura? Discute éstas con tus compañeros. 6

7 Como podrás haber concluido, el sol es la fuente que entrega energía a las plantas quienes la transforman en energía química que queda en los hidratos de carbono (almidón y sacarosa) que la planta sintetiza gracias a la energía solar. La energía presente en los hidratos de carbono permite a las plantas crecer y formar nuevas ramas, es decir, formar materia seca que se transformará finalmente en carbón. En cada uno de los eslabones del esquema mostrado, se observa la liberación de energía en forma de calor, el cual es aprovechado al máximo cuando se quema el carbón y nos calentamos. Cada ser vivo obtiene materia y energía en forma variada. A continuación analizaremos cómo ocurre esto entre los seres vivos que habitan ecosistemas diferentes, ya sean marítimos o terrestres. 1 Observa el esquema y responde: a. Qué representan las flechas de este esquema? b. De qué se alimenta el insecto? c. Quién come al insecto y quién come al sapo? d. Hay algún ser vivo que pueda alimentarse del águila? e. Cómo se llaman los animales que se alimentan de plantas y aquellos que se alimentan de carnes? Los seres vivos, al interior de un determinado ecosistema se agrupan en niveles tróficos (trofo=alimento). Existen diferentes niveles tróficos dependiendo del eslabón que cada uno de éstos ocupe. Analicemos esto a continuación: Niveles tróficos Productores: pertenecen a este eslabón las plantas, las algas y algunas bacterias (cianobacterias). Todos estos organismos son autótrofos, fotosintéticos, es decir, sintetizan a partir de materia inorgánica como el CO 2 y el H 2 O, hidratos de carbono (almidón y sacarosa) utilizando para ello la energía solar. 7

8 Consumidores: pertenecen a este eslabón todos los organismos heterótrofos; es decir, organismos que se alimentan de otro ser vivo. Existen dos tipos de consumidores: los herbívoros o consumidores primarios, y los carnívoros o consumidores secundarios. Descomponedores: pertenecen a este eslabón todos los organismos que se alimentan de restos de otro organismo muerto o en descomposición. Los descomponedores cumplen la función de transformar la materia orgánica presente en los seres vivos (proteínas, hidratos de carbono, lípidos), en materia inorgánica (CO 2, Nitrógeno, Fósforo, etc.). Entre los organismos descomponedores se encuentran los hongos y muchas bacterias. La relación alimenticia lineal entre un eslabón y otro forma una cadena trófica; sin embargo, en la naturaleza lo más común es que se formen tramas o redes tróficas que son conjuntos de cadenas interconectadas en un ecosistema. 8

9 2 Observa el esquema y responde: a. Quién representa un consumidor terciario? b. El esquema representa una trama o una cadena trófica? Fundamenta tu respuesta. c. Qué papel cumplen los descomponedores en el ecosistema? d. Por qué se dice que la materia y la energía fluyen de un nivel trófico a otro? A veces existen plagas de roedores que llegan a las grandes ciudades desde lugares aledaños; esto normalmente se debe a la ausencia de sus depredadores naturales como las lechuzas y las águilas. Es por esta razón que la caza de aves debe ser prudente y ojala no existir, ya que las poblaciones naturales poseen mecanismos que les permiten regular su tamaño. Cada vez que interviene el hombre consumiendo en forma desmedida un determinado organismo, se produce un desequilibrio en las cadenas o tramas tróficas. Flujo de Energía en el ecosistema Dado que la energía entra a los ecosistemas mediante la absorción fotosintética, es que la energía fluye en forma lineal desde los productores a los consumidores y de éstos a los descomponedores; es decir, se traspasa de un individuo a otro en las cadenas o tramas tróficas. Cada vez que nos alimentamos de verduras, legumbres, frutas, el aporte energético es mucho más alto que cuando nos alimentamos de carne de animales herbívoros o carnívoros, como son algunos peces o mariscos. En cada nivel trófico una parte de la energía se libera en la respiración y se cede al medio en forma de calor, es por esto que se afirma que en los ecosistemas la energía fluye en forma piramidal. 9

10 Mientras más alto se llega en la pirámide existen menos individuos y menos energía. Una forma de manifestar el nivel energético en cada eslabón es mediante la producción de biomasa o materia seca. Generalmente la biomasa es mayor a nivel de los productores en comparación con los descomponedores. Todos los niveles tróficos son indispensables para mantener el equilibrio de materia y energía en los ecosistemas. La materia que queda producto de la descomposición de los organismos, es la fuente que permite el reciclaje de la materia inorgánica, así, a través del ciclo de la materia, se mantiene la vida. 10

11 GUÍA 3. CICLO DE LA MATERIA Te has preguntado, por qué el agua no se termina en nuestro planeta? O, por qué siempre hay oxígeno para respirar? Qué sucede con las moléculas que forman parte de la materia en descomposición o muerta? Por ejemplo, la materia que constituye parte de la lámina de esta hoja, desaparece cuando cae al jardín? En esta guía, intentaremos ahondar en la respuesta a éstas y otras preguntas. Te invitamos a realizar la actividad que se señala a continuación. 1 Descubriendo el Ciclo del agua Necesitarás: 1 bolsa con hielo. 1 termómetro. 2 platos. 1 hervidor eléctrico. 1. Coloca unos cubos de hielo sobre un plato y controla la temperatura del hielo. Anota en tu cuaderno ese valor. 2. Deja el plato a temperatura ambiente y observa lo que va sucediendo a medida que transcurre el tiempo. Al cabo de 30 minutos, después que el hielo se ha derretido, vuelve a controlar la temperatura del agua. 3. Coloca agua en el hervidor y haz que hierva. Controla la temperatura del agua con mucho cuidado, antes y después que está hirviendo. Anota esos valores. 4. Coloca sobre el vapor de agua un plato que esté helado o a temperatura ambiente. Observa y anota. 5. Qué observaciones realizaste de esta actividad? Qué sucede con la temperatura del agua en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso? 6. Qué entiendes tú por fusión, evaporación y condensación? Qué ocurre con la temperatura durante estos procesos de cambio de estado? 11

12 El Ciclo del agua Como podrás apreciar en la imagen, el agua es una molécula que cicla en la naturaleza. Toda el agua que se elimina por transpiración de plantas y animales, el agua que es parte de lagos, los ríos, los mares, etc. se evapora hacia la atmósfera en donde se condensa formando las nubes. Por choque de nubes con diferentes cargas eléctricas y por cambios de temperatura, el agua en estado gaseoso que se encuentra formando parte de las nubes, pasa a estado líquido y precipita en forma de lluvias. Responde las siguientes preguntas: a. En qué estado se presenta el agua en los glaciares y qué importancia tienen éstos en el planeta? Existen glaciares en Chile? Dónde están? b. Dónde va el agua de las alcantarillas? Esta agua se evapora? c. Qué ventajas para la vida, proporciona el fenómeno de filtración del agua? d. Es correcto pensar que el agua del mar no se evapora por la presencia de sal? Fundamenta tu respuesta. e. Qué ventaja representan los bosques en el ciclo del agua? En qué zonas de Chile existen bosques? 12

13 Analicemos ahora el papel que juega el átomo de carbono en la naturaleza. 2 Observa y responde las preguntas a. Quiénes aportan CO2 a la atmósfera? b. Mediante qué proceso el CO2 es incorporado a las cadenas tróficas? c. Qué importancia tienen los bosques en la regulación del CO2 atmosférico? d. Qué riesgo representan las fábricas, la combustión de bencina u otros combustibles? e. Qué relación existe entre el petróleo y el carbono? f. Qué relación existe entre el CO2 y el efecto invernadero? 13

14 El Ciclo del Carbono El carbón es un elemento que forma parte de los océanos, del aire, las rocas, de los suelos y de los seres vivos, quienes aportan carbono a la atmósfera mediante la respiración, al liberar CO 2. A su vez, las plantas a través del proceso de fotosíntesis incorporan este CO 2 atmosférico al interior de los cloroplastos en donde llega a formar parte de moléculas orgánicas, tales como los hidratos de carbono de diferentes tamaños. Algunos de estos hidratos de carbono, llegan a constituir parte de proteínas, de lípidos y de ácidos nucleicos. De tal manera que, el carbono presente en estas moléculas orgánicas, es traspasado a otros eslabones de la cadena trófica (herbívoros, carnívoros). Otra parte importante del ciclo del carbono es el aporte que realizan los organismos muertos. Cuando plantas y animales mueren la materia descompuesta queda enterrada y tras millones y millones de años, se convierte en combustible fósil. Cuando los seres humanos queman combustibles fósiles para dar energía a sus fábricas, plantas eléctricas, automóviles y camiones, la mayoría del carbón penetra la atmósfera rápidamente en forma gas (CO 2 ). Cada año, cinco mil quinientos millones de toneladas de carbón son liberadas en forma de combustibles fósiles quemados. El CO 2 es considerado además, un gas de invernadero que atrapa al calor que hay dentro de la atmósfera. Sin éste y otros gases de invernadero, la tierra sería un lugar helado. Pero los seres humanos han quemado tanto combustible que hay aproximadamente 30% más CO 2 en el aire de hoy que hace 150 años. De acuerdo a la información obtenida de las capas de hielo, la atmósfera no había contenido una cantidad tal de carbono desde hace aproximadamente años. El reciente aumento en los gases de invernadero en nuestra atmósfera, como el CO 2 está haciendo que nuestro planeta se caliente más. Ref: composition De acuerdo a lo que has leído Por qué se dice que la materia cicla en la naturaleza? Qué significa la palabra ciclo? 14

15 Ciclo del Oxígeno El oxígeno en la atmósfera se encuentra como molécula, es decir, como O 2. Esta molécula es incorporada en los organismos aeróbicos, es decir, que respiran oxígeno, como plantas, animales, hongos, algas, protozoos, etc., durante el proceso de respiración y como producto de este proceso se libera dióxido de carbono (CO 2 ). Las plantas incorporan el CO 2 durante el proceso de fotosíntesis, y producto de este proceso ellas liberan O 2 a la atmósfera, re-estableciendo así el O 2 consumido en la respiración aeróbica. La atmósfera posee casi un 20% de oxígeno, sin este gas no existiría una gran parte de los seres vivos que habitan la tierra. 3 Esquematiza y responde a. Realiza un esquema en donde representes el ciclo del oxígeno b. Qué papel cumplen los bosques y las plantas marinas en este ciclo? c. Menciona 5 ejemplos de organismos aeróbicos d. Cómo podría alterarse el ciclo del oxígeno? Cuando un átomo cicla en la naturaleza, normalmente lo hace como molécula; así por ejemplo el átomo de carbono cicla como CO 2, el hidrógeno como H 2 O y el oxígeno como O 2. Dado que los átomos o las moléculas ciclan y éstas representan tanto a la materia como a la energía, es común afirmar que la materia y la energía no se destruyen, sólo ciclan en la naturaleza, por lo tanto, se conserva. En las grandes ciudades, la contaminación de las fábricas, la combustión de los derivados del petróleo, alteran los niveles de CO 2, produciendo un aumento de éste y con ello un aumento en el efecto invernadero. Otro ejemplo, es la tala de bosques lo que afecta el ciclo del agua, ya que los árboles absorben grandes cantidades de agua y la retornan a la atmósfera mediante el proceso de transpiración; al disminuir las extensiones de bosques, el agua de las lluvias drenan a los ríos y mares, produciendo sequías y erosión de los suelos. Así toda acción desequilibrada afecta al ciclo de la materia y con ello se afecta la calidad de nuestra vida. 15