Cadenas y tramas alimentarias. Ciclos biogeoquímicos

Transcripción

1 Cadenas y tramas alimentarias. Ciclos biogeoquímicos

2 Resumen de la clase anterior Estructuras celulares Fotosíntesis Cloroplastos Tilacoides Estroma Fase Luminosa ATP, NADPH y oxígeno Etapas Fase Oscura Glucosa, ADP y NADP+ Factores Factores internos Factores externos Presencia de estomas Pigmentos Contenido de agua Temperatura Intensidad de la luz Concentración de CO 2

3 Aprendizajes esperados Clasificar organismos según obtención de energía y de nutrientes. Definir cadena y trama alimentaria. Describir los niveles tróficos. Explicar el concepto de ciclos de la materia. Deducir el papel de los descomponedores en el funcionamiento de los ciclos.

4 Pregunta oficial PSU En el siguiente diagrama se muestran diferentes cadenas alimentarias que comienzan en el productor primario y terminan en el hombre: En cuál de estas cadenas el hombre recibe del productor primario la mayor cantidad de energía? A) En la cadena 5. B) En la cadena 4. C) En la cadena 3. D) En la cadena 2. E) En la cadena 1. Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Admisión PSU 2011.

5 1. Conceptos básicos 2. Relaciones tróficas 3. Ciclos biogeoquímicos

6 Introducción Las moléculas orgánicas que forman los tejidos vivos contienen elevada energía de enlace (energía química). En cambio, moléculas inorgánicas como el CO 2, poseen baja energía química. En esta relación entre ganancia y pérdida de energía química encontramos la dinámica de los ecosistemas. Los productores cumplen con la función de formar moléculas orgánicas para su organismo a partir de la materia inerte del medio. Esta conversión es posible gracias a la energía luminosa. Por su parte los consumidores toman de los productores la energía que necesitan para cumplir con sus funciones. Al analizar los aportes de cada uno de los integrantes de las cadenas alimentarias, nos podemos dar cuenta de que los productos y subproductos de cada grupo son el alimento del otro.

7 1. Conceptos básicos 1.1 Leyes de la termodinámica Primera ley de la termodinámica: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. De esta manera, la energía proveniente de la luz solar es transformada en energía química en los vegetales, a través del proceso de fotosíntesis. Esta energía será utilizada por la planta como alimento y degradada en el proceso de respiración celular. Segunda ley de la termodinámica: Una parte de la energía que se encuentra disponible para realizar trabajo, se transforma en calor al pasar de una forma a otra. Esta energía escapa al ambiente perdiéndose. La cantidad de energía que parte y la cantidad de energía que llega al último nivel trófico son significativamente distintas. En consecuencia, la transferencia de energía se realiza en forma ordenada en un flujo unidireccional.

8 1. Conceptos básicos 1.2 Componentes del ecosistema Es un sistema interactivo, constituido por los componentes físicos, químicos y biológicos del ambiente. Conjunto de factores abióticos o sin vida del ambiente. Conjunto de factores bióticos o con vida del ambiente

9 2. Relaciones tróficas 2.1 Niveles tróficos Los seres vivos de los ecosistemas se organizan en los llamados niveles tróficos. Esta organización se centra en como la energía fluye en los procesos alimenticios de cada individuo, organizándose en las llamadas cadenas tróficas o alimenticias.

10 2. Relaciones tróficas 2.1 Niveles tróficos El primer nivel trófico comprende a los productores, también conocidos como autótrofos. La mayoría de los productores corresponden a los organismos fotosintetizadores, que permiten el ingreso de la energía al ecosistema, gracias a que transforman la energía solar en energía química. Dentro de los organismos productores también se considera a los organismos quimiosintetizadores.

11 2. Relaciones tróficas 2.1 Niveles tróficos El grupo de los organismos autótrofos quimiosintetizadores está formado por bacterias que emplean la energía liberada por la oxidación de determinadas sustancias inorgánicas, entre las que se encuentran los compuestos de azufre, hierro, nitrógeno, y también el oxígeno. La energía obtenida de estas transformaciones químicas la utilizan para sintetizar compuestos orgánicos, a partir del CO 2 y el agua que obtienen del medio en que viven. Existen bacterias quimiosintéticas que utilizan el H 2 S de los humeros negros del océano, sustentando ecosistemas que no dependen de la luz solar.

12 2. Relaciones tróficas 2.1 Niveles tróficos Los demás integrantes del ecosistema se denominan consumidores o heterótrofos. Aquel que se alimenta del productor, será el consumidor primario, el que se alimenta de este último será el consumidor secundario y así sucesivamente. El segundo nivel trófico comprende a los CONSUMIDORES PRIMARIOS. Estos organismos obtienen la energía alimentándose de los productores. Se consideran en base a su alimentación herbívoros.

13 2. Relaciones tróficas 2.1 Niveles tróficos El tercer nivel trófico comprende a los CONSUMIDORES SECUNDARIOS. Estos organismos obtienen la energía alimentándose de los consumidores primarios. Se consideran en base a su alimentación carnívoros. El cuarto nivel trófico comprende a los CONSUMIDORES TERCIARIOS, que se alimentan de los consumidores secundarios. También son carnívoros.

14 2. Relaciones tróficas 2.1 Niveles tróficos 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.

15 2. Relaciones tróficas 2.1 Niveles tróficos 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.

16 2. Relaciones tróficas 2.2 Cadenas alimentarias Una cadena alimentaria (o cadena trófica) corresponde a la corriente de energía y nutrientes que se establece entre las distintas especies de un ecosistema en relación con su nutrición.

17 2. Relaciones tróficas 2.2 Cadenas alimentarias Las cadenas tróficas no tienen más de 4 o 5 niveles tróficos debido a que un alto porcentaje de la energía que reciben los organismos se emplea en los procesos vitales y solo un 10% de la energía, aproximadamente, es transferida a los siguientes niveles (regla del 10%).

18 2. Relaciones tróficas 2.3 Redes alimentarias En la naturaleza no existen cadenas tróficas como tal, en su concepto lineal. Existen conjuntos de cadenas superpuestas que interactúan entre sí, las llamadas tramas o redes alimentarias (o tróficas).

19 2. Relaciones tróficas 2.4 Pirámides ecológicas La pirámide ecológica es otra forma de representar las relaciones tróficas que se establecen en un ecosistema. Existen distintos tipos de pirámides. Carnívoros Herbívoros Productores

20 2. Relaciones tróficas 2.4 Pirámides ecológicas La pirámide de número representa la cantidad de individuos que es de cada nivel trófico de un ecosistema. Estas pirámides pueden adoptar una forma invertida cuando los productores son de gran tamaño (por ejemplo, los árboles de un bosque).

21 2. Relaciones tróficas 2.4 Pirámides ecológicas 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).

22 2. Relaciones tróficas 2.4 Pirámides ecológicas 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.

23 2. Relaciones tróficas 2.5 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.

24 3. Ciclos biogeoquímicos 3.1 Clasificación Los ciclos biogeoquímicos presentan reservas en las que almacenan los elementos. Estas reservas son generalmente, factores abióticos, por lo que se clasifican en: Ciclo gaseoso: Los elementos circulan principalmente, entre la atmósfera y los organismos, a través de grandes extensiones de superficie, por lo que presentan alta velocidad de reciclaje. Ej. oxígeno. Ciclo sedimentario: Los elementos circulan entre la litósfera, la hidrósfera y los seres vivos, con una muy lenta velocidad de reciclaje. Ej. fósforo. Ciclo hidrológico: El ciclo del agua, presenta gran estabilidad molecular, donde el agua interactúa con los otros tipos de ciclos.

25 3. Ciclos biogeoquímicos 3.2 Ciclo del agua 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.

26 3. Ciclos biogeoquímicos 3.3 Ciclo del carbono y del oxígeno Las moléculas orgánicas tienen el carbono como elemento estructural básico, por esto es que incorporarlo a los seres vivos es de vital importancia. Así mismo, el oxígenos es parte de las moléculas orgánicas y es la base de la respiración celular aeróbica. Desde la fotosíntesis, para incorporar el CO 2 a la materia orgánica, para ser degradada con la respiración celular en presencia de oxígeno, hasta la descomposición de la materia orgánica y liberar CO 2 a la atmósfera. También a través de la combustión de los combustibles fósiles.

27 3. Ciclos biogeoquímicos 3.4 Ciclo del nitrógeno 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 (NH 4+ ), ion nitrito (NO 2- ) o en ion nitrato (NO 3- ). Amonificación: Bacterias amonificantes o descomponedoras que transforman urea y ácido úrico en amoníaco (NH 3 ). Nitrificación: Bacterias nitrificantes, que transforman el amoníaco (NH 3 ) en nitrito (NO 2- ) y luego en nitrato (NO 3- ). 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 (NO 3- ) en nitrógeno gaseoso (N 2 ), regresándolo a la atmósfera.

28 3. Ciclos biogeoquímicos 3.5 Ciclo del fósforo El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos, de las proteínas, de las moléculas que almacenan energía en las células y de fosfolípidos que forman sus membranas. Las rocas que contienen fósforo en forma de fosfato inorgánico, lo liberan por erosión, el que es captado por los productores, para formar moléculas orgánicas. Los consumidores incorporan fosfatos orgánicos desde los productores por la cadena trófica. Los descomponedores regresan los fosfatos orgánicos al suelo como fosfatos inorgánicos, quedando disponibles para productores.

29 Pregunta oficial PSU En el siguiente diagrama se muestran diferentes cadenas alimentarias que comienzan en el productor primario y terminan en el hombre: ALTERNATIVA CORRECTA A En cuál de estas cadenas el hombre recibe del productor primario la mayor cantidad de energía? A) En la cadena 5. B) En la cadena 4. C) En la cadena 3. D) En la cadena 2. E) En la cadena 1. Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Admisión PSU 2011.

30 Síntesis de la clase ECOSISTEMA formado por depende del aporte de Productores Consumidores Descomponedores Energía se comporta según las Materia se comporta Agua organizados en formando Cadenas y tramas alimentarias Leyes de la termodinámica Cíclicamente La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma Carbono oxígeno Nitrógeno Fósforo y Pirámides ecológicas de número de energía de biomasa En cada traspaso energético parte de la energía se pierde como calor