Transferencia de energía entre los seres vivos, relaciones alimentarias

1. Transferencia de energía entre los seres vivos, relaciones alimentarias Liceo Polivalente Gral. José De San Martin Departamento de Ciencias Biología Profesor José De La Cruz

2. Productividad en los ecosistema: El término acuñado en 1935 por el ecólogo sir Arthur George Tansley, para realzar el concepto de que cada ecosistema es un todo integrado (sistema es un grupo de partes que están conectadas y trabajan juntas.) La tierra está cubierta de cosas vivas e inertes que interactúan formando sistemas, los que llamaremos ecosistemas (sistema ecológico).

3. Un ecosistema contiene, cosas vivas como por ejemplo árboles, animales; y cosas inertes como sustancias nutrientes y agua que funcionan como una unidad y requiere entradas y salidas. Las entradas al ecosistema son energía solar, agua, oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, otros elementos y compuestos, mientras que las salidas del ecosistema incluyen el calor producido por la respiración, agua, oxígeno, dióxido de carbono y nutrientes. La fuerza impulsora fundamental es la energía solar.

4. La productividad de un ecosistema se relaciona con la cantidad de energía que sus niveles tróficos pueden aprovechar • Productividad Primaria Bruta (PPB): Es la cantidad de energía química fijada por los organismos autótrofos durante un tiempo determinado, en una superficie dada y equivale a la biomasa

5. Productividad Primaria Neta • Es la cantidad de energía almacenada en la biomasa de los productores y corresponde a la diferencia entre Productividad Primaria Bruta y el gasto energético que realizan los organismos autótrofos durante la respiración celular PPN = PPB – respiración celular

6. Ejemplo: calculo de PPN • “Las plantas de maíz son eficientes en transformar la energía lumínica ,se midió, durante 100 días de verano, la cantidad de energía lumínica que llegaba a un terreno de alrededor de media hectárea (5.000 m2).

7. El resultado fue 2.043.000.000 kilocalorías (Kcal). Durante los 100 días de investigación, los investigadores cultivaron cerca de 10.000 plantas de maíz y calcularon que la cantidad de azúcar producida por estas era de 6.678 kg. También calcularon la cantidad de azúcar que las plantas de maíz emplearon como fuente de energía para su crecimiento y desarrollo, la que correspondía a 2.045 kg. Por lo tanto la cantidad de azúcar producida es de 8.723 kg

8. Como un gramo de azúcar contiene 4 kilocalorías(Kcal) el paso siguiente es determinar la masa de azúcar en gramos pues fue medida en kilogramos 8.723 kg x 1.000g/kg = 8.723.000 g Se tiene que la cantidad de Energía en Kcal 4 Kcal/g x 8.723.00 g = 34.892.000 Kcal

9. Recordemos que la Productividad Primaria Bruta (PPB): Es la cantidad de energía química fijada por los organismos autótrofos durante un tiempo determinado, en una superficie dada y equivale a la biomasa • La energía se determino en 34.892.000 Kcal y tomando en consideración que se cultivo media hectárea (5.000 m2. ). • La PPB 34.892.000 Kcal / 5.000 m2 = 6.978,4 Kcal /m2

10. También calcularon la cantidad de azúcar que las plantas de maíz emplearon como fuente de energía para su crecimiento y desarrollo, la que correspondía a 2.045 kg. Utilizando el mismo procedimiento para el calculo de energía se tiene que un gramo de azúcar contiene 4 kilocalorías(Kcal) 2.045 kg x 1.000g/kg = 2.045.000 g PPN = PPB – respiración celular

11. Se tiene que la cantidad de Energía en Kcal 4 Kcal/g x 2.045.000 g = 8.180.000 Kcal La energía se determino en 8.180.000 Kcal y tomando en consideración que se cultivo media hectárea (5.000 m2. ). 8.180.000 Kcal / 5.000 m2 = 1.636 Kcal /m2 por lo tanto la PPN o Productividad Primaria Neta PPN= 6.978,4 Kcal /m2 - 1.636 Kcal /m2 = 5.342 Kcal /m2

12. Representación de la transferencia de energía en un ecosistema

13. La imagen representa una pirámide de energía. Analiza y responde en tu cuaderno las siguientes preguntas: • ¿A qué nivel trófico corresponde la base de la pirámide?, ¿por qué? • ¿Qué nivel trófico representa la cúspide de la pirámide? • ¿ A qué se debe que el porcentaje de energía que pasa de un nivel trófico al siguiente sea menor

14. La regla del 10% • Cuando los organismos emplean energía, tanto en su funciones vitales como en sus actividades, disipan al ambiente parte importante de esta como calor • Se estima que aproximadamente el 10% de la energía, se transfiere de un nivel trófico al que lo sucede

15. Ejemplo: Flujo de energía Respiración • La energía es gobernada por las leyes de la termodinámica L U Z S O L A R 50.000 Kcal 5.000 Kcal 500 Kcal 50 Kcal Respiración

17. ¿Qué formas de energía obtiene los seres vivos del ambiente? • Los ecosistemas se estudian analizando las relaciones alimentarias, los ciclos de la materia y los flujos de energía. • La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica. • Las redes de alimentación comienzan en las plantas (productores) que captan la energía luminosa con su actividad fotosintética y la convierten en energía química almacenada en moléculas orgánicas.

18. Las plantas son devoradas por otros seres vivos que forman el nivel trófico de los consumidores primarios (herbívoros).  La cadena alimentaria más corta estaría formada por los dos eslabones citados (ej.: jirafas alimentándose de la vegetación). Pero los herbívoros suelen ser presa, generalmente, de los carnívoros (depredadores) que son consumidores secundariosen el ecosistema. Cadenas alimentarias de 3 eslabones serían:  algas → krill→ ballena.

19. La materia vegetal y animal no utilizada, como hojas caídas, ramas, raíces, troncos de árbol y cuerpos muertos de animales, dan sustento a la red alimentaria de la descomposición

20. Las bacterias, hongos y pequeños animales (generalmente invertebrados) que se alimentan de materia muerta se convierten en fuente de energía para niveles tróficos superiores vinculados a la red alimentaria de producción. Arévalo y Rivas 1B

21. De esta forma en todo ecosistema se encuentran ciclos del oxígeno, el carbono, hidrógeno, nitrógeno, fosforo, etc. cuyo estudio es esencial para conocer su funcionamiento

22. Los ecosistemas funcionan gracias al flujo de energía. • La energía fluye por medio de cadena alimentaria. • Nivel trófico: posición respecto a entrada de energía. • Productores: plantas • Consumidores primarios: herbívoros.  • Consumidores secundarios: carnívoros. • Organismos descomponedores.

23. De este modo la naturaleza aprovecha al máximo la energía inicialmente fijada por las plantas. • En ambas redes alimentarias el número de niveles tróficos es limitado debido a que en cada transferencia se pierde gran cantidad de energía (como calor de respiración) que deja de ser utilizable o transferible al siguiente nivel trófico. • Así pues, cada nivel trófico contiene menos energía que el que le sustenta. Debido a esto, por ejemplo, los ciervos o los alces (herbívoros) son más abundantes que los lobos (carnívoros).

24. La fuente primera y principal de energía es el sol. • En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continuo de los materiales. • Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire.  • En el ecosistema la materia se recicla (en un ciclo cerrado) y la energía fluye generando organización en el sistema.

25. Ciclos de la materia • Los elementos químicos forman los seres vivos (oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre y fósforo, etc.) van pasando de unos niveles tróficos que a otros. • Las plantas los recogen del suelo o de la atmósfera y los convierten en moléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). • Los animales los toman de las plantas o de otros animales.

26. Ciclo del Fosforo El fósforo es un componente de los ácidos nucleídos y de la molécula donante de energía, el ATP. Se encuentra también en huesos y dientes de animales.

27. En la naturaleza la principal reserva de fósforo se encuentra en las rocas de tipo apatito (fosfato tricálcico) en la corteza terrestre, por lo que no es una forma accesible para los seres vivos. • Por meteorización se libera lentamente entrando en los ecosistemas terrestres en forma de sales disueltas (fosfatos)

28. 1-Las plantas toman del suelo el fósforo en forma de sales minerales, los fosfatos, y lo incorporan a sus estructuras

29. 2-Los consumidores incorporan el fósforo a través de las cadenas tróficas.

30. 3-Cuando los organismos mueren sus esqueletos ricos en fosfatos se liberan y se incorporan de nuevo al suelo.

31. 1-En el medio marino el fósforo se acumula en el fondo oceánico y con el tiempo da lugar a rocas fosfatadas.

32. 2- Estas rocas por acción del agua van desprendiendo fósforo lentamente. El fósforo liberado puede ser utilizado por las algas e iniciar el ciclo.

33. Una fuente importante de fósforo son los excrementos de aves marinas, el guano, que puede acumularse en algunos lugares en grandes cantidades.

34. Ciclo del Carbono

35. El carbono es uno de los elementos más abundantes de la materia viva, formando la base estructural de las moléculas orgánicas: glúcidos lípidos proteínas ácidos nucléicos

36. El Carbono se puede encontrar en la naturaleza de muchas formas: • en la atmósfera en forma de dióxido de carbono (CO2). • disuelto en el agua de los océanos. • en las rocas carbonatadas, como las calizas. • en los combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural.

37. Los organismos productores, tanto terrestres como acuáticos, incorporan el carbono en forma de CO2 mediante la fotosíntesis, formando moléculas orgánicas ( glúcidos, proteínas...).

38. Los consumidores incorporan el carbono mediante los alimentos.

39. Mediante la respiración se desprende CO2 de nuevo a la atmósfera.

40. La descomposición de la materia orgánica muerta por los descomponedores también libera CO2 a la atmósfera. Restos orgánicos pueden quedar enterrados en condiciones anaeróbicas y formar con el tiempo carbón, petróleo o gas natural. La quema de los combustibles fósiles por el ser humano devuelve a la atmósfera el CO2 enterrado hace millones de años.

41. CICLO DEL NITRÓGENO • El nitrógeno es un elemento esencial para los seres vivos ya que forma parte de las proteínas y de los ácidos nucleídos. • El nitrógeno se encuentra en la atmósfera como gas (N2) constituyendo el 78% de los gases del aire. • En el suelo en cambio es muy escaso.

42. El nitrógeno atmosférico (N2), no es utilizable por la mayoría de los seres vivos, ya que sólo determinadas bacterias tienen la capacidad de usarlo. • Los productores deben tomarlo en forma de nitratos (NO3). 1-En el suelo existen bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico (N2) que producen compuestos inorgánicos como el amoníaco (NH3).

43. 2-Otras bacterias transforman el amoníaco (NH3) en nitrato (NO3) que pueden ser utilizado directamente por las plantas. NITRIFICACIÓN

44. 3-El resto de los seres vivos incorporan el nitrógeno a través de las cadenas tróficas

45. 4-Los restos nitrogenados que excretan los seres vivos, como la urea y los restos de organismos muertos, pueden ser de nuevo utilizados por las plantas. AMONIFICACIÓN

46. 5-Otras bacterias del suelo, devuelven el nitrógeno de nuevo a la atmósfera. DESNITRIFICACIÓN.

47. CICLO DEL NITRÓGENO I En este ciclo intervienen bacterias, que son las que permiten la circulación del Nitrógeno. • Bacterias que fijan nitrógeno atmosférico (N2) y lo convierten en amoníaco (NH3). N2 NH3 • Bacterias nitrificantes que transforman el amoníaco (NH3)en nitrato (NO3). NH3 NO3

48. Bacterias amonificantes que partiendo de restos orgánicos (orines y cadáveres de animales) devuelven amoníaco al suelo. • Bacterias desnitrificantes que transforman el nitrato (NO3) a nitrógeno atmosférico (N2). NO3 N2

49. En la fijación de nitrógeno intervienen bacterias simbióticas que viven en las raíces de las plantas, sobre todo en leguminosas como el guisante, el haba, la judía, el garbanzo… • El género Rhizobium realiza una simbiosis con las leguminosas, en la que las bacterias penetran en las células de las raíces de las plantas y forman unos abultamientos llamados nódulos donde se fija el nitrógeno.

50. Estas bacterias son capaces de fijar el N2 del aire y transformarlo en nitrato (NO3), que es la forma en que los vegetales incorporan el nitrógeno que necesitan. N2 NO3