ENERGIA Y ECOSISTEMAS

Dinámica ecológica (entorno vivo)

Indicadores de competencias del núcleo conceptual:

Explica diferentes tipos de relaciones ecológicas

Describe el flujo de materia y energía en los ecosistemas

Identifica la acción antrópica en los ecosistemas y sus consecuencias

Los seres vivos necesitamos alimentarnos para obtener la materia y la energía que utilizamos al realizar todas las funciones vitales.  En los ecosistemas, la materia y la energía fluye entre los seres vivos y el entrono físico que los rodea, y son incorporados a medida que los organismos se alimentan. La energía circula a través de las cadenas y las redes tróficas y los nutrientes son continuamente reciclados durante los ciclos biogeoquímicos.  La ciencia que estudia las relaciones de los seres vivos entre si y con el medio que los rodea, en términos de flujo de materia y energía es la ECOLOGÍA.

La vida en la tierra depende fundamentalmente de la energía solar, la cual es atrapada mediante el proceso fotosintético, responsable de la producción de toda la materia orgánica que conocemos. El concepto de materia orgánica comprende los alimentos que consumimos diariamente, los combustibles fósiles (petróleo, gas, gasolina, carbón); así como la leña, madera, pulpa para papel, inclusive la materia prima para la fabricación de fibras sintéticas, plásticos, poliéster, etc.

La cantidad de carbono fijado por la fotosíntesis es espectacular, como lo demuestran las cifras de la producción anual de materia orgánica seca, estimada en 1,55 x 10¹¹ Toneladas;  de toda esa cantidad aproximadamente 60%  se forma en la tierra;  el resto en ecosistemas oceánicos y en aguas continentales.

Los organismos que en el curso de la evolución aprendieron a usar la energía solar y a transformarla en energía química son los llamados autótrofos, que están representados por bacterias y organismos del reino vegetal.

CLOROFILA Y PIGMENTO ACCESORIOS

Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. El color de un pigmento es el resultado de la longitud de onda reflejada (no absorbida). La clorofila, el pigmento verde de todas las células fotosintéticas, absorbe todas las longitudes de onda de la luz visible excepto el verde, el cual es reflejado y percibido por nuestros ojos. Un cuerpo negro absorbe todas las longitudes de onda que recibe. El pigmento blanco o colores claros reflejan todo o casi todas las longitudes de onda. 

La clorofila es una molécula compleja, formada por cuatro anillos pirrólicos, un átomo de magnesio y una cadena de fitol larga (C20H39OH).

En las plantas y otros organismos fotosintéticos existen diferentes tipos de clorofilas. La clorofila α se encuentra en todos los organismos fotosintéticos (plantas, ciertos protistas, proclorobacterias y cianobacterias). Los pigmentos accesorios absorben energía que la clorofila es incapaz de absorber. Los pigmentos accesorios incluyen clorofila β (en algas y protistas las clorofilas c, d y e), xantofila (amarilla) y caroteno, anaranjado (como el beta caroteno, un precursor de la vitamina A ). La clorofila α absorbe las longitudes de ondas violeta, azul, anaranjado- rojizo, rojo y pocas radiaciones de las longitudes de onda intermedias (verde-amarillo-anaranjado ).

Los pigmentos accesorios actúan como antena, conduciendo la energía que absorben hacia el centro de reacción. Una molécula de clorofila en el centro de reacción puede transferir su excitación como energía útil en reacciones de biosíntesis.

Los carotenoides absorben la longitud de onda azul y un poco en el verde, estos pigmentos tienden a ser rojos, amarillos o anaranjados. La clorofila β absorbe radiación en la franja del azul, rojo y anaranjado del espectro. La parte media del espectro compuesta por longitudes de onda amarilla y verde es reflejada y en consecuencia el ojo humano la percibe como verde. La distribución de los organismos fotosintéticos en el mar se debe a esto. La longitud de onda corta (más energética) no penetra más allá de 5 metros de profundidad. La habilidad de absorber parte de la energía de longitud de onda larga (menos penetrante) debe haber sido una ventaja para las algas fotosintéticas primitivas, que eran incapaces de encontrarse todo el tiempo en la zona superior (fótica) del mar. Las algas verdes y pardas se instalan en la zona litoral superior, en tanto que en la zona profunda predominan las algas rojas.

Podemos decir que, el espectro de acción de la fotosíntesis, es la eficiencia relativa en la generación de una respuesta biológica en función de la longitud de onda, de los diferentes colores, como por ejemplo la liberación de oxígeno. Mediante el estudio de los espectros de acción se descubrió, la existencia de dos fotosistemas en organismos que liberan O₂ fotosintéticamente.

Cuando la clorofila absorbe energía luminosa pueden ocurrir tres cosas: l) que la energía sea atrapada y convertida en energía química como en la fotosíntesis, 2) que se disipe como calor, 3) que sea emitida inmediatamente como una longitud de onda mayor con pérdida de energía como fluorescencia. La clorofila es capaz de disparar una reacción química cuando se encuentra asociada a proteínas inmersas o embebidas en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos, o en las membranas plegadas que se encuentran en organismos procariontes fotosintéticos, como son las cianobacterias y las proclorobacterias.

Según la primera ley de la Termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. La segunda ley postula que ningún proceso que implique transformación de la energía se verificará a menos que esa energía pase de un estado concentrado a uno disipado, es decir de un nivel de mayor energía a otro de menor valor. La energía utilizada por los seres vivos se transforma en calor, que se disipa y sale del ecosistema sin poder volver a ser utilizada de nuevo como fuente energética. Ningún proceso de transformación de energía es totalmente eficaz.   De la cantidad total de energía solar que llega a la Tierra sólo el 1% se fija mediante la fotosíntesis. En los niveles heterótrofos, la eficacia en energía transferida es entre  10% y  20%. Este porcentaje es mayor en los niveles de carnívoros debido a al elevado valor nutritivo de la carne. Como se pierde tanta energía en cada transferencia, la cantidad que persiste después de dos o tres transferencias sucesivas es tan pequeña que pocos organismos podrían sobrevivir con la cantidad de alimento que llegaría al final de una cadena trófica larga. Por eso las cadenas alimentarias se limitan a tener cuatro o cinco eslabones.  

En el nivel animal, la eficiencia por término medio es mayor en los carnívoros que en los herbívoros y en estos mayor que en los detritívoros. La eficiencia media observada es de un 10%, es decir, de la energía existente en un determinado nivel trófico, es sólo del 10%  Esta se utiliza para la síntesis de nueva materia orgánica en el siguiente nivel. Las pérdidas de energía química son debidas al desecho de materiales no asimilados y la combustión respiratoria de una fracción importante de los asimilados. La mayor parte se disipa en forma de calor.

NIVELES TRÓFICOS

ESTRUCTURA TRÓFICA. Hace referencia, a las interacciones alimenticias que se establecen entre los diferentes organismos que lo componen y permiten  que energía y nutrientes pasen de unos organismos a otros.  Según la fuente de la cual, los organismos obtienen energía y materia; pueden ser: productores o autótrofos, consumidores o heterótrofos y descomponedores o reductores.

PRODUCTORES O AUTOTROFOS. Son aquellos que tienen la capacidad de captar la energía de la luz solar y producir moléculas orgánicas. Constituyen el primer nivel trófico. En las plantas el proceso a través se fija la energía luminosa del sol en carbohidratos se denomina Fotosíntesis, en este proceso a demás de formarse la materia prima que servirá de alimento a los consumidores, también se produce oxígeno, que hace posible la vida aeróbica.  Sin embargo encontramos organismos (bacterias) que utilizan la energía liberada en reacciones químicas, este tipo de seres se conocen como quimio autótrofos, y el proceso por lo tanto será quimio fotosíntesis.  

CONSUMIDORES O HETEROTROFOS. Son aquellos que dependen de otros seres para adquirir materia y energía. En este nivel encontramos: consumidores primarios o herbívoros, aquellos que se alimentan directamente de organismos productores. Los consumidores secundarios o carnívoros, se alimentan de los anteriores. En la medida que los ecosistemas se tornan complejos, es posible encontrar consumidores de tercer, cuarto y hasta quinto orden; en estos últimos niveles encontramos a los grandes predadores.  Los organismos llamados carroñeros o detritívoros, son los aquellos que se alimentan de materia orgánica en descomposición, la importancia de estos es que permiten el reciclaje de nutrientes permitiendo que la energía almacenada en los tejidos muertos, regresen a la cadena trófica.

DESCOMPONEDORES O REDUCTORES. Plantas y animales mueren, y en sus tejidos, queda almacenada materia y energía, que no es consumida por los predadores o por los carroñeros; esta materia al depositarse en el suelo es aprovechada por una gran cantidad de bacterias y hongos, los cuales obtienen la energía y liberan de esos tejidos, los elementos básicos como carbono, nitrógeno y fosforo entre otros.  Estos descomponedores desempeñan un papel fundamental al permitir que los componentes básicos de la vida, se utilicen nuevamente.

EFICIENCIA ECOLÓGICA. Es la capacidad de los seres vivos para explotar sus recursos alimenticios y convertirlos en biomasa, en un nivel trófico particular, esta eficiencia puede ser medida con parámetros que permitan entender mejor las relaciones tróficas y evaluar la acumulación y transferencia, de materia y energía que se produce en un ecosistema.

BIOMASA (B) Es la cantidad de materia acumulada e un individuo, un nivel trófico, una población o un ecosistema; se expresa en unidades de masa por unidades de superficie o volumen; de esta forma el incremento de la biomasa es proporcional al aumento de los individuos (reproducción) y al crecimiento o desarrollo orgánico.

PRODUCCIÓN (P) Es la cantidad de energía que se almacena en forma de biomasa en cada nivel trófico por unidad de tiempo; se puede medir utilizando diferentes magnitudes: g/cm2/año Es decir gramos de materia acumulada por centímetro cuadrado durante un año

Tn /Ha/año Toneladas de materia acumulada por hectárea en un año

Teniendo en cuenta el nivel trófico, se habla de Producción primaria, se refiere a la energía captada en un ecosistema y que a través de la fotosíntesis se transforma en materia vegetal.

Producción secundaria. Se refleja en la captada por los consumidores a través de la alimentación

 

PRODUCTIVIDAD (p). Es la rentabilidad y el estado de un nivel trófico, relaciona la producción con su biomasa, para determinar su valor se utiliza la expresión: p= P/B

Las cadenas tróficas, muestran la relación entre productores y consumidores, entre organismos predadores y depredados, lo cual permite ilustrar el movimiento de energía, el conjunto de cadenas alimenticias se denomina redes tróficas; en la naturaleza una especie, puede alimentarse de más de un tipo de presa, y a su vez, servir de alimento a dos o más depredadores; al conjunto relaciones alimentarias que se presentan en un ecosistema se le conoce como redes tróficas. El estudio y análisis de las redes tróficas, permite establecer que en los ecosistemas, todos los organismos son importantes y sus interrelaciones implican un equilibrio, delicado y dinámico ; así por ejemplo si en un ecosistemas marino los atunes sirven de alimento a tiburones y delfines; si una de las dos especies predadoras, desaparece, implica el crecimiento de la otra especie, con las consecuencias que eso podría suponer, de otra parte de llegar a desaparecer, el atún, implicaría que sus predadores deberían buscar una nueva fuente de alimentación, que terminaría afectando en cadena a otras poblaciones. La representación de estas relaciones, con base a la cantidad de materia y energía disponible en cada nivel, se conoce como pirámide trófica; el análisis energético muestra que la energía que pasa de un nivel a otro, va disminuyendo, así, la energía captada por los productores es apenas un 10% de la radiación solar, y a medida que pasa a los niveles superiores el paso de energía será del 1%,  esto implica que se pierde mucha energía, en forma de calor, material no consumido y material no digerido.

Actividad para hacer en el cuaderno y para subir a la plataforma semana 26 a 28. 

Observa las siguientes imágenes, realiza los puntos que encuentras a continuación. 

Construye para cada grafico, tres cadenas, que formen para cada imagen su respectiva red trófica

Para cada una de las cadenas y redes establecidas en el punto anterior, construye la pirámide trófica

El siguiente gráfico representa la composición porcentual, de los elementos químicos que conforman a los seres vivos. 1.- Cual es el elemento mas abundante en nuestro cuerpo   2.- De que manera los seres vivos adquirimos estos elementos.  

 

Desierto: Biomasa (B) 3Kg/m2 /año   y    Producción (P) = 0.45 Kg/m2/ año. 

Seva (bosque húmedo Tropical):   Productividad (p) = 1.5 Kg/m2/año   y Biomasa 12 Kg/m2/año

Determinar los valores de productividad en el bhT  y la producción en el ecosistema de desierto

Realice una tabla con las variable: B, P y p 

Cual de los dos ecosistemas es mejor para producir alimentos u otros productos, justifica tu respuesta

El acuerdo de Escazú?

Consulta a tu profesor de sociales, en que consiste el Acuerdo de Escazú, al que Colombia se suscribió el pasado 26 de julio, después de casi un año de haber entrado en vigor (22 de abril de 2021)