ecosistemas

ECOSISTEMASECOSISTEMAS

FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS

SISTEMAS BIOLÓGICOS

ContenidosContenidos

a) Flujo de energía en el ecosistema Seres vivos como organismos termodinámicamente

abiertos Ecosistemas basados en energía solar y en energía química Fotosíntesis Productividad

b) Circulación de nutrientes en la biósfera Composición elemental Carbono y fotosíntesis Nitrógeno en el ecosistema

c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza Crecimiento poblacional y desechos Efecto invernadero Bosque chileno intervenido Ley ambiental de Chile

Introducción Introducción

Los seres vivos son sistemas abiertos

termodinámicamente, y como tales

necesitan continuamente del aporte de energía y

materia para mantener su estructura y organización.

Flujo de materia y energía

Seres vivos como sistemas Seres vivos como sistemas termodinámicamente abiertostermodinámicamente abiertos

Sistema: conjunto de partes que estánconectados y trabajan juntos en pos de un

objetivo en común.

Ejemplo: la tierra está cubierta de materia viva e inerte que interactúan formando sistemas,

también llamados ecosistemas.

Tipos de sistemasTipos de sistemasSISTEMA CERRADO: aquel que no

intercambia energía con el medio.

SISTEMA ABIERTO: aquel que interactúa con el medio

SISTEMA VIABLE: aquel que sobrevive y es capaz de adaptarse a las variaciones del medio.

Biotopo y biocenosisBiotopo y biocenosis

Todos los organismos de una cadena trófica en un

ecosistema constituyen la biocenosis.

Por otro lado el biotopo es el espacio físico, natural y

limitado donde vive la biocenosis.

Energía Materia

* La energía en los ecosistemas es relativamente escasa, especialmente en los niveles superiores de las cadenas *

Seres vivos como sistemas Seres vivos como sistemas termodinámicamente abiertostermodinámicamente abiertos

Termodinámica: campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas

macroscópicos de materia y energía

Principio 1: la energía se conserva…Principio 2: la entropía aumenta…

Fuentes de energía Fuentes de energía

Rayos solares y origen de los Rayos solares y origen de los climasclimas

Corrientes oceánicasCorrientes oceánicas

Origen de los climasOrigen de los climas

La radiación solar, que llega a la superficie terrestre, varía según la latitud (a mayor distancia de la línea ecuatorial menor radiación) y la altura sobre el nivel del mar (a más altura más radiación)

Ecosistemas Ecosistemas y energía y energía solarsolar

La más grande contribución de energía proviene del Sol con algunas excepciones evolutivas…

Ecosistemas sin energía solarEcosistemas sin energía solar

Quimiotróficos

350°CHumo rico en sulfuros

Chimenea formada de sulfuros de fierro, zinc, cobre

Agua rica en sulfuros

Materia disponibleMateria disponible

La materia componente de los seres vivos proviene de elementos surgidos durante el enfriamiento de la Tierra y que no son los más abundantes en la corteza terrestre.

Seres vivos

O C H N Ca P K

% 65,0 18,5 9,5 3,3 1,5 1,0 0,2

Corteza terrestr

e

O Si Al Fe Ca Na K

% 49,5 25,7 7,5 4,7 3,4 2,6 2,4

Universo

H He O C Fe Ne N

% 73,9 23,9 1,07 0,46 0,19 0,18 0,11

Materia reutilizableMateria reutilizable

La constante utilización de los elementos en lamantención de la vida desde su origen hace3.500.000.000 de años implica su constante

reutilización, reflejada en los ciclosbiogeoquímicos.

Ciclos biogeoquímicos Ciclos biogeoquímicos

Carbono

Nitrógeno

Acción del ser humano Acción del ser humano

Puesto que el ser humano tiene una determinada posición en las cadenas tróficas sufre de las mismas restricciones respecto a

la limitación de las fuentes energéticas. Por lo cual, ha inventado formas de intervenir

en los sistemas para aumentar su fuente de entradas a través de cultivo y ganadería y

disminuir las pérdidas, economizando y distribuyendo mejor los recursos.

Ganadería y agricultura Ganadería y agricultura

Consecuencias Consecuencias

Toda intervención en los ecosistemas tiene una consecuencia que ha sido

advertida hace ya unos 40 años. Se debe considerar que el estudio de la

desforestación es sólo un ejemplo de intervención humana dentro de muchos

otros. 

ActividadActividad

I. Completa las siguientes oraciones:

a) La energía que necesitan los seres vivos provienedel_________. Ésta es utilizada por las _______, parafabricar su_______.b) La energía ________ de un ser vivo a otro, a través de las_________ ________, que están constituidas por organismos__________, ____________ y ___________.c) Algunos elementos vitales para la vida en la Tierra son el_________ y el ________, los cuales se reciclan a través de los________ _____________.

II. Analiza el esquema y responde las preguntas.

a) ¿Qué es un ecosistema?b) ¿Cuáles son los componentes físicos de un

ecosistema?c) ¿Cuáles son los componentes biológicos de un

ecosistema?d) Indica a lo menos 3 funciones del biotopoe) ¿Qué sucedería si la biocenosis no interactuara

con el biotopo?

Ecosistemas y energíaEcosistemas y energía

Flujo de materia y energía Flujo de materia y energía

Según la materia que los organismos utilizancomo materia prima, estos se clasifican en

autótrofos (CO2 como fuente) y heterótrofos(materia orgánica como fuente)

Según la fuente de energía los seres vivospueden ser fotótrofos y quimiótrofos

Clasificación Clasificación

Quimio autótrofos: utilizan compuestos orgánicos reducidos como fuente de E y el CO2 como fuente de materia.

Foto autótrofos: utilizan luz como fuente de E y el CO2 como fuente de materia.

Clasificación Clasificación

Foto heterótrofos: utilizan luz como fuente de E y compuestos orgánicos como fuente de materia.

Quimio heterótrofos: utilizan un compuesto orgánico como fuente de materia y, a su vez, este es la fuente de energía.

Comparación entre quimio y foto autótrofos

Cadenas tróficas Cadenas tróficas

Relaciones de alimentación que se establecen entre los diferentes tipos

de organismos presentes en la biocenosis.

En las cadenas tróficas convergen los flujos de materia y energía.

Clasificación de los organismosClasificación de los organismos

ProductoresProductores

Los productores primarios son los organismos que hacen entrar la energía en

los ecosistemas. Los principales productores primarios son las plantas

verdes terrestres y acuáticas, incluidas las algas, y algunas bacterias. Forman el

99,9% en peso de los seres vivos de la biosfera

Fotosíntesis y Respiración Fotosíntesis y Respiración

La fotosíntesis es el proceso por el que se capta la energía luminosa que procede del sol y se convierte en

energía química. Con esta energía el CO2, el agua y los nitratos que las

plantas absorben reaccionan sintetizando las moléculas de carbohidratos (glucosa, almidón, celulosa, etc.), lípidos (aceites,

vitaminas, etc.), proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN) que forman las

estructuras vivas de la planta.

Respiración Respiración

Las plantas crecen y se desarrollan gracias a la fotosíntesis, pero respiran en los periodos en

los que no pueden obtener energía por fotosíntesis porque no hay luz o porque tienen

que mantener los estomas cerrados. En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. En este

proceso se consume O2 y se desprende CO2 y agua, por lo que, en cierta forma, es lo contrario

de la fotosíntesis que toma CO2 y agua desprendiendo O2.

La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es:

6 CO2 + 6 H2O + E. luminosa = C6H12O6 + 6 CO2 + 6 H2O + E. luminosa = C6H12O6 + 6 O2 6 O2

En la primera etapa de la fotosíntesis, la luz es absorbida por la clorofila,

compactadas de un modo especial en las membranas de los tilacoides. Los electrones son lanzados a niveles

energéticos superiores, y, en una serie de reacciones, su energía es usada para

formar ATP a partir de ADP y para reducir una molécula transportadora de electrones

conocida como NADP+. El NADP+ es muy semejante al NAD+ y también se reduce por la adición de dos

electrones y de un protón, formando NADPH.

En una segunda fase la energía química contenida en el ATP y el NADPH es

utilizada para reducir moléculas de CO2 hasta gliceraldehido, a partir del cual se

sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente glucosa.

Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la

constitución de las plantas

La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global:

C6H12O6 + 6 O2 ó 6 CO2 + 6 H2O + Energía

La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la

célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía.