modelo para explicar el funcionamiento de los ecosistemas · la energía entra en la mayoría de...
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Utilizando un Terrario Como
Modelo Para Explicar el
Funcionamiento de los
Ecosistemas
Prof. Mario Tacher
MSP21-Nivel Intermedia
Universidad Interamericana
Recinto de Bayamón
Objetivos
Construir un terrario y utilizarlo como modelo de ecosistema.
Identificar los componentes bióticos y abióticos dentro del
terrario.
Visualizar el flujo de energía y reciclaje de la materia en el
terrario.
Visualizar los procesos de fotosíntesis y respiración celular
dentro del terrario.
Reconocer que durante los procesos de transformación en los
ecosistemas, se conservan la materia y la energía
Objetivos
Identificar los componentes de los ciclos biogoquímicos de
carbono, nitrógeno y fósforo
Relacionar el ciclo del carbono con el efcto invernadero y el
calentamiento global
Entender como las plantas reducen la cantidad de CO2
atmosférico.
Crear conciencia sobre la conservación de los recursos naturales
y analizar las consecuencias de no hacerlo
Preguntas Escenciales (PE) y
Comprensión Duradera PE4: ¿Cual es la evidencia existente sobre los factores
que han llevado al aumento de la temperatura global
durante el siglo 20 y los primeros anos del siglo 21?
CD4 El efecto invernadero es un proceso fisico conocido
que es influenciado por la presencia de ciertos gases en la
atmosfera de la Tierra, incluyendo el dioxido de carbono y
el metano (9.4).
Preguntas Escenciales (PE) y
Comprensión Duradera PE7 ¿Yo puedo ayudar a conservar los recursos de la
Tierra?
CD7 Cada residente de Puerto Rico debe asumir
responsabilidad al estar informado de asuntos tales como
la contaminacion y la conservacion de los recursos
naturales (9.4).
Objetivos de Transferencia
T1. Al finalizar la unidad, el estudiante utilizará el
conocimiento sobre los recursos naturales y los
recursos hechos por el hombre para explicar sus
efectos positivos y negativos sobre la Tierra, así como
analizará los sucesos ambientales actuales que
pudieran afectarlos por los proximos anos (9.4).
Objetivos Adquisición
Inferir que durante los procesos de cambio la materia y la energia se conservan (8.3, 8.4).
Argumentar sobre la importancia de proteger, conservar y mantener el equilibrio de las zonas de vida en Puerto Rico y en el planeta entero.
Relacionar el uso de combustibles fosiles con la produccion de energia y el cambio climatico.
Definir operacionalmente el termino conservacion y reconocer la importancia de conservar los recursos naturales.
Procesos y Destrezas Desarrolla y usa modelos: El estudiante usa y revisa modelos
para predecir, probar y describir fenomenos mas abstractos y disenar sistemas. Se desarrollan modelos para predecir y describir fenomenos y mecanismos no observables (PD2: 8.3, 8.4).
Desarrolla y usa modelos: El estudiante usa y revisa modelospara predecir, probar y describir fenomenos mas abstractos y disenar sistemas. Se desarrollan modelos para predecir y describir fenomenos o mecanismos no observables, y paragenerar datos que prueben ideas sobre los sistemas disenados, incluyendo aquellos que representan entradas y salidas (PD2: 9.3).
Estándares e Indicadores
Relevantes Estándar: Conservación y Cambio
EI.F.CF1.CC.1
Desarrolla y usa un modelo para describir como el numerototal de atomos no cambia en una reaccion quimica, y porlo tanto la masa se conserva. El enfasis está en aplicacionde la ley de conservacion de la materia en las ecuacionesquimicas balanceadas representado por modelos fisicos o dibujos, incluyendo los medios digitales, para representaratomos (8.3).
Estándares e Indicadores
Relevantes Estándar: Conservación y Cambio
EI.T.CT2.CC.3
Formular preguntas que sustenten la evidencia sobre los
factores que han provocado el aumento en la temperatura
global durante el siglo 20 y los primeros anos del siglo
21(9.4).
Estándares e Indicadores
Relevantes Estándar: Conservación y Cambio
EI.T.CT3.CC.1
Aplica principios cientificos para disenar un metodo de monitoreo para minimizar algun impacto humano sobre el ambiente. Ejemplos de procesos de diseno pueden incluirexaminar los impactos humanos sobre el ambiente, evaluar las soluciones posibles, y disenar y evaluarsoluciones que pueden ayudar a reducir el impacto. (9.4).
Estándares e Indicadores
Relevantes Estándar: Interacciones y Energía
EI.F.CF3.IE.5
Construye, usa y presenta argumentos para apoyar la
premisa de que cuando la energia cinetica de un objeto
cambia, se transfiere energia desde o hacia el objeto. El
enfasis está en la Ley de Conservacion de Energia(8.4).
Estándares e Indicadores
Relevantes Estándar: Interacciones y Energía
EI.T.CT2.IE.3
Identifica los componentes y describe el proceso que
ocurre en los ciclos biogeoquimicos de carbono, nitrogeno
y fosforo entre otros. (9.3, 9.4).
Estándares e Indicadores
Relevantes Estándar: Estructura y niveles de organizacion de la
materia:
EI.F.CF4.EM.1
Planifica una investigacion para recopilar evidencia
que describa las propiedades de las ondas de sonido y
de las ondas de luz. El enfasis está en el modelo del
espectro electromagnetico y la diferencia entre las
ondas mecanicas y electromagneticas (8.4).
Definición de Ecosistema
Consiste de todos los organismos (factores bióticos)
interaccionando en un área dada y de todos los componentes
físicos y químicos (factores abióticos) de los que dependen.
Factores Bióticos
Incluye todos los seres vivos y sus interacciones:
Interacciones intra-específicas: relaciones entre
organismos de la misma especie.
Interacciones inter-específicas: relaciones entre
organismos de diferentes especies.
Factores Abióticos Presentes
en los Ecosistemas:
Temperatura
Agua
Luz solar
Viento
Rocas y suelos (complejidad física, pH, minerales).
Ecosistema Terrestre
Bosque Tropical
El Terrario Como Ecosistema
Artificial Dibuje la composición de su terrario.
Dibujo # 2
Terrario
Identifique factores bióticos y abióticos asociados a su
terrario.
Terrario
Mencione algún tipo de relación interespecífica y/o
intraespecífica que esté ocurriendo en su terrario.
Dinámica de los Ecosistemas
La dinámica de los ecosistemas envuelve dos vertientes claves
para entender su funcionamiento:
El flujo de energía
El reciclaje de la materia.
Flujo de Energía en los
Ecosistemas:
Definición de energía: capacidad para realizar trabajo.
Los seres vivos la utilizan para reproducción, desarrollo y
para procesos metabólicos que los mantienen vivos.
Sin energía, no habría vida.
¿ Cómo Entra la Energía en los
Ecosistemas ?
La energía entra en la mayoría de los ecosistemas en la forma de
fotones de luz solar y es capturada por organismos
fotoautótrofos.
Fotoautótrofos: organismos que producen su propio
alimento (i.e plantas, algas, procariótas fotosintéticos).
Los fotoautótrofos transforman la energía del sol en energía
química (carbohidratos) vía el proceso de fotosíntesis.
La luz solar como fuente de
energía:
La luz es un tipo de radiación electromagnética.
Se compone de “paquetes” de energía llamados fotones.
Los fotones tienen asociado una cantidad de energía.
Esta energía corresponde a su longitud de onda.
La luz es una onda
Longitud de onda (λ)= la distancia entre crestas.
La longitud de onda determina la cantidad de energía.
A menor λ, mayor energía.
Espectro Electromagnético:
Nos muestra las diferentes radiaciones que recibe nuestro
planeta.
Las radiaciones con largo de onda corta son muy
energéticas, pero dañinas para la mayoría de los seres
vivos.
Las radiaciones con largo de onda larga no tienen la
suficiente energía para impulsar procesos biológicos.
Las radiaciones intermedias tienen la energía ideal para
procesos biológicos.
Espectro Electromagnético
Visible light
Gamma
raysX-rays UV Infrared
Micro-
waves
Radio
waves
10–5 nm 10–3 nm 1 nm 103 nm 106 nm1 m
(109 nm) 103 m
380 450 500 550 600 650 700 750 nm
Longer wavelength
Lower energy
Shorter wavelength
Higher energy
Ecuación que Resume el Proceso de Fotosíntesis
6 CO2 + 12 H2O + Fotones C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Photo by Nasim Mansurov (http://photographylife.com
Terrario Identifique los organismos autótrofos en su
terrario:
¿ Donde ocurre el proceso de fotosíntesis en su
terrario ?
Fotosíntesis en los Cloroplastos
Bio.miami.edu
Célula Vegetal
CYTO-SKELETON
NUCLEUS
Smooth endoplasmicreticulum
Chloroplast
Central vacuole
Microfilaments
Intermediatefilaments
Cell wall
Microtubules
Mitochondrion
Peroxisome
Golgiapparatus
Plasmodesmata
Plasma membrane
Ribosomes
Nucleolus
Nuclear envelope
Chromatin
Wall of adjacent cell
Rough endoplasmicreticulum
Terrario Describa el proceso de fotosíntesis en su terrario,
indicando donde están los reactivos y productos
de su ecuación.
6 CO2 + 12 H2O + Fotones C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Dibujo # 2
Flujo de Energía en los
Ecosistemas:
Una vez incorporada en la planta (enlaces químicos de los
carbohidratos), la energía pasa a los organismos consumidores
(heterótrofos) en forma de compuestos orgánicos en su alimento.
Terrario ¿ Están presentes organismos heterótrofos en su
terrario ?
¿ Cuál o cuáles ?
Flujo de Energía en los
Ecosistemas:
En las células de los heterótrofos se transforma la energía de los
compuestos orgánicos en energía para llevar a cabo los procesos
metabólicos (ATP) mediante el proceso de respiración celular en las
mitocondrias.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP + calor).
Terrario Ilustre el proceso de respiración celular en su
terrario.
Indique donde están los reactivos y productos de
la ecuación.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP +
calor).
Flujo de Energía en un Ecosistema
“Primera Ley de Termodinámica”
Transferencia de Energía Entre
los Niveles Tróficos:
La transferencia de energía entre los niveles tróficos es
usualmente poco eficiente.
Nivel trófico: posición que ocupa un organismo en la cadena de
alimento en un ecosistema.
Tet.jnlive.mobi
Se va perdiendo energía a la vez que esta fluyea través
de los diferentes niveles tróficos en un ecosistema.
Terrario Conteste asumiendo que su terrrarium nunca se
abriera.
¿ Cuál sería la fuente de CO2 en su terrario ?
Terrario
Pregunta de Análisis ¿ Cuál otro ser vivo en su terrario produce CO2 ?
Terrario Conteste asumiendo que su terrrarium nunca se
abriera.
¿ Cuál sería la fuente de O2 en su terrario ?
Terrario Ilustre en su terrario la integración de los procesos
de fotosíntesis y respiración celular:
Reciclaje de la Materia en los
Ecosistemas:
La segunda vertiente clave en el funcionamiento de los
ecosistemas es el reciclaje de materia o elementos
químicos.
¿ Cómo se Mueve la Materia en
los Ecosistemas ?
Los elementos químicos (i.e. carbono, fósforo y nitrógeno) se
mueven de forma cíclica entre los componentes bióticos y
abióticos de un ecosistema.
En los ecosistemas se puede aplicar la Ley de Conservación de
Masa, que postula:
“ La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”
Pasos del Reciclaje de la Materia
en los Ecosistemas:
1- Los organismos fotosintéticos asimilan los elementos en forma
inorgánica (i.e. nitratos, fosfatos) del suelo, aire y agua.
2-Procesos metabólicos transforman los elementos inorgánicos
en compuestos orgánicos formando las diferentes estructuras de
la planta (i.e hojas, tallos, frutos y semillas).
Pasos en el Reciclaje de la
Materia:
3-Parte de estas estructuras son consumidas por animales
herbívoros integrando esta materia orgánica en su cuerpo.
4-Otros animales se alimentan de los herbívoros.
5-Los desechos orgánicos de los animales son convertidos a
materia inorgánica vía el proceso de descomposición bacterias y
hongos).
6-Los elementos son devueltos en forma inorgánica al aire, suelo
y agua para ser reutilizados por los autótrofos.
Niveles Tróficos
Terrario
De ejemplos de compuestos orgánicos en su terrario
Membrana plasmática de una célula eucariótica.
Glyco-
proteinGlycolipid
Fibers of extra-
cellular matrix (ECM)
Carbohydrate
Cholesterol
Microfilaments
of cytoskeletonPeripheral
proteins Integral
protein
EXTRACELLULAR
SIDE OF
MEMBRANE
CYTOPLASMIC SIDE
OF MEMBRANE
Terrario
De ejemplos de compuestos inorgánicos en su terrario
Diferencia entre Materia y
Energía
A diferencia de la materia, la energía no se recicla, por tanto se
necesita una fuente de energía constante, en la mayoría de los
casos, el sol.
Por el otro lado, al reciclarse la materia, se mantiene constante.
Fuera de meteoritos ocasionales, la materia que existe en nuestro
planeta es prácticamente la misma desde su formación.
La Materia se Mueve en los
Ecosistemas a través de Ciclos:
La mayoría de los componentes químicos en un ser vivo
están en un constante intercambio donde se asimilan
nuevos nutrientes y se excretan una vez utilizados.
Estos procesos pueden ser visualizados en ciclos.
Ya que el reciclaje de los nutrientes envuelven
componentes bióticos y abióticos, se les conoce como
ciclos biogeoquímicos.
Ciclo del Agua
Transport
over land
Precipitation
over landEvaporation
from ocean
Precipitation
over ocean
Net movement of
water vapor by wind
Solar energy
Evapotranspiration
from land
Runoff and
groundwater
Percolation
through
soil
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del agua en su
terrario.
Terrario Ciclo del Carbono
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del fósforo en su
terrario.
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del nitrógeno en su
terrario.
Ciclo de Carbono
www.windows2universe.org
Ciclo del Carbono
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del carbono en su
terrario.
Relación del Ciclo del
Carbono con el Efecto
Invernadero y Calentamiento
Global
Enfoque
Es común confundir el efecto invernadero con el
calentamiento global.
A pesar de estar relacionados, son dos fenómenos
distintos.
¿Qué es el Efecto Invernadero ?
Es el fenómeno por el cual ciertos gases en la
atmósfera planetaria retienen parte de la energía que
el suelo emite al haber sido calentado por la radiación
solar.
Gases Principales Asociados al Efecto
Invernadero
Itech.dickinson.edu
Efecto Invernadero
www.nc-climate.ccsu.edu
¿Qué es el Efecto Invernadero ?
El efecto invernadero es el que ha establecido las
temperaturas en nuestro planeta desde hace millones de años.
Sin el efecto de invernadero, las temperaturas promedios del
Planeta serían de -18 a -22 grados centígrados.
¿Qué es el Efecto Invernadero ?
A diferencia de la creencia popular, el efecto de invernadero
natural no es negativo para los seres vivos en el presente.
El efecto Invernadero existe desde mucho antes que la
especie humana y fue clave para su evolución.
Relación del Efecto Invernadero y
Calentamiento Global:
Desde el comienzo de la revolución industrial, las
concentraciones de CO2 atmosféricos han aumentando debido
a la quema de madera y de combustibles fósiles para obtener
energía.
Crecimiento de la Población Humana
www.theoildrum.com
Crecimiento de la Población Humana
Correlacionado con el Uso de Petróleo
Land plants560
Soils1500
Ocean38,000
CO2 in Atmosphere720
combustion5
destructionof vegetation
2
photosynthesis120
respiration60
deadorganismsand animal
waste
decay60
runoff0.4
105 diffusion
bicarbonate (HCO3–)
107
sedimentation0.1
coal
oil
natural gas
Efecto Invernadero y
Calentamiento Global
La quema de combustibles fósiles tiene el efecto de liberar el carbono de moléculas orgánicas (i.e petróleo, carbón, gas natural) que estaban bajo la superficie del Planeta.
El carbono liberado reacciona con el oxígeno atmosférico y produce CO2 adicional.
C + O2 = CO2
¿Cuál es el efecto de este CO2 adicional ?
Comparación de el Efecto Invernadero
Natural y Acelerado
www.essentialenergy.com
Efecto Invernadero y
Calentamiento Global
Como resultado, las temperaturas a nivel global han
aumentado significativamente en los últimos 150 años.
Correlación de Aumento de CO2 con
Temperatura
Correlación de Aumento de Co2 con
Temperatura
Efecto Invernadero y
Calentamiento Global
Se predice que para el final de este siglo, se duplique la
cantidad de CO2 y que la temperatura aumente en 2 grados
centígrados.
Consecuencias del
Calentameinto Global Derretimiento de los glaciales y las capas de hielo en
el océano. Aumento de los niveles del mar (100 m) causará la
inundación de muchas ciudades costeras y podría aumentar la intensidad de los huracanes.
Patrones de tiempo más extremos. Cambio en los patrones de precipitación (más sequías
e inundaciones). Pérdida o reemplazo de especies en bosques. Disminución de los arrecifes de coral. Expansión de organismos portadores de
enfermedades tropicales (malaria).
Efecto del Calentamiento Global en el Hielo
Polar
Derretimiento de Glacial en las Himalayas
Comparando el 1932 y 2005
Derretimiento de Glacial en Alaska
Comparando el 1891 y 2005
Aumento del Nivel del Mar
ngm.nationalgeographic.com
Aumento del Nivel del Mar
disruptablog.tumblr.com
Actividad Establecer como las plantas aminoran la cantidad de
CO2 atmosférico vía el proceso de fotosíntesis.