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ECOSISTEMAS. FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS. a) Flujo de energía en el ecosistema Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos Ecosistemas basados en energía solar y en energía química Fotosíntesis Productividad - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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.