unidad 3: dinÁmica de la biosfera. problemÁtica y … · formado por . ecosfera radiación dada...
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II Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2º Bachillerato.
Belén Ruiz
IES Santa Clara.
CTMA 2º BACHILLER
Dpto Biología y Geología
UNIDAD 3: DINÁMICA DE LA BIOSFERA. PROBLEMÁTICA Y
GESTIÓN SOSTENIBLE I.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/ctma/
Definiciones
Ecología: Ciencia que estudia los
ecosistemas.
Ecologismo: Ideología
sociopolítica que propugna la
defensa de la naturaleza y la
armonía entre ésta y el progreso.
ECOSISTEMA
ECOSISTEMA
BIOTOPO BIOCENOSIS
O COMUNIDAD
HUMEDAD, TEMPERATURA,
GASES, NUTRIENTES
SALINIDAD Y TIPO DE GASES
CONJUNTO DE POBLACIONES
INTERRELACIONADAS
conjuntos de individuos de la
misma especie que viven en un
área y tiempo determinado
BIOTOPO ó factores abióticos del ecosistema
• Factores topográficos (pendiente,
relieve,..)
• Climáticos ( Tª, precipitaciones,
humedad,…)
• Químicos (composición)
• Edáficos (suelo)
ECOSFERA=TIERRA
Conjunto de todos los
ecosistemas de la Tierra
definición
biotopo Biosfera= biocenosis
Conjunto de todos los
seres vivos de la Tierra
definición
Formado por
ECOSFERA
Radiación
Infrarroja
(calor)
Radiación
reflejada
SISTEMA CERRADO
(Se desprecia la masa
de los meteoritos
dada su poca masa
relativa)
Radiación
electromagnética
solar (luz visible
mayoritariamente)
ABIERTO PARA LA ENERGÍA Y CERRADO PARA LA MATERIA
Un sistema no es un simple conjunto, sino que todas sus partes se
relacionan entre si, funcionando como un “todo”, una única unidad.
RELACIONES TRÓFICAS “mecanismo de transferencia de energía y materia de
unos organismos a otros en forma de alimento”
Los niveles tróficos
Productores
Consumidores I
Consumidores II
Consumidores III
Descomponedores
RELACIONES TRÓFICAS
Las CADENAS TRÓFICAS, representa un conjunto de seres
vivos ordenados de modo que cada uno constituye el alimento del siguiente, y unidos mediante flechas que indican el sentido en el que la energía y la materia fluyen a través de la cadena. INDICA LA DIRECCIÓN DE TRANSFERENCIA DE LA BIOMASA (Y ENERGÍA).
La estructura trófica de un ecosistema refleja la forma en que los seres vivos
acceden a los nutrientes .
RELACIONES TRÓFICAS
Las cadenas tróficas
RELACIONES TRÓFICAS
CADENAS TRÓFICAS están formada por una serie de organismos de un ecosistema
ordenados linealmente y en la cual, cada individuo come al que le precede.
¿Qué cadena trófica podemos
obtener observando la figura?
PLANTA ACUÁTICA
SALTAMONTES
RANA
ZORRO
RELACIONES TRÓFICAS
PRODUCTORES: Son autótrofos (capaces
de convertir materia inorgánica en orgánica)
CONSUMIDOR
PRIMARIO
CONSUMIDOR
SECUNDARIO
DESCOMPONEDORES: Son
heterótrofos que descomponen restos
orgánicos hasta materia útil para los
productores
CONSUMIDORES: Heterótrofos
(utilizan la materia orgánica
producida por los autótrofos)
NIVELES TRÓFICOS
Las redes tróficas
RELACIONES TRÓFICAS
¡una especie
puede ocupar
varios niveles
tróficos en un
ecosistema!
RED TRÓFICA EN EL OCÉANO ANTÁRTICO
RED TRÓFICA DE UNA PRADERA
REDES TRÓFICAS DE UN BOSQUE DEL HEMISFERIO NORTE
RED TRÓFICA DE UNA PRADO DE SIEGA DE CANTABRIA.
Red trófica de una prado de siega de Cantabria.
FLORA HERBACEA:
PRODUCTORES:
Lolium perenne
Holcus lanatus
Festuca arundinacea
Dactilis glomerata
Taxacum officinale. (Diente de león)
Primula vulgaris
Trifolium pratense (Trébol rojo)
Trifolium repens (Trébol blanco)
CONSUMIDORES 1º
Microtus agrestes (ratilla agreste)
Lepus europaeus (liebre)
Mus domesticus (ratón común)
Coturnix coturnix (Codorniz)
Insectos
Carduelos carduelos (Jilguero)
CONSUMIDORES 2º
Hirundo rustica (golondrina común) (es
insectivora)
Lacerta muralis (lagartija)
Chalcides chalcides (eslizón)
Vipera seoanei (víbora europea)
EJEMPLOS DE
CADENAS
TRÓFICAS
ACUÁTICAS Y
TERRESTRES
PRODUCTORES
(primer nivel
trófico)
AUTÓTROFOS
FOTOSINTÉTICOS
QUIMIOSINTÉTICOS
¿QUIÉNES
SON?
ORGANISMOS
CO2 + H2O + SALES MINERALES ===>MATERIA ORGÁNICA + O2
LUZ
•Reino monera (bacterias y cianobacterias).
•Algas (unicelulares y pluricelulares)
•Plantas superiores
FASES:
FASES
1ª SUSTANCIA INORGÁNICA A SUSTANCIA INORGÁNICA B + ATP.
2ª BIOSÍNTESIS ORGÁNICA (SIMILAR AL CICLO DE CALVÍN). BACTERIAS INCOLORAS DEL AZUFRE:
1ª Fase: H2S + ½ O2 S + H2O + energía (ATP)
2ª Fase: CO2 + Energía CH2O
Ecuación global :
CO2+ O2 + 4 H2S CH2O + 4S + 3 H2O
Reino monera (ej. BACTERIAS
INCOLORAS DEL
AZUFRE, que
viven junto a los volcanes
submarios, utilizan H2S;
BACTERIAS NITRIFICANTES;
BACETIAS DEL HIERRO;
BACTERIAS DEL HIDRÓGENO
Y METANO)
Plantas
terrestres
fitoplancton
OXIDACIÓN
QUIMIOSINTÉTICOS
QUIMIOAUTÓTROFOS
QUIMIOLITOTROFOS
PRODUCTORES
¿Para qué sirve la materia
orgánica producida en la fotosíntesis?
Respiración Producir materia
(parte de las moléculas orgánicas elaboradas en la fotosíntesis, sirve de materia prima
para la construcción de macromoléculas,
con las que los productores se reproducen y crecen )
MATERIA ORGÁNICA + O2 ==> ATP + CO2 + H2O + calor
Se almacena. Se forman
tejidos vegetales,
pudiendo ser transferida
en forma de
alimento al resto
de los niveles tróficos
consumidores y descomponedores)
Participan en el mantenimiento
de los ciclos de materia:
de oxígeno, de carbono,
de nitrógeno, etc.,
siendo importantes sumideros de CO2
y emisores de O2.
Se almacena en los tejidos
vegetales y puede ser
transferida al resto de niveles
tróficos
RELACIONES TRÓFICAS
NIVELES TRÓFICOS Productores
Se usa para
Usarla por los fotosintéticos en
la respiración
PRODUCTORES
Herbívoros o CONSUMIDORES PRIMARIOS
(se alimentan directamente de los productores). Insectos, mamíferos herbívoros, zooplancton.
Carnívoros o depredadores o CONSUMIDORES SECUNDARIOS.
Ejemplo: Lobo, serpiente, lagartija, etc
Carnívoros finales (supedepredadores) o CONSUMIDORES TERCIARIOS.
Ejemplo: águila culebrera (se alimenta de serpientes y lagartijas)
CONSUMIDORES
C
O
N
S
U
M
I
D
O
R
E
S
Todos son heterótrofos
• En cada nivel puede tener ramificaciones: - Omnívoros: son los que se alimentan tanto de productores como
de consumidores.
- Carroñeros o necrófagos: se alimentan de cadáveres, como buitres y chacales.
- Detritívoros: consumen fragmentos de materia orgánica, como son las lombrices del suelo.
CONSUMIDORES
La función de los consumidores es
contribuir a la circulación de energía y de materia
a través del ecosistema
RELACIONES TRÓFICAS
NIVELES TRÓFICOS Consumidores
Heterótrofos que usan la materia orgánica
producida por los autótrofos, de forma
directa o indirecta para realizar sus
funciones vitales por mecanismos
respiratorios
Consumidores primarios o herbívoros: Se
alimentan de los productores y son el 2º nivel
trófico
Consumidores secundarios o carnívoros:
Son el tercer nivel trófico y se alimentan de
herbívoros
Carnívoros finales: Se alimentan de los
carnívoros y constituyen el 4º nivel
RELACIONES TRÓFICAS
NIVELES TRÓFICOS Consumidores
Una RED TRÓFICA es el
conjunto de cadenas
tróficas interconectadas
que pueden establecerse
en el ecosistema.
Por lo general cada
organismo de un
ecosistema se alimenta
de diversas fuentes.
Omnívoros: Se alimentan de más de un nivel trófico y es
un carácter adaptativo que garantiza la supervivencia Carroñeros o necrófagos: Se alimentan de cadáveres Saprofitos o detritívoros: Consumen todo tipo de detritus
DESCOMPONEDORES
Transforman la materia
orgánica en materia
inorgánica
FUNCIÓN
Cierran el ciclo
de materia (reciclan la
materia orgánica)
Todos los seres vivos
al respirar liberan H2O y
CO2 que son necesarios para la vida
vegetal pero no reciclamos todas las
moléculas necesarias,
como las sales minerales.
¿De dónde proviene la
materia orgánica que
descomponen?
•Desechos (orina, sudor, heces).
•Organismos muertos
Tipos
TRANSFORMANTES MINERALIZADORES
transformadores
•Heterótrofos
•Saprófitos
Utilizan materia
orgánica muerta
Materia orgánica muerta moléculas sencillas (orgánica e inorgánicas)
•Bacterias del suelo y
de los fondos oceánicos.
•Hongos
mineralizadores
Autótrofas
quimiosintéticas
Utilizan materia
inorgánica (que está
todavía reducida)
materia inorgánica (NH3 ) Energía (ATP) + materia
inorgánica
Bacterias
oxidación
CO2 + SALES MATERIA ORGÁNICA (materia inorgánica)
Energía (ATP)
función
•Elaboran materia orgánica a partir
de sustancias inorgánicas. Son
PRODUCTORES.
•Liberan materia inorgánica oxidada
(alimento de los organismos
fotosintéticos) => cierran el ciclo de
materia.
RELACIONES TRÓFICAS
NIVELES TRÓFICOS Descomponedores
Heterótrofos de un tipo especial de detritívoros
que transforman la materia orgánica en
inorgánica útil para los productores
DESCOMPONEDORES PRODUCTORES
Materia
orgánic
a
Materia
inorgánic
a
RESPIRACIÓN (Proceso catabólico)
¿RESPIRAN TODOS
LOS SERES VIVOS?
SÍ
¿QUÉ FINALIDAD TIENE LA
RESPIRACIÓN?
OBTENER ENERGÍA BIOQUÍMICA (ATP)
¿CÓMO UTILIZA EL SER VIVO ESTE
ATP?
REALIZA LAS FUNCIONES VITALES Y
ADEMÁS LO UTILIZA EN CREAR SU
PROPIA MATERIA ORGÁNICA
(ANABOLISMO)
La respiración es la conversión de materia orgánica en dióxido de carbono y agua que tiene lugar en todos los seres vivos y que
conlleva la liberación de energía. La respiración aeróbica se puede representar mediante la siguiente ecuación de términos.
Glucosa + oxígeno => dióxido de carbono + agua
Durante la respiración se disipan grandes cantidades de energía en forma de calor, con lo que aumenta la entropía en el
ecosistema, lo que permite a los organismos mantener una entropía relativamente baja y, de este modo, un alto grado de
organización.
¿EN QUÉ
LUGAR SE
PRODUCE?
EN TODAS
LAS
CÉLULAS
¿TIPOS?
ANAERÓBICA (En
ausencia de oxígeno).
Bacterias que viven en
ausencia de oxígeno.
AERÓBICA (En
presencia de oxígeno).
Todos los seres vivos,
incluidas bacterias que
vivan en presencia de
oxígeno
RESPIRACIÓN (Proceso catabólico)
Durante la respiración se disipan grandes cantidades de
energía en forma de calor, con lo que aumenta la entropía
en el ecosistema, lo que permite a los organismos
mantener una entropía relativamente baja y, de este modo,
un alto grado de organización.
BAJA ENTROPÍA
CALOR
CO2
VAPOR
DE AGUA
MANTIENEN
SU
BAJA
ENTROPÍA
INTERIOR
LIBERANDO
AL ENTORNO
AL
RESPIRAR
CO2
Y
VAPOR DE
AGUA
(MOLÉCULAS
DE ALTA
ENTROPIA)
SERES VIVOS SON:
SISTEMAS
ORDENADOS
SISTEMAS
ABIERTOS
¿Cómo cumplen el 2º Principio de la Termodinámica?
FOTOSÍNTESIS
El oxígeno es el producto de desecho de la fotosíntesis.
Este oxígeno es utilizado en la respiración.
El CO2 producido en la respiración es agotado para la fotosíntesis, las tasas de los dos
procesos son iguales y no hay liberación neta de O2 ni de CO2. Esto ocurre en
oscuridad o al amanecer cuando la intensidad de la luz no es muy alta. Recibe el
nombre de “punto de compensación de una planta”, ni añade biomasa ni la agota
para permanecer vivo en este punto
CO2 + H2O + SALES MINERALES ===>MATERIA ORGÁNICA + O2
Autótrofos fotosintéticos
luz
P
R
O
D
U
C
T
O
R
E
S
C
O
N
S
U
M
I
D
O
R
E
S
Heterótrofos (toman materia
orgánica elaborada)
Materia orgánica muerta moléculas sencillas
(orgánica e inorgánicas)
DESCOMPONEDORES
transformadores
materia inorgánica (NH3 ) Energía (ATP) + materia
inorgánica
oxidación
CO2 + SALES MATERIA ORGÁNICA
(materia inorgánica)
Autótrofos quimiosintéticos
Energía (ATP)
DESCOMPONEDORES
mineralizadores
Relaciones tróficas en una marisma
LA MATERIA Y LA ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
La materia “circula”
La energía “fluye”
Ecosistemas
SOSTENIBILIDAD NATURAL
Reciclan la materia al máximo obteniendo nutrientes que
no se escapen y sin producir desechos no utilizables
Usan la luz solar como fuente de energía
La materia y la energía en el ecosistema
La materia “circula”
“El ciclo de
materia
tiende
a ser CERRADO”
El ciclo de materia tiende a ser cerrado
Gasificación
(atmósfera) lixiviado
Quedan enterrados
en condiciones
anaeróbicas
(millones de años)
Combustibles
fósiles
•Carbón
•Petróleo
•Gas natural
Porque se pierde por
Se convierten en
El reciclado de la materia (cerrado)
DESCOMPONEDORES
Materia
orgánic
a
Materia
inorgánic
a
BIODEGRADABLE
Vuelve a ser utilizada por los productores
Se recicla y no se pierde
Vía aerobia
Vía anaerobia
Lo pueden hacer
por
La materia y la energía en el ecosistema
La energía “fluye”
Energía luminosa Calor
Calor
Calor
“El flujo
de energía
es
ABIERTO”
Flujo de energía (abierto)
La energía solar entra mediante
fotosíntesis en las cadenas tróficas
Pasa de unos eslabones a
otros mediante el alimento
Sale en forma de calor
El flujo de energía es abierto Flujo abierto y unidireccional
El flujo de energía es abierto
La transferencia
de energía
es
UNIDIRECCIONAL
La energía
disminuye desde
los productores hasta los
últimos niveles
1er Principio de la
Termodinámica:
“la energía no se pierde
se transforma”
Disminuye el flujo
porque parte se pierde
en la respiración y como
calor (tras
ser utilizada para el
mantenimiento de las
funciones vitales
Energía entrante =
Energía acumulada
(= materia orgánica)
+
calor
PARÁMETROS TRÓFICOS
Los parámetros tróficos describen cómo se produce el flujo de energía
y el ciclo de la materia a través de los componentes de un ecosistema
.su análisis nos ayuda a comprender las relaciones que se
establecen entre los diferentes seres vivos.
Los parámetro
tróficos permiten
seguir la pista a la
energía y la materia
en su transcurrir por
los seres vivos
PARÁMETROS TRÓFICOS
BIOMASA.
PRODUCCIÓN.
PRODUCTIVIDAD.
TIEMPO DE RENOVACIÓN.
EFICIENCIA.
PARÁMETROS TRÓFICOS I
• BIOMASA Cantidad de peso seco de materia orgánica viva o muerta (necromasa) de
cualquier nivel trófico o ecosistema.
Es la forma que tienen los ecosistemas de almacenarla energía. Constituye la reserva
momentánea de cada nivel trófico.
La Biomasa se mide en Kilogramos , gramos , miligramos o mas frecuentemente en
cantidad de Carbono por unidad de área o volumen . gC/cm2; KgC/m2.
Poca materia orgánica en los tejidos
vivos , la mayoría está en depósitos
bajo tierra como el carbón o el petróleo
)
Sólo el 0,2 % de la energía del Sol
que llega a la Tierra es aprovechada
por los productores
¿ En qué se pierde ?
Parece poco , pero es mucha energía y
sobre todo es la energía que hace posible
la vida
PRODUCTIVIDAD PRIMARIA BRUTA es lo se produce mediante la fotosíntesis , pero a eso hay que restar
los gastos de vivir ( la respiración )
A lo que queda ,es decir los vegetales que vemos en el campo se le llama PRODUCTIVIDAD PRIMARIA
NETA
PARÁMETROS TRÓFICOS I
• PRODUCCIÓN Cantidad de energía que fluye por cada
nivel trófico. gC/cm2. día; Kcal/ha.año.(1 Julio=0,24 cal).
– Producción primaria: energía fijada autótrofos.
– Producción secundaria: energía fijada resto niveles
tróficos.
– Producción bruta: cantidad de energía fijada por
unidad de tiempo .
– Producción neta: energía almacenada en cada nivel
por cada unidad de tiempo.
PN= PB-R
PRODUCTIVIDAD PRIMARIA NETA (PPN) => es útil para medir la productividad de
las plantas.
La glucosa producida en la fotosíntesis tiene dos destinos principales =>
Parte es utilizado en la respiración para obtener ATP (energía bioquímica) proceso
que implica perdidas en forma de calor. Esta energía es utilizada para que el
organismo realice sus funciones vitales (nutrirse, relacionarse, reproducirse) .
El resto es depositado en las células en forma de materia y representa la masa
seca almacenada (este almacén es potencialmente comida para los consumidores
del ecosistema)
PPN=PPB-R (representa la tasa de producción de materia orgánica a partir de la fotosíntesis
menos la tasa de respiración)
Proporciona una medida sobre la producción y la utilización de los recursos
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La cantidad total de materia en las plantas, es la cantidad
máxima de energía que está disponible para todos los
animales (herbívoros y carnívoros)
La materia de las plantas tiene dos destinos principales =>
Parte se pierde (cuando muere el organismo o cuando es descompuesto)
Parte es comido por los herbívoros lo cual significa que se moviliza la PP.
La cantidad de biomasa producida sufre variaciones:
–Espacialmente: algunos biomas tienen mucho diferente PPN que otros.
Ejemplo: la selva tropical en relación con la tundra.
–Temporalmente: muchas especies tienen patrones de estacionalidad de
productividad vinculados a cambios en la disponibilidad de recursos
básicos (luz, agua y calor)
Hay que distinguir entre
reservas de energía
ilustrada mediante casillas
en los diagramas de flujo de
energía (que representan
los distintos niveles
tróficos) y los flujos de
energía o productividad
representados
frecuentemente como
flechas (a veces de
anchuras variables). Las
primeras se miden como la
cantidad de energía o
biomasa por unidad de
superficie y los últimos se
indican como tasas (por
ejemplo, J m-2 a-1).
Pongámosle
cifras a todo
esto
Veamos una
imagen sobre el
flujo de energía
que circula por
un ecosistema y
veamos lo que
ocurre con los
productores
¿ Qué
porcentaje de
la energía del
sol utiliza la
planta ?
¿ Cual es la
productividad
primaria Bruta?
¿ Cual es la
productividad
primaria neta ?
Parámetros tróficos
Producción (P)
Productores
PPb
Energía solar
Calor
Respiración
PPn Pb
de los
herbívoros
Respiración
Energía no
utilizada
Energía no
asimilada
Pn Pb
carnívoros
Respiració
n
E no utilizada E no
asimilada Descom-
ponedores
Pn
PRODUCTIVIDAD Secundaria : Biomasa fabricada por los
consumidores (herbívoros y carnívoros )
PRODUCTIVIDAD SECUNDARIA BRUTA ( PSB ): Es el alimento ingerido
y asimilado . Mucho del alimento consumido es indigerible y otra parte no
se asimila siendo eliminados ambas partes por las heces.
Los herbívoros desechan mayor % alimento en las heces que los
carnívoros . ¿ sabes por qué ?
PRODUCCIÓN SECUNDARIA NETA ( PSN ): Es el alimento asimilado una
vez que descontamos las pérdidas por respiración ( requerimientos
metabólicos , movimiento , desprendimiento de calor )
¿ Quien tiene mayores pérdidas en la Respiración los
Productores o los Consumidores ?
PSB= alimento ingerido –pérdidas fecales
PSN= PSB-R
PRODUCTIVIDAD SECUNDARÍA NETA (PSN) => no toda la energía que
llega a los herbívoros está disponible para crear biomasa.
La energía tiene dos posibilidades=>
Se absorbe la parte digerida del alimento y parte se utiliza para los
procesos vitales:
Parte de los nutrientes asimilados son utilizados en la respiración
celular para obtener energía para los procesos vitales.
Parte después de ser absorbidos es eliminado como residuo
nitrogenado en la orina (en la mayoría de los animales).
El resto es asimilado en forma de materia en los tejidos del cuerpo.
El alimento no digerido junto a los nutrientes no absorbidos son eliminados
directamente a través de las heces (egestión).
PSN = energía en la comida ingerida- la energía perdida en las heces
(egestión) – energía usada en la respiración
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Carnívoros Herbívoros
Asimilan el 80% de lo
ingerido.
Su egestión representa
menos del 20%.
Ellos tienen que perseguir
a los animales, por lo que
durante la caza aumenta
la tasa de respiración.
La biomasa está en toda
la presa (esqueleto,
huesos, cuernos, plumas)
pero solo una parte se
digiere y se asimila de la
parte digerible.
Asimilan el 40% de lo ingerido.
Su egestión es un 60%
Se alimentan de plantas
estáticas
• PRODUCTIVIDAD O TASA DE RENOVACIÓN :Pn/B
(intereses/capital) (velocidad en que se renueva la biomasa)
• TIEMPO DE RENOVACIÓN: B/Pn tiempo de renovación.
(es el periodo que tarda en renovarse un nivel trófico o un
sistema)
• EFICIENCIA: salidas/entradas. (Pn/Pn del nivel
anterior).100.
PARÁMETROS TRÓFICOS II
“LA ENERGÍA QUE PASA DE UN ESLABÓN A OTRO ES APROXIMADAMENTE
EL 10% DE LA ACUMULADA EN ÉL”
Parámetros tróficos
Eficiencia
Representa el rendimiento de un nivel trófico
o de un sistema y se calcula con el cociente
salidas/entradas
Eficiencia de los productores
Se valora desde
deferentes tipos de vista
Energía asimilada/energía incidente
< 2% (corresponde a la producción bruta)
Pn/Pb Cantidad de energía incorporada respecto al total
asimilado
10 – 40% en el fitoplacton >50% vegetación terrestre
En consumidores Pn/alimento total ingerido o
engorde/alimento ingerido
Eficiencia ecológica
Fracción de la producción neta de un
determinado nivel que se convierte en
producción neta del nivel siguiente
(PN/PN del nivel anterior) · 100
Teniendo en cuenta la regla del 10 % es más rentable
(eficiente) alimentarse del primer nivel ya que se aprovecha
más la energía y se puede alimentar a un mayor número de
individuos.
(Referencia al vegetarianismo como movimiento ecológico).
Parámetros tróficos
La regla del 10 %
Es más eficiente una
alimentación
a partir del primer nivel
ya que se aprovecha la
energía
y se podrá alimentar a mayor
nº de individuos
Flujo de energía (abierto)
Regla del 10%: La energía
que pasa de un nivel trófico es
aproximadamente el 10% de la
acumulada en el
Se cumple la primera ley de la termodinámica:
La energía entrante en la cadena trófica = Energía
acumulada en cada nivel en forma de biomasa + Calor
desprendido
La disminución del flujo de energía hace que el nº de
eslabones tróficos sea reducido (no más de 5)
Alimento ingerido pero no asimilado =
Pérdidas ( se elimina en las heces )
Alimento asimilado = PSBruta
Alimento asimilado una vez
descontado los gastos por
Respiración = PS Neta
( representa lo que que queda
para el siguiente nivel trófico )
de media representa sólo el 10
% del alimento asimilado
Radiografía de la
Producción
Secundaria
Moraleja : Mucho no se consume ,
de lo consumido mucho no se
aprovecha y de lo que se aprovecha
, mucho se gasta en vivir
Alimento que queda sin
comer por un herbívoro o un
carnívoro
Parámetros tróficos
Producción (P)
Primer nivel.
– Sólo entre un 2 y un 5 % de la
energía solar incidente es
aprovechada por la fotosíntesis
y transformada en materia
orgánica.
Resto de los niveles.
Sólo el 10% de la energía acumulada
por los productores en forma de
biomasa se transfiere a los herbívoros.
Se pierde energía en forma de calor y
con las heces.
Parámetros tróficos
Observa el siguiente dibujo en el que se expresa el destino de la
energía de los alimentos en kilocalorias en el caso de un herbívoro
durante un día.
a) Calcula la producción bruta, la producción neta, la eficiencia y la productividad, teniendo en cuenta que la vaquita pesa 500 kg.
b) Si “ al aumentar la produccion bruta de un individuo, aumenta su producción neta; al aumentar ésta, aumenta la biomasa; pero al aumentar la biomasa, aumenta la respiración; y al aumentar ésta última, disminuye la producción neta”. Dibuja y explica el diagrama causal y aplícalo al caso de esta vaquita.
1
.
2
.
3
.
Impactos ambientales
Pesticidas, mercurio, residuos radiactivos
etc => se introducen en las cadenas tróficas
cuando:
Tasa de excreción < tasa de asimilación
Se acumula en los tejidos (más en los niveles
tróficos superiores)
EFECTO DE CONCENTRACIÓN BIOLÓGICA
Impactos ambientales
El estudio de las redes tróficas puede
prevenir la desaparición o introducción de
especies en los ecosistemas
Ejemplo: introducción en Terranova (1864) de liebres
americanas, o de ratones y conejos en Australia
Consecuencias: erosión y transmisores de enfermedades
a las poblaciones humanas
El problema ambiental de la bioacumulación
Productores Consumidores
primarios Consumidores
secundarios
Consumidores
terciarios
Materia inorgánica
Descomponedores
Energía solar
Los contaminantes del medio ingresan en las cadenas tróficas y se
transfieren junto con la materia y la energía de unos a otros niveles
http://cienciassobrarbe.wordpress.com/2011/05/19/bioacumulacion/
El problema ambiental de la bioacumulación
Bioacumulación
Proceso de acumulación de sustancias tóxicas o de
compuestos orgánicos sintéticos, en organismos
vivos, en concentraciones cada vez mayores y
superiores a las registradas en el medio ambiente.
Ocurre cuando las sustancias
ingeridas no pueden ser
descompuestas ni excretadas
Se mide por el factor de
bioconcentración: Relación
entre la concentración en el
organismo y el aire o agua
circundante
La sustancia puede provenir del
suelo, aire, agua o seres vivos
La vía de entrada puede ser
digestiva, respiratoria o cutánea
Al no metabolizarse se acumula
en grasas y órganos internos
Altas concentraciones causan lesiones o la muerte y la
concentración se eleva al subir en la cadena trófica
Bioconcentración, bioacumulación y
biomagnificación • Bioconcentración: se debe al hecho de que determinados seres
vivos pueden concentrar en su cuerpo los contaminantes, logrando
concentraciones muy superiores a las que se encuentran en el medio
ambiente externo. Relación existente entre las concentraciones del
organismos y el agua o aire circudante.
• Bioacumulación: ocurre cuando el contaminante se va
acumulando a medida que va pasando de un ser vivo a otro en la
cadena alimenticia, de manera que en aquellas especies que se
encuentran en los escalones altos de la pirámide alimentaria la
concentración es muy superior como consecuencia de acumular la de
organismos inferiores que consume en su alimentación.
• Biomagnificación: es cuando el factor de bioconcentración
aumenta con la edad del organismo afectado.
El problema ambiental de la bioacumulación
A la vista del siguiente gráfico, calcular la concentración de PCBs
(Policloruros de bifenilo) en las gambas y en las gaviotas del lago Ontario,
teniendo en cuenta que se presentan los factores de bioconcentración de
cada una de las especies en la cadena alimentaria.
LAS PIRÁMIDES ECOLÓGICAS
Representan relaciones numéricas entre niveles tróficos consecutivos de una comunidad.
PIRAMIDES DE PRODUCTIVIDAD. Representan el flujo energético de cada nivel.
Pirámides de productividad reales.
PIRÁMIDES DE BIOMASA. Cantidad de biomasa acumulada en cada nivel.
Pirámides de biomasa reales.
Pirámides de biomasa invertida.
PIRÁMIDES DE NÚMEROS. Recuento del número total de individuos que constituyen cada nivel.
Pirámides de números reales.
Pirámides de números invertida.
LAS PIRÁMIDES ECOLÓGICAS
productores
Representan gráficamente como varía una característica entre los diferentes
niveles tróficos
Cada nivel se representa por
un piso de la pirámide
La base es el nivel de los
productores y encima están
por orden los demás niveles consumidores primarios
consumidores secundarios
consumidores terciarios
La altura de los pisos es igual
y la anchura es proporcional a
la característica que se
representa (energía
acumulada, biomasa o nº de
individuos)
Muestran la cantidad de Biomasa en
un momento determinado ( es decir la
Reserva en un momento determinado
) pero no está representado el factor
tiempo , no indican Producción ni
Productividad
Algunos ecosistemas acuáticos presentan
pirámides de Biomasa invertidas . Debido a
la elevada tasa de reproducción del fitoplacton
Suelen tener formas muy estrechas
con una base muy ancha , ya que
generalmente la Biomasa de los
productores es muy superior a la de
los consumidores
Pirámide de biomasa
Una pirámide de biomasa representa las existencias permanentes o reserva de cada nivel trófico, medida
en unidades como gramos de biomasa por metro cuadrado (g m-2) o Julios por metro cuadrado (J m-2)
(unidades de biomasa o energía).
Las pirámides de biomasa pueden presentar mayores cantidades a niveles tróficos más elevados debido
a que representan la biomasa presente en un momento fijo, a pesar de lo cual las variaciones
estacionales pueden ser significativas.
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El fitoplancton se reproduce muy
rápidamente pero su biomasa es
pequeña. Como una pirámide
representa la biomasa a la vez.
Ejemplo en invierno la barra de
fitoplancton puede ser mucho
menos que la del zooplancton
(consumidor primario)
DESVENTAJAS=>
Sólo usa ejemplos desde poblaciones, así que es
imposible medir la biomasa exactamente.
Los organismos deben estar muertos para medir la
biomasa.
El tiempo en el que se mide la biomasa afecta a los
resultados. En el caso de las algas la biomasa cambia a
lo largo del año por consiguiente la forma de la pirámide
también cambia con la época del año. Las secuoyas
gigantes de California han acumulado su biomasa a lo
largo de los años, en el mismo nivel trófico las algas de
un lago han necesitado unos pocos días para acumular
la misma cantidad de biomasa. Estas pirámides no
muestran estas diferencias.
Pirámides con la misma biomasa no significa que
contengan la misma energía. Ejemplo, un lirón almacena
gran cantidad de biomasa en forma de ácidos grasos,
alrededor de 37 kJ g-1 de energía química potencial pero
un carnívoro almacena carbohidratos y proteínas,
alrededor de 17 KJ g-1 de energía química potencial.
Algunos organismos contienen una alta proporción de
partes no digeribles tales como el exoesqueleto de los
crustáceos.
PIRÁMIDE DE BIOMASA
INVERTIDA
Pirámides de números
Representan el número de individuos
que hay en cada nivel trófico . Se
utilizan poco ya que muestran una
información muy fragmentaria de la
estructura trófica del ecosistema
Gran cantidad de consumidores
primarios de pequeño tamaño se
alimentan de productores de gran
tamaño
1. El número de organismos de cada nivel
trófico está representado por la
longitud (o el área de un rectángulo)
2. Generalmente, según se asciende en
la pirámide disminuye le número de
organismos, pero aumenta el tamaño
de cada individuo
VENTAJAS=> es un método
simple para dar una visión de
conjunto. Es un buen método para
comparar los cambios en el
número de la población con el
tiempo o con la estación.
DESVENTAJAS=>
Todos los organismos son
incluidos independientemente de
su talla, así un árbol (roble) puede
mantener con un pequeño fondo a
un gran número de organismos
del nivel superior).
No refleja las formas inmaduras
o las juveniles.
Los números pueden ser
demasiado grandes para ser
representadas con precisión.
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6e8a
Las pirámides de números y de biomasa son instantáneas en
un momento y lugar. Dependiendo de la estación y del año
varían en el mismo ecosistema. En el verano puede haber
más productores y en otoño quizá más consumidores
viviendo de los productores. Ambas pueden estar invertidas.
Pirámides de Productividad ( Energía )
Representan el flujo de energía de unos niveles a otros . En cada
eslabón se muestra la producción neta de cada nivel trófico .
Nunca podrán estar invertidas , ya que la energía almacenada en
un nivel siempre es superior a la que se almacena en el siguiente.
Cumplen el 2º principio de la termodinámica.
Las pirámides de productividad se refieren al flujo de energía a través de un nivel trófico, lo que
indica la tasa a la cual se están generando las existencias o la reserva.
Las pirámides de productividad para ecosistemas enteros a lo largo de un año siempre muestran
una disminución a lo largo de la cadena trófica.
Muestran el flujo de energía a lo largo del tiempo. Se mide en
unidades de Jm-2año-1.
Los valores de la productividad indican los valores del flujo de
energía mientras que los de biomasa son el almacenaje existente
en un momento determinado.
Comenta la
siguiente pirámide
¿ Podría ser
invertida ?
Por supuesto que
NO
Representan la
tasa de “reposición
” de la Biomasa y
no la reserva
momentánea (
Pirámide de
Biomasa )
LAS PIRÁMIDES ECOLÓGICAS
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
FACTOR LIMITANTE: SI TODOS LOS FACTORES (LUZ,
TEMPERATURA, HUMEDAD) Y ELEMENTOS (FOSFORO,
NITRÓGENO, CALCIO, FOSFORO, ETC) ESTÁN EN CANTIDADES
NECESARIAS. EXCEPTO UNO DE ELLOS ESTE ÚLTIMO SE
DENOMINA FACTOR LIMITANTE.
•HUMEDAD.
•TEMPERATURA.
•FALTA DE NUTRIENTES.
•AUSENCIA DE LUZ.
•APORTE DE ENERGÍA
ENERGÍA INTERNA: La cantidad de luz
solar necesaria para la fotosíntesis
(0.06-0.09%)
ENERGÍA EXTERNA: son de
procedencia solar, mueven el ciclo del
agua, vientos, mueven los nutrientes de
los ecosistemas.
ENERGÍA DE APOYO O AUXILIARES:
Aportadas por la especie humana para
luchar contra los factores limitantes,
uso de maquinaria para labrar la tierra,
sistema de riego, instalación de
invernaderos, abonos químicos.
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Producción primaria
Energía fijada por
los organismos
autótrofos
Constituyen la base de las
cadenas tróficas
Para conseguir más alimentos
es necesario su incremento
Factores limitantes
Se puede
aumentar
controlando
sus
Ley del mínimo de LIEBEG:
El crecimiento de una especie vegetal se ve
limitado por el único elemento que se encuentra
en una cantidad inferior a la mínima necesaria y
que actúa como factor limitante
Factor del medio (luz, Tª, humedad) o elemento
(P,N,Ca, K,…) que escasea en el medio, y que
limita el crecimiento de los seres vivos
FOTOSÍNTESIS
FASE OSCURA O CICLO DE
CALVÍN
Fases:
1.- Fijación o carboxilación
F. Fijación: Enzima RUBISCO
2.- Reducción: ácido a aldehído F.
Recuperación
3.- Recuperación: Compleja vía de
las pentosas que regenera la
Ribulosa 1,5 diP
TEMPERATURA Y HUMEDAD
Eficiencia fotosintética
Eficiencia fotosintética
Tª y humedad
Tª
DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS (ENZIMA RUBISCO)
RUBISCO
RUBISCO FOTOSÍNTESIS FOTORRESPIRACIÓN
CO2
H2O
O2
FOTOSÍNTESIS
(+) [CO2] = 0,003 %
[O2 ] = 21%
FOTORRESPIRACIÓN
(+) [CO2] < 0,003 %
[O2 ] > 21%.
Ocurre a la vez que la
fotosíntesis.
Consume O2 y se desprende CO2.
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Temperatura y humedad
Si bajan los niveles de CO2 y
suben los niveles de O2
RuBisCo
O2
Fotorrespiración
Proceso parecido a la respiración
Ocurre en presencia de luz
a la vez que la fotosíntesis, que se ralentiza
No se forma materia
orgánica
Se consume oxígeno y
se desprende CO2
El proceso sigue hasta
equilibrar los niveles de
ambos gases
Disminuye la eficiencia
fotosintética
Se rebaja la producción de
materia orgánica
TIPOS DE PLANTAS
• PLANTAS C3:
– Trigo, cebada, soja,
arroz, algodón, judías…
– Sequía => los estomas =>
se cierran => fotosíntesis
=> ↑ [ O2] y↓ [ CO2] en el
interior => (+)
fotorrespiración =>
↓eficiencia fotosintética
• PLANTAS C4:
– Maíz, caña de azúcar,
sorgo, mijo…
– Captan el [ CO2] por un
mecanismo especial que
(-) fotorrespiración => ↑eficiencia fotosintética.
Plantas C4 de zonas desérticas
– “MECANISMO CAM
(=METABOLISMO ÁCIDO DE LAS
CRASÚLACEAS)”
– FIJAN EL CO2 DURANTE LA
NOCHE.
– CIERRAN ESTOMAS POR EL DÍA
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Según ocurran los
procesos de fotosíntesis
y fotorrespiración las
plantas de dividen
PLANTAS C3
PLANTAS C4
Según el nº de C que
contiene el primer
compuesto sintetizado en
su proceso fotosintético
Temperatura y humedad
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Temperatura y humedad
PLANTAS C3
Pierden mucho agua
a través de los estomas
Ningún problema
en climas húmedos
SEQUÍA
Se cierran
los estomas
Aumenta el oxígeno
Disminuye el CO2 Fotorrespiración
Se reduce la eficiencia fotosintética
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Temperatura y humedad
PLANTAS C4
Mecanismo que les permite
bombear el CO2
y acumularlo en sus hojas
Evitan la fotorrespiración
Mayor producción de materia
orgánica
Cactus y
plantas del desierto Adaptaciones
morfológicas
Mecanismo
CAM
Cierran los estomas durante el día
Fijan el CO2 durante la noche
Fotosíntesis con el almacenado
durante el día
1ER factor limitante de la PBP: FÓSFORO.
2º factor limitante de la PBP: NITRÓGENO
3ER factor limitante de la PBP: necesidad de energías
externas:
Productores: materia inorgánica => materia orgánica.
Descomponedores: materia orgánica => materia inorgánica.
“ A veces el reciclado puede ser dificultado por la distancia
existente entre los productores y descomponedores=>
necesidad de energías externas ”
FALTA DE NUTRIENTES
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Falta de nutrientes
La eficiencia fotosintética depende de la presencia de ciertos nutrientes
Su presencia depende de los mecanismos de reciclado,
que dependen de las energías externas
El CO2
no lo es
El N le
sigue
en importancia
El P es el principal
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Falta de nutrientes Productores descomponedores
A mayor distancia más energías
externas
Zonas de afloramiento
En ecosistemas marinos
En ecosistemas terrestres Distancia entre productores y
descomponedores menores
• CLOROPLASTOS => CAPTAN LA LUZ :
FOTOSISTEMAS:
– DIFERENTES PIGMENTOS
FOTOSINTÉTICOS.
– UN CENTRO DE REACCIÓN.
“Un ↑ intensidad lumínica => inicialmente↑ PBP
=> ↓PBP se ha producido “Saturación” =>
↓eficiencia fotosintética”
LUZ Y DISPOSICIÓN UNIDADES FOTOSINTÉTICAS
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Luz y disposición de las unidades fotosintéticas
Salvo en las profundidades oceánicas, no es muy
común que la falta de luz sea un factor limitante, pero la
propia estructura del aparato fotosintético de los
cloroplastos es un factor limitante.
Los fotosistemas (sistemas de
captación) se hacen sombra
Los fotosistemas tiene varias
unidades de captación
(clorofilas y carotenos) pero
solo un centro de reacción
Al aumentar la intensidad
lumínica aumenta la
producción primaria, pero a un
determinado nivel se satura ya
que el centro de reacción actúa
a modo de cuello de botella
Bibliografía
TOXICOLOGÍA AMBIENTAL. Estrella Cortés, José Luis Martínez-Guitarte, Gloria Morcillo.
2008. Editorial UNED.
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora,
MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana.
CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA,
Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier, HERRERO MARTÍNEZ, Fernando, MILICUA
ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO, Carlota, PÉREZ
PINTO, Trinidad.
FLORA Y FAUNA. ORTEGA Francisco; PLANELLÓ Rosario. 2008. Editorial UNED.
I.E.S. Cardenal Cisneros de Alcalá de Henares, Madrid. HERNÁNDEZ, ALBERTO.
http://cienciassobrarbe.wordpress.com/2011/05/19/bioacumulacion/