PRODUCCIÓN SECUNDARIA
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GRUPO ACADÉMICO DE DOCENCIA: PRODUCCIÓN SECUNDARIA DIVISIÓN DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD LICENCIATURA EN BIOLOGÍA GUÍA MODULAR MÓDULO PRODUCCIÓN SECUNDARIA Grupo Académico de Docencia (GAD) Dra. María Elena Castellanos Páez Dra. Thalía Castro Barrera M. en C. Jorge Castro Mejía Dra. María de Jesús Ferrara Guerrero Dra. Teresa F. Mier González Biól. Ruth Soto Castor Dr. Facundo Rivera Becerril Guía Modular Producción Secundaria CLAVE 333006 HORAS TEORÍA 15 HORAS PRÁCTICA 17 SERIACIÓN 333004 TRIMESTRE VIII Ó IX CRÉDITOS 47 OBLIGATORIA INTRODUCCIÓN La subsistencia de los organismos heterótrofos depende de los autótrofos. Éstos últimos, capturan la energía proveniente del sol y de la oxidación de ciertos compuestos inorgánicos para transformarla en energía química (ATP), y emplean fuentes inorgánicas de carbono en forma de CO2 para la síntesis de carbohidratos. Esta energía química y carbono orgánico primario sostienen a los heterótrofos, o productores secundarios, a través de las diferentes cadenas y redes tróficas que se establecen entre los organismos de diferentes niveles tróficos. Este flujo de materia y energía da permanencia a los seres vivos y mantienen en estado dinámico a los componentes bióticos y abióticos de la biósfera. El carbono orgánico y la energía química que encierran en su estructura, ingresan, a su vez, en un ciclo metabólico celular (anabólico y catabólico) que tiene características comunes en todos los seres vivos. Por lo tanto, dichos compuestos son hasta cierto límite compatibles con la nueva organización en la que ingresan, o totalmente compatibles con las pequeñas unidades moleculares. La aportación de energía, la aportación de elementos químicos y aún la aportación de moléculas pequeñas confluyen en la síntesis de nuevas estructuras orgánicas dentro de la célula y/o del organismo. Los alimentos cumplen esta múltiple misión. Su importancia es mayor desde el punto de vista cuantitativo en relación con la energía, y desde el punto de vista cualitativo en relación con el crecimiento de los seres vivos. Dentro de los productores secundarios se incluyen el subsistema de los consumidores y el de los desintegradores o degradadores, cuyo papel fundamental en el ecosistema es la mineralización de la materia orgánica. Estos subsistemas sustentan las dos cadenas alimenticias existentes en cualquier ecosistema: la de los herbívoros y la de los detritos. La diferencia entre ambas cadenas radica en la fuente de energía que utilizan los consumidores primarios. De esta forma, en la cadena trófica de los herbívoros la fuente de energía es la biomasa de los organismos autótrofos vivos, en tanto que, en la cadena trófica detritívora la fuente de energía es la materia orgánica muerta. Dentro de este contexto, el módulo Producción Secundaria, junto con el de Producción Primaria, forma parte de la Fase II de la Licenciatura en Biología, correspondiente a los procesos biológicos y ecológicos. El objetivo general del módulo Producción Secundaria está encaminado a que el alumno adquiera los conocimientos que le ayuden a comprender cómo se lleva a cabo el flujo energético y de carbono en las cadenas tróficas de los heterótrofos en los diferentes ecosistemas. Asimismo, el estudiante valorará desde una nueva perspectiva cómo los diferentes factores ambientales bióticos y abióticos influyen y condicionan la producción secundaria. Finalmente, el alumno comprenderá y se concientizará sobre la forma en que las actividades antrópicas inciden en esta transferencia de materia y energía ocasionando, frecuentemente, transtornos en los ecosistemas. Por último, desde el punto de vista práctico y aplicado a la actividad profesional, en el módulo Producción Secundaria al capacitar al alumno en la evaluación de la transferencia de materia y energía entre eslabones tróficos, éste adquiere herramientas para el manejo de la producción secundaria con fines acuícolas, pesqueros, agrícolas, microbiológicos o ecológicos. Con ello, el objeto de transformación planteado para este módulo, llega a cumplirse. OBJETO DE TRANSFORMACIÓN: La evaluación y el manejo de la producción secundaria para la preservación de las redes tróficas. PROBLEMA EJE: ¿Cuáles son los efectos de los factores externos e internos que inciden en la producción de los organismos heterótrofos y su importancia en el flujo energético de los ecosistemas? OBJETIVO GENERAL: Evaluar la producción secundaria y los factores externos e internos que la influyen para el manejo de los ecosistemas. UNIDAD DE PROCESO 1. Que el alumno comprenda los planteamientos teóricos que sustentan los conceptos de producción secundaria y heterotrofía en los subsistemas de descomponedores y consumidores. PREGUNTA CLAVE ¿Qué se entiende por sistema de detritus y sistema de consumidores? ¿Qué diferencias existen entre producción primaria y producción secundaria? DURACIÓN Una semana CONTENIDOS SINTÉTICOS 1.1 Concepto de energía 1.2 Leyes de la termodinámica 1.3 Producción primaria. Biomasa 1.4 Producción secundaria. Heterotrofía 1.5 Cadenas tróficas. Subsistemas de consumidores y descomponedores ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Exposición de seminarios, discusión grupal. BIBLIOGRAFÍA a) Atlas R.M. 1990. Microbiología: Fundamentos y Aplicaciones. Compañía Editorial Continental. México D.F. Capítulo 21 “Ecología Microbiana”. 705-723 p. b) Smith R.L. y Smith T.M. 1998. Elements of Ecology. Ed. Harper Collins Publishers. Capítulo 23. “Production in Ecosystems”. 314-327 p. c) Smith R.L. y Smith T.M. 1998. Elements of Ecology. Ed. Harper Collins Publishers. Capítulo 24. “Trophic structure”. 328-341 p. d) Begon M., Harper J.L. y Towsend C.R. 1988. Ecología: individuos, poblaciones y comunidades. Ed. Omega. Barcelona. Capítulo 17 “Flujo de energía y materia en las comunidades”. 661-679 p. e) Tait R.V.1987. Elementos de Ecología Marina. Ed. Acribia. Zaragoza. Capítulo 5. “La producción orgánica del mar”. 180-186 p. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA a) Anderson J.W. y Mac Fadyen A. 1975. The role of terrestrial and aquatic organisms in decomposition processes. Ed. Blackwell Scientific Publications. Londres. Capítulo 1. “Decomposition in Terrestrial Ecosystems”. 5-39 p. b) Atlas R.M. y Bartha R. 1992. Microbial Ecology. Ed. The Benjamin/Cummings. Redwood City. Capítulo 10 “Biogeochemical Cycling: Carbon, Hydrogen, and Oxygen”. 306 p. UNIDAD DE PROCESO 2. Que el alumno analice las estrategias tróficas en los procesos de captación, utilización y transferencia de energía por los organismos. PREGUNTA CLAVE ¿Cuáles son los procesos de producción, utilización y transferencia de energía en la trama trófica? DURACIÓN Una semana y media CONTENIDOS SINTÉTICOS 2.1 Producción (o generación) de energía 2.2 Captación de materia y energía 2.3 Transformación de materia y energía 2.4 Transferencia de materia y energía ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Exposición de seminarios, discusión grupal, presentación de videos. BIBLIOGRAFÍA a) b) c) d) e) Solomon E.P., Berg L.R. y Martin D.W. 2001. Biología. Mc Graw Hill. México D.F. Parte 2, Capítulo 6 “Energía y metabolismo”. 136-155 p. Madigan M.T., Martenko J.M. y Parker J. 1999. Brock . Biología de los Microorganismos. Ed. Pentrice Hall. Capítulo 4 “Nutrición y metabolismo”. 117-148 p. Stiling P. 1996. Ecology. Theories and Applications. Ed. Prentice-Hall, Inc. New Jersey. Capítulo 17 “Energy and nutrient flow”. 345-351 p. Tait R.V. 1987. Elementos de Ecología Marina. Ed. Acribia. Zaragoza. Capítulo 7 "Balance energético de un ecosistema marino". 255-268 p. Longhurst A.R. 1989. Pelagic Ecology: Definition of pathways for material and energy flux. In: Denis M. (Ed.) Océanologie. Actualité et prospective. Centre d’Océanologie de Marseille. 277-288 p. UNIDAD DE PROCESO 3. Que el alumno conozca los criterios que sustentan las clasificaciones funcionales, desde un enfoque fisiológico y morfológico, de los diversos grupos de organismos heterótrofos. PREGUNTA CLAVE ¿Cuáles son los criterios de clasificación de los diferentes grupos de organismos heterótrofos de acuerdo con su estructura y función? DURACIÓN Dos semanas CONTENIDOS SINTÉTICOS 3.1 Estrategias tróficas de los organismos heterótrofos para la utilización de fuentes de carbono y energía 3.1.1 Fisiológicas 3.1.2 Morfológicas ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Exposición de seminarios, discusión grupal, presentación de videos. BIBLIOGRAFÍA a) Madigan M.T., Martenko J.M. y Parker J. 1999. Brock. Biología de los microorganismos. Ed. Pentrice Hall. Capítulo 15 “Evolución, sistemática y taxonomía microbianas”. 618-624 p. b) Randall D. Burggren W. y French K. 1997. Eckert. Fisiología animal. Ed. McGraw-Hill. Capítulo 14. “Equilibrio iónico y osmótico”. 623-682 p. c) Randall D. Burggren W. y French K. 1997. Eckert. Fisiología animal. Ed. McGraw-Hill. Capítulo 15. “Adquisición de energía: alimentación, digestión y metabolismo”. 683-724 p. d) Randall D. Burggren W. y French K. 1997. Eckert. Fisiología animal. Ed. McGraw-Hill. Capítulo 16. “Uso de la energía: Afrontando los desafíos del ambiente”. 725-790 p. e) Valiela I. 1995. Marine ecological processes. Ed. Springer-Verlag. Capítulo 5. “Feeding and Responses to Food Abundance”. 133-163 p. f) Valiela I. 1995. Marine ecological processes. Ed. Springer-Verlag. Capítulo 6 “Food Selection by Consumers”. 165-201 p. g) Begon M., Harper J.L. y Towsend C.R. 1988. Ecología: individuos, poblaciones y comunidades. Ecología: individuos, poblaciones y comunidades. Ed. Omega. Capítulo 11 “Descomponedores y detritívoros”. 391-421 p. h) Madigan M.T., Martenko J.M. y Parker J. 1999. Brock. Biología de los microorganismos. Ed. Pentrice Hall. Capítulo 14 “Ecología microbiana”. 557-561 p. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA a) Anderson J.W. y Mac Fadyen A. 1975. The role of terrestrial and aquatic organisms in decomposition processes. Ed. Blackwell Scientific Publications. Londres. Capítulo 5. “Decomposition processes at the molecular level”. 167-219 p. UNIDAD DE PROCESO 4. Que el alumno analice los efectos de los diversos factores externos (abióticos y bióticos) que condicionan las interacciones de las diferentes poblaciones para el establecimiento de la estructura trófica de la comunidad, así como la producción secundaria y sus variaciones espaciotemporales. PREGUNTA CLAVE ¿Cuáles son los factores bióticos y abióticos que condicionan las interacciones tróficas en un ecosistema? DURACIÓN Dos semanas CONTENIDOS SINTÉTICOS 4.1 Factores abióticos. Leyes de tolerancia de Shelford y del mínimo de Liebig 4.2 Factores bióticos. Interacciones ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Exposición de seminarios, discusión grupal, visita a una granja acuícola, conferencia por profesor invitado. BIBLIOGRAFÍA a) Atlas R.M. y Bartha R. 2002. Ecología microbiana y microbiología ambiental. Ed. Addison Wesley. Capítulo 9 “Los microorganismos en sus hábitats naturales: microbiología del aire, del agua y del suelo”. 329-380 p. b) Atlas R.M. y Bartha R. 2002. Ecología microbiana y microbiología ambiental. Ed. Addison Wesley. Capítulo 8 “Ecología fisiológica de los microorganismos: adaptaciones a las condiciones ambientales”. 279-327 p. c) Madigan M.T., Martenko J.M. y Parker J. 1999. Brock. Biología de los microorganismos. Ed. Pentrice Hall. Capítulo 5 “Crecimiento Microbiano”. 161-177 p. d) Atlas R.M. y Bartha R. 2002. Ecología microbiana y microbiología ambiental. Ed. Addison Wesley. Capítulo 3 “Interacciones entre poblaciones bacterianas”. 59-96 p. e) Madigan M.T., Martenko J.M. y Parker J. 1999. Brock. Biología de los microorganismos. Ed. Pentrice Hall. Capítulo 14 “Ecología microbiana”. 589-605 p. f) Barnes R.S.K. y Mann K.H. 1991. Fundamentals of aquatic ecology. Ed. Blackwel Science. Capítulo 1 “Organisms and ecosystems”. 3-6, 16-24 p. g) Tait R.V. 1987. Elementos de ecología marina. Editorial Acribia. Capítulo 4 “Características del medio ambiente marino”. 87-168 p. UNIDAD DE PROCESO 5. Que el alumno analice las estrategias que intervienen en el establecimiento de la estructura y dinámica de las comunidades PREGUNTA CLAVE ¿Cuáles son las principales estrategias que utilizan los organismos para el establecimiento de una comunidad de acuerdo con la disponibilidad de los recursos? DURACIÓN Una semana CONTENIDOS SINTÉTICOS 5.1 Sucesiones 5.2 Estructuras tróficas 5.3 Disponibilidad de recursos 5.4 Micro-nichos 5.5 Estrategias k y r. ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Exposición de seminarios, discusión grupal. BIBLIOGRAFÍA a) Atlas R.M. y Bartha R. 2002. Ecología microbiana y microbiología ambiental. Ed. Addison Wesley. Capítulo 6 “Desarrollo de las comunidades microbianas”. 173215 p. b) Campbell R. 1987. Ecología microbiana. Ed. Limusa México. Capítulo 6. “Estructura y dinámica de las poblaciones microbianas en el suelo”. 109-151 p. c) Barnes R.S.K. y Man K.H. 1991. Fundamentals of aquatic ecology. Ed. Blackwel Science, U.K. Capítulo 7 “Community organization in marine and freshwater environments”. 125-144 p. UNIDAD DE PROCESO 6. Que el alumno conozca y discuta los fundamentos y la aplicación de las técnicas y métodos para evaluar la producción secundaria de los ecosistemas. PREGUNTA CLAVE ¿Cuáles son las principales técnicas y métodos utilizados para evaluar la producción secundaria de los ecosistemas? DURACIÓN Una semana y media CONTENIDOS SINTÉTICOS 6.1 Captura 6.2 Colecta 6.3 Conservación 6.4 Análisis 6.5 Medición ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Exposición de seminarios, discusión grupal, apoyo en estadística, impartición de un taller teórico sobre herramientas moleculares, visita de una planta de tratamiento. BIBLIOGRAFÍA a) Madigan M.T., Martenko J.M. y Parker J. 1999. Brock. Biología de los microorganismos. Ed. Pentrice Hall. Capítulo 14 “Ecología microbiana”. 537-542, 546-550 p. b) Atlas R.M. y Bartha R. 2002. Ecología microbiana y microbiología ambiental. Ed. Addison Wesley. Capítulo 7 “Ecología cuantitativa: número, biomasa y actividad”. 217-277 p. c) Guerra-Sierra A. y Sánchez-Lizaso J.L. 1998. Fundamentos de explotación de recursos vivos marinos. Capítulo 6 “Muestreo y estudio de muestras”. 39-54 p. d) Valiela I. 1995. Marine ecological processes. Ed. Springer-Verlag. Capítulo 7 “Processing of consumed energy”. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA a) Aitken CM, Jones DM, Larter SR. 2004. Anaerobic hydrocarbon biodegradation in deep subsurface oil reservoirs. Nature 431: 291-294. b) Buffagni A, Comin E. 2000. Secondary production of benthic communities at the habitat scale as a tool to assess ecological integrity in mountain streams. Hydrobiologia 422/423: 183-195. c) Guest MA, Connolly RM, Loneragan NR. 2003. Seine nets and beam trawls compared by day and night for sampling fish and crustaceans in shallow seagrass habitat. Fisheries Research 64: 185-196. d) Martikainen P, Kaila L. 2004. Sampling saproxylic beetles: lessons from a 10-year monitoring study. Biological Conservation 120: 171-181. e) Perán A, Velasco J, Millán A. 1999. Life cycle and secondary production of Caenis luctuosa (Ephemeroptera) in a semiarid stream (Southeast Spain). Hydrobiologia 400: 187-194. f) Seoane J, Bustamante J, Díaz-Delgado R. 2004. Competing roles for landscape, vegetation, topography and climate in predictive models of bird distribution. Ecological Modelling 171: 209-222. g) Smith K.A. 2003. A simple multivariate technique to improve the desing of a sampling strategy for age-based fishery monitoring. Fisheries Research 64: 79-85. h) Voigt CC, Faßbender M, Dehnhard M, Wibbelt G, Jewgenow K, Hofer H, Schaub GA. 2004. Validation of a minimally invasive blood-sampling technique for the analysis of hormones in domestic rabbits, Oryctolagus cuniculus (Lagomorpha). General and Comparative Endocrinology 135: 100-107. UNIDAD DE PROCESO 7. Que el alumno sea capaz de plantear, diseñar y evaluar los problemas de manejo de los heterótrofos para la conservación del ecosistema y su aplicación en procesos de desarrollo sustentable. PREGUNTA CLAVE ¿Cuáles son las estrategias de manejo de los heterótrofos para la conservación de un ecosistema terrestre y/o acuático? DURACIÓN Una semana CONTENIDOS SINTÉTICOS 7.1 Manejo 7.2 Conservación 7.3 Desarrollo ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Exposición de seminarios, discusión grupal, conferencias por profesores invitados. BIBLIOGRAFÍA a) Madigan M.T., Martenko J.M. y Parker J. 1999. Brock. Biología de los microorganismos. Ed. Pentrice Hall. Capítulo 12 “Microbiología industrial”. 430-472 p. b) Smith R.L. y Smith T. M. 2001. Ecología. 4a. Ed, Addison Wesley. Capítulo 25 “Ciclos biogeoquímicos”, 400-408 p. c) Pillay T.V.R. 1997. Acuicultura principios y prácticas. Ed. Limusa, México, 699 pp. Capítulo 1. “Bases de la acuicultura”. 19-23p. d) Tait R.V. 1987. Elementos de ecología marina. Ed. Acribia. Zaragoza, España, 446 pp. Capítulo 9. “Pesquerías Marinas” 386-417 p. TEMAS DE INVESTIGACIÓN MODULAR A partir de la revisión de los contenidos teóricos, el alumno adquiere los conocimientos y habilidades para desarrollar un proyecto de investigación modular, cuyos temas se encuentran comprendidos básicamente dentro de dos líneas de investigación: a) Metabolismo microbiano: el cual incluye estudios sobre i) la influencia de los factores ambientales en la producción secundaria microbiana, y ii) el perfil exoenzimático de los microorganismos. b) Metabolismo de consumidores: el cual incluye aspectos sobre i) la influencia de los factores ambientales en la producción secundaria de consumidores, y ii) los mecanismos de producción y consumo en la red trófica. Ejemplos de trabajos de investigación desarrollados: Influencia de los parámetros físicos y químicos en la diversidad, distribución, abundancia y dominancia de rotíferos planctónicos y epífitos en diversos ecosistemas acuáticos. Actividad heterotrófica bacteriana en la columna de agua y en los sedimentos de ecosistemas acuáticos. Determinación de la biomasa bacteriana heterotrófica en la columna de agua y en los sedimentos de ecosistemas acuáticos. Cuantificación y caracterización de bacterias heterótrofas presentes en la columna de agua y en los sedimentos de ambientes acuáticos.Estimación de la biomasa bacteriana en muestras de agua y sedimentos en relación con las variables ambientales del ecosistema.Evaluación de la producción enzimática (proteasas y quitinasas) de diferentes cepas de hongos entomopatógenos.Porcentaje, eficiencia de eclosión y determinación de metales pesados en nauplios y huevos encapsulados de Artemia franciscana. Análisis de la estructura de la población de Artemia franciscana en relación con los parámetros físicos y químicos. Estimación in vitro de la producción de biomasa de organismos invertebrados. Análisis de la composición bioquímica de Artemia franciscana. Comparación de la sobrevivencia, mortalidad y esperanza de vida de las poblaciones de Artemia franciscana de San Luis Potosí y Oaxaca, en un cultivo semi-intensivo. Densidad poblacional y sobrevivencia de un cultivo semi-intensivo de dos poblaciones de Artemia spp. SITIOS PARA EL TRABAJO DE CAMPOLas zonas de estudio en las que se realiza la investigación modular son muy variadas y representan una amplia gama de ecosistemas con los cuales los estudiantes tendrán la posibilidad de relacionarse. Acuario de Veracruz, Ver.Canales de la zona chinampera de Xochimilco, D.F.Centro de Investigaciones Biológicas y Acuícolas de Cuemanco (CIBAC), D.F.Lago de Catemaco, Ver.Lago Superior, Oax.Laguna de Chautengo, Gro.Laguna de Coyuca de Benítez, Gro.Laguna de Sontecomapan, Ver. y zona arrecifal contiguaRegión agrícola de Apan, Hgo. Salinas de Hidalgo, S.L.P. MODALIDADES DE EVALUACIÓN Global. Se llevará a cabo a través de evaluaciones periódicas y terminales tomando en cuenta: Participación en grupo 5% Trabajo de campo y laboratorio 15% Informe de investigación 35% Contenidos teóricos 45% Para acreditar la UEA el alumno deberá tener calificación aprobatoria en todos los rubros. Recuperación. Haber acreditado el trabajo de investigación modular. Examen escrito sobre los contenidos del módulo y el trabajo de investigación modular (100%). Si la calificación es menor a 6.0 esta será NA.
