transferencia de materia y energía en los seres vivos

PARA MIS ALUMNOS DE Primero Medio
Flujo de energía en el ecosistema
La energía es la capacidad de realizar un trabajo y el comportamiento de la misma, la
describen las 2 Leyes de la termodinámica:
· La primera ley dice que la energía puede transformarse de una clase de energía en
otra, pero no puede destruirse. Por ejemplo, la energía de la luz se transforma en
energía química, materia orgánica (almidón).
La segunda ley dice que al pasar de una forma de energía a otra (Ej. energía luminosa
a química), una parte de la energía se pierde en forma de calor.
Cualquier cambio de una forma de energía a otra produce pérdidas por calor. De esto
se deduce que un ecosistema no puede ser autoabastecido de energía en el corto
plazo y que los procesos naturales son irreversibles en cuanto al flujo de energía, es
decir, el flujo de energía sigue una sola dirección en el ecosistema.
¿Qué es la ecología?
La ecología es una ciencia encargada de conocer y comprender las relaciones que existen
entre los seres vivos y el medio en el que habitan.
Esto, porque los seres vivos están en permanente contacto entre sí y con el ambiente físico
que hace de hogar y les entrega los recursos necesarios para su supervivencia, tales como
agua, alimento, oxígeno, minerales, etc. o les permite descargar los desechos.
Los estudios ecológicos están organizados en distintos niveles, en complejidad creciente.
Cada nivel se puede estudiar con cierta autonomía y se ordenan de menor a mayor, es
decir, que los niveles más pequeños se anidan dentro de los mayores. Esto se conoce como
jerarquía ecológica. Todos los niveles de la jerarquía ecológica implican vida y procesos
vitales.
A continuación, te presentamos la jerarquía ecológica que
nos muestra la organización de la Tierra desde sus niveles
más bajos (individuos) hasta su totalidad (biosfera):
Vamos a definir Ecosistema y a informarnos de sus características, por ello es necesario que
previamente definamos algunos conceptos que utilizaremos.
Organismo: ser vivo formado por un conjunto de sistemas, órganos y tejidos posee la
capacidad de interactuar con su medio y reproducirse. Forman una estructura material muy
organizada y compleja, se relaciona con el ambiente con un intercambio de materia y energía y
tiene la capacidad de desempeñar las funciones básicas de la vida que son la nutrición, la
relación y la reproducción.
Especie: es un conjunto de individuos que proceden de antecesores comunes y que son
capaces de reproducirse entre sí y de dar lugar a una descendencia fértil.
Población: Es el conjunto de individuos que pertenecen a una misma especie, que
coexisten y están en interacción unos con otros, pudiendo cruzarse entre si. Se define
como un conjunto de individuos que tienen la capacidad potencial de cruzarse dejando
descendencia fértil. Lo importante es la capacidad potencial de reproducción.
Comunidad: (llamada también Biocenosis o comunidad biótica) es un nivel de
organización natural que incluye todas las poblaciones de un área dada y en un tiempo
dado. La comunidad y el medio ambiente no viviente funcionan juntos como un sistema
ecológico o ecosistema.
Ecosistema: comunidad de seres vivos que interaccionan entre sí y con el medio en el
que viven. Está formado por los seres vivos (Biocenosis), el medio ambiente físico
(Biotopo) y la interacción de los seres vivos entre ellos y su ambiente.
Habitat Lugar donde vive o se encuentra un organismo.
Nicho ecológico: es la posición que ocupa una especie dentro de su comunidad y ecosistema.
Medio ambiente o ambiente natural: es
todo lo que rodea a un ser vivo. Incluye el
espacio donde habita, la energía que utiliza,
el clima, los minerales, otros seres vivos;
en fin, todos los factores involucrados
en sus actividades vitales.
Biomas: Regiones terrestres muy grandes
Abarcan grandes áreas geográficas.
Ej. el desierto.
Los biomas incluyen grandes grupos
vegetales y las comunidades de animales
asociadas a ellos.
Allí, los seres vivos están determinados,
fundamentalmente, por la temperatura,
humedad y en general por el clima que
les afecta.
Biosfera: comprende todos los lugares de
la Tierra en que existe vida: continentes,
océanos y mares, además de parte del
subsuelo y del aire. Es una delgada capa
es equivalente a la cáscara de una manzana
en relación a su tamaño
El ecosistema
Todos los individuos que pertenecen a una misma especie y habitan en un área
determinada forman una población. Por lo general, las poblaciones tampoco viven
aisladas. El conjunto de poblaciones que comparten un territorio y establecen
relaciones entre sí se denomina comunidad o biocenosis. El territorio ocupado por
una biocenosis y que presenta características físicas y climáticas propias se denomina
biotopo.
Un ecosistema es una comunidad de seres vivos que interaccionan entre sí y con el
medio en el que viven.
En los ecosistemas hay dos tipos de componentes: los no vivos o abióticos, llamados
biotopo es decir, el medio físico (el agua, las rocas,...) y sus características
(temperatura del agua, salinidad...), y los vivos o bióticos, llamados biocenosis .
El conjunto formado por biocenosis (seres vivos), biotopo (medio físico) que ocupan
más las interacciones que se producen entre los organismos y su medio, se llama
Ecosistema.
Al hablar de ecosistema se hace referencia principalmente a las relaciones que
establecen los individuos que comparten la comunidad entre ellos y los factores que
forman el biotopo.
Nicho ecológico: Es la función que desempeña cada miembro de una comunidad en
el ecosistema en el que está integrado (comportamiento, reacciones frente al medio)
Materia y energía en los ecosistemas
Los seres vivos necesitan materia y energía para llevar a cabo sus funciones vitales. Materia
para formar nuevas células (células hijas) que reemplacen a las preexistentes y energía para
activar o poder realizar sus procesos
Toda la energía utilizada por los seres vivos proviene del Sol, está energía es
consumida(transformada) y ya no volverá a ser utilizada por los seres vivos, por eso se dice
que la energía que atraviesa un ecosistema es unidireccional, es decir, fluye en una sola
dirección. Desde los productores a los consumidores (en sus diferentes subniveles) y
finalmente a los descomponedores. Productores  Consumidores  Descomponedores
La transferencia de materia entre los seres vivos, crea las relaciones alimentarias:
Los productores (autótrofos) convierten materia
inorgánica en materia orgánica (moléculas
formadas por cadenas de átomos de carbono
enlazados), que le servirán de alimento o formarán
parte de su estructura y ellos servirán de alimento a
los consumidores
La materia orgánica procedente de restos y de
cadáveres de seres vivos es transformada
por microorganismos descomponedores en materia
inorgánica. Esta materia es consumida por los seres
autótrofos. Estos sirven de alimento a los herbívoros
y ellos a los carnívoros y cuando cada uno de
estos muere, sus restos son de nuevo transformados
Autótrofos
en materia inorgánica: la materia constituye un ciclo cerrado en el ecosistema.
Un ecosistema es el medio ambiente biológico que consiste en todos los organismos
vivos (biocenosis) de un lugar particular, incluyendo también todos los componentes no
vivos (biotopo), los componentes físicos del medio ambiente con el cual los organismos
interactúan, como el aire, el suelo, el agua y el sol y las interacciones que ocurren.
El concepto, tiene en cuenta las complejas interacciones entre los organismos (por
ejemplo plantas, animales, bacterias, protistas y hongos) que forman la comunidad
(biocenosis) y los flujos de energía y materiales que la atraviesan
Es un sistema ecológico en un área determinada, formado por los seres vivos (elementos
bióticos), su ambiente físico (elementos abióticos) y las interacciones que existen entre sí
y el medio que los rodea.
Todos los seres vivos son los factores bióticos del ecosistema., incluyen plantas, animales,
insectos, bacterias, hongos, y todo ser vivo que forme parte del ecosistema.
Todos los elementos no vivos dentro de un ecosistema son los factores abióticos. Dentro
de los factores abióticos encontramos el aire, agua, rocas, tierra, nieve, lluvia, sol, luz y
temperatura.
Ecosistema. Biotopo y Biocenosis
Funcionamiento del ecosistema
El ecosistema funciona como un sistema prácticamente cerrado, sin influencias
externas (a menos que intervenga el hombre), un buen ejemplo es el de un lago.
La energía lumínica procedente del Sol es captada por los productores primarios
(autótrofos), quienes transforman la materia inorgánica en materia orgánica, punto de
partida de la cadena alimentaria (o red trófica) luego siguen los consumidores en sus
diferentes subniveles y finalmente los descomponedores que la vuelven a materia
inorgánica ; el ecosistema se equilibra cuando la producción de materia orgánica
(biomasa) se mantiene estable (es el punto que se denomina clímax).
Los seres vivos de un ecosistema se alimentan unos de otros.
Por ejemplo, los linces y zorros comen conejos y éstos se alimentan de hierba. Los seres
vivos que se alimentan unos de otros, forman una cadena, en que unos se alimentan de
otros: la cadena alimentaria.
El hombre también pertenece a la cadena alimentaria porque se alimenta de animales y plantas.
Las plantas (productores) elaboran su propio alimento a partir de elementos no vivos
(materia inorgánica) del ecosistema tales como el agua y las sales minerales de la tierra, la
luz del sol y los gases de la atmósfera como el dióxido de carbono; por eso son la base de
la cadena alimentaria, luego sigue un herbívoro, animal que se alimenta de plantas
(consumidor primario) y luego un carnívoro que se alimenta del herbívoro (consumidor
secundario)y luego carnívoros que se alimentan de otros carnívoros (consumidor terciario)
y así se forman las cadenas alimentarias. Finalmente todos son degradados o vueltos a
materia inorgánica por los hongos y bacterias (descomponedores).
Toda la energía proviene del Sol, sin la existencia del Sol las plantas no podrían vivir y por
ello tampoco los animales y los hombres que se alimentan de ellas o de otros animales.
Las flechas
verticales
hacia arriba
muestran una
Cadena trófica
Las flechas
horizontales
muestran el
Ciclo vital y
las diagonales
o inclinadas,
el destino
final
Niveles tróficos del ecosistema
El conjunto de seres vivos de un ecosistema que obtienen la materia y la energía de
un modo semejante se denomina nivel trófico. Existen los siguientes niveles tróficos:
Productores: Son los seres autótrofos, que captan la energía solar y la utilizan para
transformar la materia inorgánica en materia orgánica.
Consumidores: Son los seres heterótrofos que
obtienen la materia y la energía alimentándose
de los productores. Existen varios tipos:
Consumidores primarios: Herbívoros, se
alimentan directamente de los productores
Consumidores secundarios: Carnívoros, se
alimentan de los consumidores primarios.
Consumidores terciarios: Se nutren de los
consumidores secundarios.
Descomponedores: Organismos que convierten materia orgánica en inorgánica.
Son las bacterias y los hongos, que descomponen los restos orgánicos de otros seres
vivos y los transforman en materia inorgánica, útil para los productores.
Ubica
los
Niveles
Tróficos
Qué
nivel
trófico
falta?
Cadenas tróficas y Redes tróficas
Para representar de forma lineal las relaciones alimentarias que se
establecen entre los distintos niveles tróficos, se utilizan las cadenas
tróficas.
Cadenas tróficas
Se establecen entre los seres vivos de un ecosistema. Se representan
mediante esquemas llamados cadenas tróficas.
La cadena trófica, es el proceso de transferencia de materia y energía a
través de una serie de organismos, en el que cada uno se alimenta del
anterior y es alimento del siguiente
Redes tróficas
Normalmente, un consumidor se alimenta de más de una especie
del nivel inferior y sirve de alimento a varias especies del nivel
superior. Entre las distintas cadenas alimentarias se establecen
varias conexiones; por eso, para explicar gráficamente ese
complejo entramado de relaciones, en lugar de cadenas es más
correcto hablar de redes tróficas.
Materia orgánica o compuestos orgánicos
Los compuestos orgánicos o moléculas orgánicas son aquellas las sustancias químicas que
contienen cadenas de carbono, hidrógeno, oxígeno y algunas, nitrógeno, fósforo , azufre y
otros elementos.
La diferencia entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos está dada por la presencia de
átomos de carbono unidos entre sí, con enlaces de hidrógeno y oxígeno en el caso de las
moléculas orgánicas.
Algunos tipos de Glúcidos
3 formas de la glucosa
Cadena de
átomos de
carbono
La cadena puede estar enrollada o cíclica
La forma A es lineal y las formas B y C son cíclicas
El petróleo, carbón y la materia orgánica acumulados en el suelo son resultado de
épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a la atmósfera del que se tomaba. Así
aumentó el O2 en la atmósfera. Si hoy consumiéramos todos los combustibles fósiles
almacenados, el O2 desaparecería de la atmósfera. Como veremos el ritmo creciente al
que estamos devolviendo CO2 a la atmósfera, por la actividad humana, es motivo de
preocupación respecto al nivel de Efecto invernadero que puede estar provocando el
Calentamiento global y el cambio climático .
Cadena trófica
Es el proceso de transferencia de energía y nutrición que se establece entre las distintas
especies de un ecosistema. Va desde los productores, pasando por los consumidores,
hasta los descomponedores.
- Productores o autótrofos: son los seres que fabrican materia orgánica a partir de la
inorgánica, es decir, los vegetales: algas, pasto, árboles, que al captar la energía solar y
mediante la fotosíntesis, son capaces de transformar las sustancias inorgánicas como el
agua y las sales minerales del suelo y el dióxido de carbono en sustancias orgánicas (como
azúcares).
- Consumidores o heterótrofos: son los que toman la materia orgánica fabricada por otros
seres y la transforman en la suya. Los consumidores primarios (herbívoros) son los que se
alimentan de los productores y que sirven a su vez de alimento a otros seres, llamados
consumidores secundarios (carnívoros) y carnívoros que comen carnívoros.
- Descomponedores: los hongos y bacterias son los encargados de hacer desaparecer los
cadáveres y los desechos de todo ecosistema.
Estos actúan sobre los productores y consumidores muertos, degradándoles la materia
orgánica para luego convertirlos nuevamente en materia inorgánica y reiniciar el ciclo.
Productores, Consumidores, Descomponedores
Qué cadenas alimentarias puedes observar?
Señala una de 3 eslabones y otra de 4 eslabones
Cadenas y Tramas tróficas
He aquí algunos ejemplos de cadenas alimentarias en un
ecosistema, pueden producirse muchas otras e incluso
como es habitual se genera toda una red de cadenas a las
que se llama Tramas tróficas
He aquí 3 cadenas tróficas tomadas de la red trófica de la
diapositiva anterior:
1. La hierba  el conejo  el zorro
2. La hierba  saltamontes  gorrión  águila
3. La hierba  saltamontes mantis sapo serpiente águila
Cada nivel de la cadena se denomina eslabón.
En una cadena trófica, cada eslabón obtiene la energía necesaria para la vida del nivel
inmediato anterior; y el productor la obtiene del sol. De modo que la energía fluye a través
de la cadena. En este flujo de energía se produce una gran pérdida de la misma en cada
traspaso de un eslabón a otro, por lo cual un nivel de consumidor alto recibirá menos
energía que uno bajo. Dada esta condición de flujo de energía, la longitud de una cadena
no va más allá de consumidor terciario o cuaternario.
Al Desaparecer un eslabón
Desaparecerán con él todos los eslabones siguientes pues se quedarán sin alimento. Se
superpoblada el nivel inmediato anterior, pues ya no existe su predador. Se desequilibrarán
los niveles más bajos como consecuencia de lo mencionado. Por tales motivos las redes
alimentarias o tramas tróficas son más ventajosas que las cadenas aisladas.
Desaparición de niveles tróficos
Si se altera el equilibrio de la cadena alimentaria de un ecosistema, todos los
animales y plantas se ven afectados. Si desaparecen las plantas todos los
animales (herbívoros y carnívoros), desaparecen también. Si desaparecen los
carnívoros, se produce una abundancia de herbívoros que pueden acabar el
alimento disponible y morir. Si desaparecen los herbívoros, también lo harán los
carnívoros, ya que se alimentan de ellos.
Qué pasaría si en
un ecosistema
desaparecieran
todos los
herbívoros?
La intervención
humana provoca
este tipo de
cambios en los
ecosistemas.
Ej. La caza de
animales
herbívoros
Qué sabemos de los ecosistemas chilenos?
Pirámides de materia y energía
La cantidad de materia que se encuentra en un ecosistema en un momento
dado se llama biomasa. Esta cantidad puede representarse gráficamente por
un rectángulo cuyo tamaño es proporcional al valor de la biomasa.
Si representamos toda la biomasa de la red alimentaria de forma gráfica, el
resultado es una pirámide trófica. Al pasar de un escalón o nivel trófico al
siguiente, una parte de la materia orgánica se pierde, provocando una
disminución en la cantidad de biomasa. Esta disminución es el resultado de la
materia que gasta cada nivel en fabricar su propia materia y transformarla en
energía y calor en el proceso de respiración.
?
Consumidores terciarios
Consumidores secundarios
Consumidores primarios
Productores
•Pirámide de número.- Indica el numero de
individuos que se encuentran en cada nivel trófico
de una cadena alimentaria (A). También pueden
ser invertidas (B), el número de individuos de un
nivel puede ser superior al del nivel inferior.
•Pirámide de energía.-La energía
que recibe un nivel es
aproximadamente el 10% de la que
disponía el Nivel inmediatamente
inferior
•Pirámide de biomasa.- Por lo general tiene la
misma forma que su pirámide de energía. La
cantidad de biomasa que existen cada nivel
trófico (C), pueden ser invertidas (D).
La pirámide alimentaria.
Las plantas fabrican su alimento gracias a la materia inorgánica y a la luz del Sol.
Los animales comen plantas u otros animales, pero no pueden fabricar su alimento y
dependen de las plantas.
Las plantas son Autótrofas y los animales Heterótrofos.