Calentamiento Global: La Perspectiva Biológica: Funcionamiento 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: ¿Cuál es la evidencia existente sobre los factores
que han llevado al aumento de la temperatura global
durante el siglo 20 y los primeros años del siglo 21?
 CD4 El efecto invernadero es un proceso físico conocido
que es influenciado por la presencia de ciertos gases en la
atmosfera de la Tierra, incluyendo el dióxido 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 contaminación y la conservación 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 próximos años (9.4).
Objetivos Adquisición
 Inferir que durante los procesos de cambio la materia y la
energía 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 fósiles con la producción de
energía y el cambio climático.
 Definir operacionalmente el término conservación 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 fenómenos más abstractos y
diseñar sistemas. Se desarrollan modelos para predecir y
describir fenómenos y mecanismos no observables (PD2: 8.3,
8.4).
 Desarrolla y usa modelos: El estudiante usa y revisa modelos
para predecir, probar y describir fenómenos más abstractos y
diseñar sistemas. Se desarrollan modelos para predecir y
describir fenómenos o mecanismos no observables, y para
generar datos que prueben ideas sobre los sistemas diseñados,
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 cómo el número
total de átomos no cambia en una reacción química, y por
lo tanto la masa se conserva. El énfasis está en aplicación
de la ley de conservación de la materia en las ecuaciones
químicas balanceadas representado por modelos físicos o
dibujos, incluyendo los medios digitales, para representar
átomos (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 años del siglo
21(9.4).
Estándares e Indicadores
Relevantes
 Estándar: Conservación y Cambio
 EI.T.CT3.CC.1
 Aplica principios científicos para diseñar un método de
monitoreo para minimizar algún impacto humano sobre el
ambiente. Ejemplos de procesos de diseño pueden incluir
examinar los impactos humanos sobre el ambiente,
evaluar las soluciones posibles, y diseñar y evaluar
soluciones 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 energía cinética de un objeto
cambia, se transfiere energía desde o hacia el objeto. El
énfasis está en la Ley de Conservación de Energía(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 biogeoquímicos de carbono, nitrógeno
y fósforo entre otros. (9.3, 9.4).
Estándares e Indicadores
Relevantes
 Estándar: Estructura y niveles de organización de la
materia:
 EI.F.CF4.EM.1
 Planifica una investigación para recopilar evidencia
que describa las propiedades de las ondas de sonido y
de las ondas de luz. El énfasis está en el modelo del
espectro electromagnético y la diferencia entre las
ondas mecánicas y electromagnéticas (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).
Bosque Tropical
Ecosistema Terrestre
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
10–5 nm 10–3 nm
Gamma
rays
103 nm
1 nm
X-rays
106 nm
Infrared
UV
1m
(109 nm)
Microwaves
103 m
Radio
waves
Visible light
380
450
500
550
600
650
700
750 nm
Shorter wavelength
Longer wavelength
Higher energy
Lower 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
Nuclear envelope
Nucleolus
Chromatin
Rough endoplasmic
reticulum
Smooth endoplasmic
reticulum
NUCLEUS
Ribosomes
Central vacuole
Golgi
apparatus
Microfilaments
CYTOIntermediate
SKELETON
filaments
Microtubules
Mitochondrion
Peroxisome
Plasma membrane
Cell wall
Wall of adjacent cell
Chloroplast
Plasmodesmata
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
calor).
6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP +
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.
Se va perdiendo energía a la vez que esta fluyea través
de los diferentes niveles tróficos en un ecosistema.
Tet.jnlive.mobi
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.
Fibers of extracellular matrix (ECM)
Glycoprotein
Carbohydrate
Glycolipid
EXTRACELLULAR
SIDE OF
MEMBRANE
Cholesterol
Microfilaments
of cytoskeleton
Peripheral
proteins
Integral
protein
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
Solar energy
Net movement of
water vapor by wind
Precipitation
over ocean
Evaporation
from ocean
Precipitation
over land
Evapotranspiration
from land
Percolation
through
soil
Runoff and
groundwater
Terrario
 Ilustre como ocurriría el ciclo del agua en su
terrario.
Terrario
 Ciclo del Carbono
Ciclo del Fósforo
Ciclo de Carbono
www.biology tutorvista.com
Terrario
 Ilustre como ocurriría el ciclo del fósforo en su
terrario.
Ciclo de Carbono
www.biology tutorvista.com
Terrario
 Ilustre como ocurriría el ciclo del nitrógeno en su
terrario.
Ciclo del Carbono
Ciclo de Carbono
www.windows2universe.org
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
combustion
5
CO2 in Atmosphere
720
photosynthesis
120
destruction
of vegetation
2
respiration
60
decay
60
Land plants
560
105
diffusion
107
Ocean
runoff
0.4
Soils
sedimentation
0.1
1500
coal
natural gas
oil
bicarbonate (HCO3–) 38,000
dead
organisms
and animal
waste
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.
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