CIRCULACIÓN DE MATERÍA Y ENERGÍA EN

LA BIOSFERA

Biosfera: Es el conjunto formado por todos los seres vivos que

habitan la tierra.

Ecosfera: Es el conjunto formado por todos los ecosistemas de la

tierra, o sea, es el gran ecosistema planetario.

Ecosistema: Es un sistema natural integrado por componentes

vivos y no vivos que interactúan entre sí.(Componentes bióticos + componentes abióticos)

Biocenosis: Comunidad de los seres vivos (componentes bióticos)

que componen un ecosistema.

Biotopo: Es el ambiente físico y químico donde se desarrolla un

ecosistema.

Biomas: Los diferentes ecosistemas que hay en la Tierra.

Relaciones tróficasRepresentan el mecanismo de transferencia energética de unos organismo a otros en forma de alimento.

Se representan mediante las CADENAS TRÓFICAS.

Niveles tróficosProductores: 1º nivel trófico. Organismos autótrofos. Capaces de sintetizar materia orgánica.

Organismos autótrofos

Fotosintéticos (dependientes de la luz)Bacterias, cianobacterias, algas

unicelulares y pluricelulares, plantas superiores.

Quimiosintéticos (Indep. de la luz)Bacterias que obtienen la energía para la

síntesis de m.o. a partir oxidación moléculas inorgánicas (azufre, nitrógeno, hierro)

Principales organismos fotosintéticos

En los ecosistemas terrestres:Las plantas superiores

En ecosistemas marinos:Fitoplancton (algas, cianobacterias)

Parte de la materia orgánica sintetizada, es consumida directamente en el proceso de la respiración celular. El resto se almacena en forma de tejidos y puede ser transferida a los siguientes niveles tróficos.

ConsumidoresOrganismos heterótrofos: Utilizan la materia orgánica ya formada.

Herbívoros: Consumidores primarios que se alimentan de los

productores.

Carnívoros: Se alimentan de los herbívoros. Consumidores

secundarios.

Supercarnívoros Se alimentan de otros carnívoros.

Redes tróficasEn las cadenas tróficas, de cada nivel, suelen partir ramificaciones.Otros: Omnívoros, carroñeros o necrófagos, saprófitos o detrítivoros.

pasto ---> saltamonte --> ratón ---> culebra ---> halcón

DescomponedoresOrganismos se encargan de: Transformar la materia orgánica en sales

minerales que la constituían.

Cierran el ciclo de la materia.

En un ecosistema los imprescindibles son los:ProductoresDescomponedores

CICLO DE MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA

Principios de sostenibilidad natural de los ecosistemas:

RECICLADO DE MATERIA: La materia orgánica es biodegradable, puede ser:

Degradada Transformada en materia inórgánica por acción de

los descomponedores.

El ciclo de materia tiende a ser cerrado

FLUJO DE ENERGÍA:

La energía solar: Entra mediante fotosíntesis en la cadena trófica y

pasa de unos eslabones a otros mediante un flujo abierto y unidireccional.

Además el flujo va disminuyendo al degradarse parte de la energía por:

la respiración las pérdidas por calor.

El flujo de energía es abierto

Parámetros tróficos

BIOMASA

PRODUCCIÓN

PRODUCTIVIDAD

TIEMPO DE RENOVACIÓN

EFICIENCIA

Parámetros tróficosBIOMASACantidad en peso de materia orgánica (viva o muerta) de algún nivel trófico o ecosistema.

Se expresa en unid. de peso o de energía y puede estar referida a unid. de superficie o volumen.

Unid: gC/cm2 , kgC/m2 , tmC/ha

Es la manera que tiene la biosfera de almacenar la energía solar.

PRODUCCIÓN

Cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico

Es una medida del flujo de energía que recorre el ecosistema por unid. de superficie y por unid. de tiempo.

Producción primaria: Es la energía luminosa transformada en materia orgánica

mediante fotosíntesis.

Producción secundaria: Se refiere al almacenamiento de energía en los

heterótrofos, en el resto de niveles.

Parámetros tróficos

Parámetros tróficosProducción bruta:

Es la cantidad de energía fijada en cada nivel trófico por unidad de tiempo.

Producción neta:

Es la energía almacenada en cada nivel trófico por unidad de tiempo.

Representa el aumento de biomasa por unidad de tiempo.

La energía que queda después de descontar la respiración.

Pn = Pb - R

Fotosíntesis y respiración

  La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es:  6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa C6H12O6 + 6 O2

La energía luminosas es captada por la clorofila de las células verdes de las plantas y utilizada para regenerar moléculas de ATP y NADPH (Fase luminosa). En una segunda fase la energía química contenida en el ATP y el NADPH es utilizada para reducir moléculas de CO2 hasta gliceraldehido, a partir del cual se sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente glucosa. Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas.

La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energía

En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía.

REGLA DEL 10%La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él. ej

Producción en la biosfera 

 Producción anual

(entre neta y bruta) (gC/m2)

Extensión (106 km2)

Producción anual (106 ton C)

Bosques 400 41 16 400

Cultivos 350 15   5 250

Estepas y pastos 200 30   6 000

Desiertos   50 40   2 000

Rocas, hielos, ciudades

   0 22         0

Tierras   148 29 650

Océanos 100 361 36 100

Aguas continentales

100  1.9      190

Aguas     362.9 36 290

Total     65 940

Parámetros tróficosPRODUCTIVIDAD:Relación que existe entre producción neta y biomasa. Es un índice de la velocidad con que se renueva la biomasa o tasa de renovación.

p = Pn/B

TIEMPO DE RENOVACIÓNTiempo que tarda en renovarse un nivel trófico.

tr = B/Pn

Parámetros tróficosEficiencia: cociente entre la energía fijada en un nivel trófico o ecosistema y la energía que llega a ese ecosistema o nivel, o lo que es lo mismo: cociente salidas/entradas. ej

 Eficiencia de la Producción 1ª bruta (Ea/Ei)

% dedicado a Respiración (Pn/Pb)

Comunidades de fitoplancton < 0,5% 10 - 40% 

Plantas acuáticas enraizadas y algas de poca profundidad

> 0,5%  

Bosques 2 - 3'5% 50 - 75%

Praderas y comunidades herbáceas 1 - 2% 40 - 50%

Cosechas < 1,5% 40 - 50%

Parámetros tróficos

Ejercicio 2: Modelos agrícolas de Japón (monocultivos mecanizados) y China (tradicional)

Observa el siguiente dibujo en el que se expresa el destino de la energía de los alimentos en kilocalorias en el caso de un hervíboro 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 idndividuo, 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.

PIRAMIDES ECOLÓGICASPirámides de energía: Sigue la regla del 10%, la base representa la cantidad de energía en ese nivel.Pirámides de biomasa: Representa la biomasa acumulada en ese nivel. En sistemas acuáticos la base puede ser más pequeña que el siguiente escalón.Pirámides de números: Representa el nº de individuos en un nivel trófico

ej

PIRAMIDES ECOLÓGICAS

Ejercicios 5 al 8

Ej. PAU

FACTORES QUE REGULAN LA PRODUCCIÓN PRIMARIA

LEY DEL MÍNIMO:

El crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante.

LuzNutrientes (nitrógeno y fósforo)TemperaturaAguaConcentración de CO2

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos11.htm

Factores limitantesLuz:

Una mayor cantidad de luz provoca un aumento de la productividad hasta cierto nivel, sobrepasado el cual no aumenta la productividad.

El agua:

Permite el crecimiento, al servir de vehículo a las sales minerales y sin ella los estomas se cierran e impiden el paso de CO2.

La temperatura:Un aumento incrementa la producción, pero si aumenta en exceso decrece bruscamente.

Concentración de CO2:Niveles altos de CO2 aumentan la productividad como ocurre en invernaderos. Si el nivel es bajo cae la fotosíntesis, debido a que la enzima RuBisCO promueve la fotorrespiración.

Según como tenga lugar este proceso existen diversos tipos de plantas : C3 (normales),p.ej. Trigo, patata, arroz, tomate judías. C4 (soportan bajos niveles CO2),p.ej. Maíz, caña de azúcar, sorgo, mijo.

[CO2] [CO2]

Nitrógeno y fósforo:

Estos nutrientes son factores limitantes muy importantes. La riqueza y productividad de los ecosistemas dependen de los mecanismos de reciclado de los nutrientes.

En ecosistemas marinos son mucho más condicionantes debido a la dificultad para el reciclado.

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Son los caminos realizados por la materia, cuando escapan de la biosfera y pasan por la atmósfera, hidrosfera y litosfera. Tienden a ser cerrados. Las actividades humanas ocasionan la apertura y aceleración de los mismos. Lo que contraviene el principio de sostenibilidad de los ecosistemas: Reciclar al máximo la materia para obtener nutrientes, que no se escapen y que no se produzcan desechos.

Efecto de la deforestación sobre los ciclos de la materia

CICLO DEL CARBONOCiclo biológico: Fotosíntesis que fija carbono y respiración que lo devuelve. Ciclo biogeoquímico:

Atmósfera e hidrosfera intercambian CO2 por difusión.

Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera: el CO2 se disuelve en agua que ataca rocas (carbonatadas y silicatadas) formando compuestos que irán al mar.

Retorno del CO2 a la atmósfera mediante erupciones.

Sumideros fósiles

CICLO DEL FÓSFOROLa reserva principal de fósforo lo constituyen los fosfatos (litosfera -> lento retorno). Existe mucho más N que P en la Tierra, pero los organismos necesitamos tener más P que N, por ello es el principal factor limitante para la producción de biomasa.

CICLO DEL NITRÓGENOEl N se encuentra en grandes cantidades en forma de gas, pero es inaccesible para la mayoría de seres vivos.Es después del P el principal condicionante de la producción de biomasa. Es imprescindible para la construcción de amoniácidos y ácidos nucleicos.El ciclo consta de 4 procesos:

La fijación (N2 NOx) se puede realizar en la atmósfera, pero la mayor parte la realizan microganismos.

La amonificación (CON NH3) la realizan bacterias que producen amoniaco proveniente de la descomposición de seres vivos.

La nitrificación la realizan bacterias que transforman el amoniaco en primer lugar en nitritos NO2 y después en nitratos NO3.

La desnitrificación la realizan bacterias anaeróbicas que descomponen los nitritos en N2.

CICLO DEL NITRÓGENO

CICLO DE AZUFREEl S se encuentra mayoritariamente en la hidrosfera.

Las plantas y microorganismos pueden incorporar directamente sulfato.

El sulfuro de hidrogeno puede generar lluvias ácidas.