Ciclos de energía y materia en los ecosistemas

Estudiantes Juampablistas realizando actividades de conservación

Indicador de logro: Reconoce y explica la importancia de los ciclos de la energía y materia en los ecosistemas.

Competencia: Reconozco y explico la importancia de los ciclos de la energía y materia en los ecosistemas

Palabras claves: ciclo, energía, interacción, cadena trófica, biótico, abiótico, nitrógeno, órganos,  bacterias, asimilación, biogeoquímico, flora, fauna, biocenosis, biotopo, ecosistema, problemática ambiental, materia, nutrientes, sucesión ecológica, adaptación.

Pregunta generadora

¿Por qué es importante reconocer la importancia de los ciclos de la energía y materia en los ecosistemas?

Situación de aprendizaje: Los ciclos de la energía son los que permiten que la energía este en constante interacción con los seres vivos. Algunos son capaces de captar los elementos y compuestos de los depósitos yacentes en los que se acumulan, los cuales se van transfiriendo en las cadenas tróficas de unos seres vivos a otros, y son sometidos a procesos químicos que los van situando en distintas moléculas.

Así, por ejemplo, el nitrógeno es absorbido del suelo por las raíces de las plantas en forma de nitrato; el metabolismo de las plantas hace que pase a formar parte de proteínas y ácidos nucleicos, a través de la reducción.

Por su parte, los animales tienen el nitrógeno en forma de proteínas y ácidos nucleicos y lo eliminan en forma de amoniaco, urea o ácido úrico en la orina.

Finalmente, el ciclo del nitrógeno es cerrado por algunas bacterias del suelo que trasforman, mediante la oxidación, el amoniaco en nitratos.

Ciclo del nitrógeno. Wikipedia.org

Es importante mencionar que los ciclos de los elementos mantienen una estrecha relación con el flujo de energía en el ecosistema, ya que la energía utilizable por los organismos es la que se encuentra en enlaces químicos uniendo los elementos para formar las moléculas.

Estos ciclos influyen directamente en los procesos de la cadena alimenticia, en donde el hombre está en la cima de la misma, como el máximo depredador de la raza biótica puesto que los procesos de energía que en él se llevan a cabo dan más porciones que cualquier otro ser vivo existente.

Todo proceso natural es maravilloso por si solo puesto que la naturaleza nos ofrece las bondades de poder vivir en un planeta tan rico en materiales y compuestos indispensables para la vida como lo es la tierra, ahí radica la importancia de los ciclos biogeoquímicos, en que los seres humanos debemos colaborar para hacer que estos procesos no sean interrumpidos, ya que cualquier daño a los entes abióticos podría dejar sin herramientas al planeta para continuar el ciclo de la energía.

Ciertamente se viven tiempos caóticos en los que se dice que se ha agotado la gran cantidad de flora y fauna, pero en verdad estos tiempos han marcado la idea de que el mundo necesita de nuestro apoyo para poder ser lo que hasta ahora sigue siendo, el único planeta con vida humana, hacer mención a ciertas estrategias para revertir este fenómeno sería lo ideal, pero el hombre solo se une en momentos críticos, lamentablemente hay que esperar hasta las últimas instancias para poder aplicar una política de medio ambiente o bien colaborar a una cultura proteccionista, todos estamos conscientes de lo que se debe y no hacer con la naturaleza, lamentablemente, esperemos no sea tarde para actuar.

Ecosistemas dinámicos

Dos visiones 

1. La única manera de mantener un ecosistema dinámico es  reciclando los desechos. El ecosistema es la unidad de trabajo, estudio e investigación de la Ecología. Es un sistema complejo en el que interactúan los seres vivos entre sí y con el conjunto de factores no vivos que forman el ambiente: temperatura, sustancias químicas presentes, clima, características geológicas, y sus interacciones (predador-presa, parásito-huésped, competencia, simbiosis, polinización, distribución de semillas, etc.)

La ecología y su objetivo es el estudio de la naturaleza o del ecosistema. Sus límites los fija el ecólogo de acuerdo a las necesidades de su trabajo, puede ser el estómago de un rumiante con su flora intestinal, un charco de agua, un bosque, un lago. Está compuesto por elementos bióticos (biocenosis) y abióticos (biotopo) que se interrelacionan dinámicamente. Es en otros términos, una unidad funcional donde se integran en forma compleja los elementos vivos y no vivos del ambiente.

2. Un ecosistema dinámico se define como un complejo dinámico de comunidades humanas, vegetales, animales y microorganismos (en tanto componentes bióticos), que interactúan con su medio no viviente o abiótico (suelo, roca, agua, atmósfera y energía solar) como una unidad funcional. Todos sus componentes se encuentran muy ligados y tienen –al menos en teoría- la misma importancia al momento de interactuar, ya que cada uno influye sobre las propiedades del otro en un delicado equilibrio. Y porque, además, interactúan como parte de un sistema abierto, donde hay una continua corriente de captación y pérdida de sustancias, energía y organismos. Asimismo, los ecosistemas nos brindan varios servicios: en alimentación, provisión de agua y oxígeno, en la curación de enfermedades, en la regulación del clima, en la cosmovisión cultural e incluso en el ámbito de la satisfacción espiritual y del simple placer estético.

Flujo de energía y nutrientes

                    cadena alimentaria y su flujo de energía

El flujo de energía, se da entre diferentes escalones o niveles en la cadena trófica, y así, la energía se pierde en forma de calor, y respiración. Gracias a las interacciones entre diferentes especies y organismos, los nutrientes se acaban, se desplazan, y se reutilizan cumpliendo así un movimiento cíclico  en los ecosistemas. Hay unos nutrientes de especial importancia, que son: agua, carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo entre otros.

Cambios rítmicos y fluctuaciones en los ecosistemas

Los ecosistemas también varían a lo largo del tiempo. Muchos de los cambios observables son la respuesta del ecosistema a cambios rítmicos de origen astronómico. Estos cambios se producen con una periodicidad precisa. Otros cambios no son rítmicos  son los llamados fluctuaciones por ejemplo el fenómeno de la niña, las plagas forestales, plagas de piojos en la población infantil. Mientras que el cierre o apertura de estomas en plantas del desierto, fotosíntesis y respiración, floración en primavera en ecosistemas templados y migración de las aves corresponden a cambios rítmicos.

Sucesión ecológica

Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=tVvujwb4nv8

Como las poblaciones, las comunidades evolucionan con el paso del tiempo. Ante los cambios del medio, la comunidad responde modificando su composición y biodiversidad.

Si se pudiera observar un bosque cualquiera a lo largo del tiempo, apreciaríamos la aparición y sustitución más o menos ordenada de unas especies por otras: esto es una sucesión ecológica. Se instalan distintas especies según van apareciendo las condiciones y los recursos apropiados.

Sucesión ecológica. Proyecto biosfera

Adaptaciones en los vegetales y animales

Un cambio que permita a un organismo funcionar eficientemente se llama adaptación. El cambio adaptativo significa una ventaja para vivir en un hábitat concreto, en una época determinada, y compartiendo el ecosistema con otras especies. Estos cambios pueden producirse a cualquier nivel, desde el molecular hasta el de organización social, desde la capacidad sensorial hasta las asociaciones simbióticas de especies que evolucionan juntas.

Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=X_Sl-OGKOqo

El motor del proceso de adaptación es la selección natural. Dado que las maneras en que se puede mejorar el éxito evolutivo son casi ilimitadas, los cambios adaptativos se producen en todos los niveles de la compleja jerarquía de componentes y procesos vitales. Sin embargo, la base molecular de todos estos cambios es siempre la misma: las mutaciones genéticas son alteraciones de la secuencia de nucleótidos del ADN. Dichas secuencias alteradas codifican moléculas de proteínas ligeramente diferentes de las originales, y todo lo demás es consecuencia de esta alteración de las proteínas.

Esto es aplicable a cualquier cambio adaptativo, ya se trate de un mayor desarrollo del sistema radicular para absorber agua de la capa más profunda de la freática (que puede resultarle ventajoso a un algarrobo en el Espinal) o de las inflorescencias pequeñas y poco vistosas de las gramíneas puesto que el principal agente polenizador es el viento, o del color de las alas de algunas mariposas, que les permite mimetizarse con las ramas o el follaje. La gama de posibilidades es inmensa, porque la alteración de las proteínas codificadas en los genes puede afectar a casi todos los aspectos de un ser vivo.

La estructura, la fisiología, la bioquímica y el desarrollo dependen de las proteínas: con ellas se construyen los componentes celulares; prácticamente todas las estructuras vivas están formadas por proteínas; también son proteínas las enzimas que catalizan todas las reacciones del metabolismo celular; otras actúan como mecanismo de control de los genes durante la diferenciación celular y el desarrollo de un individuo a partir de un óvulo fecundado. La presencia de una proteína producida por un gen influye en la actividad de éste u otros genes, permitiendo la interacción entre ellos.

La construcción de los seres vivos se rige siempre por las mismas reglas, sin que importe forma ni tamaño. Los genes dirigen la formación de todas las estructuras; por lo cual , estando sometidas a las presiones selectivas de la evolución, pueden alterarse para mejorar sus posibilidades de supervivencia, mediante los procesos de adaptación.

La estructura de un organismo, ya se trate de un animal, una planta o un microbio, es la culminación de su historia evolutiva, un largo proceso de especiación y adaptación.

Actividad complementaria

1. Consulto  sobre el ciclo del agua, carbono y fósforo, además esquematizo cada uno. Explico la incidencia del hombre en cada uno de ellos.

2. Explico  la sucesión ecológica primaria y secundaria.

3. Consulto sobre adaptaciones de vegetales y animales de acuerdo a situaciones  fisiológicas, morfológicas y de comportamiento. 

4. Describo la problemática ambiental en los ecosistemas ocasionada  por el ser humano:

Construcción de oleoductos, megaproyectos, agricultura, ganadería y urbanismo.
5. Ubico en el croquis del departamento del Meta los diferentes ecosistemas. Señalo las acciones humanas que alteran dichos ecosistemas.
6. Creo un acróstico con la expresión: "CICLOS DE LA ENERGÍA Y MATERIA"
7. Invento un crucigrama con lostérminos planteaos en la temática.
8. Invento una caricatura en pro de la conservación de los ecosistemas.
9. Elaboro un mapa conceptual sobre el contenido temático con la ayuda del programa cmaptools.

Bibliografía

* http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/Dinamica/contenidos3.htm
* http://www.fao.org/docrep/006/w1309s/w1309s08.htm
* http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi97/imagen/espinal/las.htm
* Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=X_Sl-OGKOqo