Title: Unidad 3
Course: Ciencias Naturales Cultiva 8 EGB

Propiedades y organización de los seres vivos

Unidad 3

Redes alimenticias y ciclos biogeoquímicos

En esta unidad conoceremos el equilibrio que tiene la naturaleza y las relaciones entre los diferentes elementos que la componen (aire, agua, suelo, energía, flora, fauna, clima y ser humano).

Además, nos involucraremos en el estudio de los ciclos biogeoquímicos como el ciclo del carbono, el oxígeno y el nitrógeno; y también en el flujo de la energía de las cadenas tróficas para entender su trascendencia para la vida. Haremos una introducción sobre la interacción de los ciclos biogeoquímicos en la biósfera (la litósfera, la hidrósfera y la atmósfera). Y finalmente, conectaremos estos temas con los impactos que el ser humano ha causado dentro de su dinámica.

Los seres vivos nos relacionamos con la naturaleza y con el ambiente. Necesitamos sobrevivir y para eso consumimos alimentos, y con ellos, los elementos que ofrece nuestro planeta para integrarlos en nuestro organismo.

Objetivos

OG.CN.1. Desarrollar habilidades de pensamiento científico con el fin de lograr flexibilidad intelectual, espíritu indagador y pensamiento crítico; demostrar curiosidad por explorar el medio que les rodea y valorar la naturaleza como resultado de la comprensión de las interacciones entre los seres vivos y el ambiente físico.

OG.CN.2. Comprender el punto de vista de la ciencia sobre la naturaleza de los seres vivos, su diversidad, interrelaciones y evolución; sobre la Tierra, sus cambios y su lugar en el universo, y sobre los procesos, físicos y químicos, que se producen en la materia.

OG.CN.3. Integrar los conceptos de las ciencias biológicas, químicas, físicas, geológicas y astronómicas, para comprender la ciencia, la tecnología y la sociedad, ligadas a la capacidad de inventar, innovar y dar soluciones a la crisis socioambiental.

Ministerio de Educación, (2016).

Cadenas, redes y pirámides alimenticias

Tema 1

Cadenas, redes y pirámides alimenticias

Saberes previos

¿Has visto en la naturaleza el acto de “comer y ser comido”? Menciona algunos ejemplos.

Desequilibrio cognitivo

¿De dónde proviene toda la energía que se utiliza en un ecosistema?

Para entender las cadenas, redes y pirámides alimenticias, primero tenemos que entender lo que es un ecosistema.

Ecosistema

En 1935, el ecólogo inglés Arthur G. Tansley (1871-1955) definió al ecosistema como la unidad biológica funcional básica de la vida que consta de seres vivos o comunidades bióticas y el medio físico o abiótico de un lugar específico; cada elemento del ecosistema interacciona y a su vez interviene en las cualidades del otro.

Ecosistema de mangle sobre y bajo el agua salobre.

Depredación: un guepardo caza una gacela en la sabana africana.

Relación simbiótica entre el pez payaso y la anémona de mar. El pez se refugia, reproduce y alimenta en la anémona. El color del pez payaso atrae a peces más grandes que intentan devorarle, pero quedan paralizados por los tentáculos de la anémona y son devorados por esta.

Si resaltamos el concepto de ecosistema como la agrupación de especies de un área determinada que interactúan entre ellas y a su vez con su ambiente abiótico, podemos ampliar el concepto, ya que esta interacción se produce a través de hábitos como la depredación, el parasitismo, la competencia y la simbiosis, y la relación con su ambiente ocurre al desintegrarse y volver a formar parte del ciclo de energía y de nutrientes. Las especies que participan en el ecosistema –incluso bacterias, hongos, plantas y animales– dependen unas de otras. Ampliaremos el concepto de las relaciones que suceden entre las especies a través de diversas dinámicas, como las que se detallan a continuación.

Depredación

Es una relación biológica en la que un individuo de una especie animal (el depredador o predador) captura a otro individuo (presa) para su subsistencia.

Simbiosis

Se trata de una asociación íntima y a largo plazo entre dos especies diferentes. Una forma de relación simbiótica negativa sería el parasitismo. Por su parte, relaciones simbióticas positivas serían el mutualismo (la asociación de dos o más organismos de especies diferentes que proporciona beneficio para ambos) y el comensalismo (forma de interacción biológica externa entre dos especies, en la cual una o las dos interactuantes se benefician sin perjudicarse).

Parasitismo

Los parásitos son especies que viven en un anfitrión u hospedero, y se alimentan de él. Hay parásitos internos (endoparásitos) y externos (ectoparásitos). Es una relación en la que uno de los involucrados es perjudicado.

Competencia

Se da cuando dos o más criaturas utilizan los mismos recursos. Hay competencia entre sujetos de la misma especie (competencia intraespecífica) y competencia entre individuos de distintas especies (competencia interespecífica).

Glosario

ecotono. Es la zona de transición entre dos comunidades ecológicas distintas; por lo tanto, es un lugar donde los componentes ecológicos se encuentran en tensión.

trófico. Relacionado con la alimentación o nutrición. “Relaciones tróficas” entonces se refiere a las relaciones alimenticias.

Es fácil comprender que no todos los ecosistemas son iguales; existe en nuestro planeta un gran número de ecosistemas que tienen sus propias características, es por esto que al término “ecosistema” se le ha dado una importancia geográfica y se ha hecho equivalente a los tipos de vegetación (por ejemplo, matorral, bosque de pinos, pastizal, etc.). Esta simplificación no contempla el factor de que los límites de algunos tipos de vegetación son poco visibles, mientras que las fronteras de los ecosistemas no lo son. Por lo tanto, también en ecología se toman en cuenta las zonas de transición entre ecosistemas y se las denomina “ecotonos”.

Dentro de la naturaleza de los ecosistemas, se habla de flujo e intercambio de energía, debido a que las dinámicas de los ecosistemas se basan en este fundamento. La energía (que normalmente transita a través del alimento) se transforma constantemente pasando por varias dinámicas. Las primeras formas de flujo energético son las cadenas, redes y pirámides alimenticias, llamadas también relaciones tróficas o ecológicas.

Relaciones ecológicas

Las relaciones ecológicas dentro de un ecosistema se basan en el intercambio de materia y energía de unos organismos a otros mediante la alimentación.

Cadenas alimenticias

También se denominan cadenas tróficas (del griego trophos: alimentar). Son la sucesión que ocurre de forma directa entre los organismos de diferentes especies para la transmisión de alimentos. Es decir, una cadena es una imagen descriptiva que presenta la trayectoria que mantiene la materia y la energía entre los organismos de un ecosistema.

En los bosques tropicales existe competencia entre los vegetales por la luz.

Una cadena alimenticia marina básica.

Representación de la cadena alimenticia en un ecosistema terrestre, con todos sus eslabones.

La red alimenticia involucra a más organismos participantes.

Glosario

interconectado. Que establece y mantiene una conexión

biomasa. Es la cantidad total de materia viva que está presente en una comunidad o ecosistema.

Las cadenas tróficas no tienen lugar de un modo aislado y lineal, porque están interrelacionadas; es decir, una especie puede alimentarse de otras especies que pertenecen a diferentes cadenas y, a su vez, pue- de servir de alimento a distintas especies. Por este motivo, dentro de la naturaleza, más que cadenas existen redes alimenticias.

Redes alimenticias

Una red alimenticia es un grupo de cadenas tróficas interconectadas, que expresan todas las posibles relaciones alimentarias que suceden entre los organismos de un ecosistema

Pirámide alimenticia

Es una forma de representar y conocer de manera didáctica las relaciones ecológicas entre los organismos del ecosistema, además de graficar la pérdida de energía a través de este flujo.

Se le denomina también “pirámide trófica”, y es un símbolo gráfico por medio de rectángulos encaramados de toda la biomasa de una red alimentaria. La base de la pirámide la ocupan los organismos productores, es decir, por las plantas en los ecosistemas terrestres y por el fitoplancton (algas microscópicas) y algas macroscópicas en los ecosistemas acuáticos. En el siguiente nivel, se encuentran los organismos consumidores primarios, es decir, los animales herbívoros que se nutren directamente de los productores (como vacas, orugas, llamas, jirafas, conejos, insectos herbívoros, etc.). En el tercer nivel se encuentran los consumidores secundarios, que se alimentan del eslabón inferior, y son los carnívoros, como lobos y serpientes. Así en orden subsecuente, hasta llegar al eslabón más elevado, donde se encuentran los anima les llamados superdepredadores (pumas, águilas), aunque este puesto también lo ocupan los carroñeros, cuyo alimento son restos de una criatura que ha muerto.

Pirámide alimenticia en la que están representados los organismos productores primarios, consumidores primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios.

CN.4.1.10. Observar y explicar en diferentes ecosistemas las cadenas, redes y pirámides alimenticias, identificar los organismos productores, consumidores y descomponedores y analizar los efectos de la actividad humana sobre las redes alimenticias.

Organismos productores, consumidores y descomponedores

Organismos productores, consumidores y descomponedores

Saberes previos

¿Quién serías tú en un ecosistema: productor, consumidor primario o consumidor secundario?

Desequilibrio cognitivo

¿Qué es lo que distingue a un ser vivo de un ser no vivo?

Para entender a profundidad la dinámica, el flujo e intercambio de energía dentro de las redes alimenticias, es necesario comprender los tipos de organismos que la forman.

Los organismos productores transforman la energía solar y la almacenan, debido al proceso de fotosíntesis.

Los consumidores primarios, se alimentan exclusivamente de plantas.

Los productores transforman la energía lumínica en química mediante el proceso de fotosíntesis para poder sintetizar moléculas orgánicas complejas a partir de compuestos inorgánicos. El dióxido de carbono (CO2) del aire (absorbido por las hojas), las sales minerales y el agua del suelo (ambos asimilados por las raíces) son transportados a los cloroplastos; allí, gracias a la energía solar captada por la clorofila (pigmento que da color verde a las hojas), se produce glucosa. A partir de la glucosa, se elaboran otros azúcares más complejos, como la sacarosa, el almidón, la celulosa, la lignina otros compuestos, que forman la estructura de las plantas. Estos carbohidratos son el sustento de los consumidores primarios o herbívoros. Los organismos productores son la base de la cadena alimenticia y todos los demás seres dependen de forma directa o indirecta de ellos.

Glosario

fotosíntesis. Proceso químico que tiene lugar en las plantas verdes (con clorofila) y que permite, gracias a la energía de la luz, transformar una sustancia inorgánica en materia orgánica.

biomasa. Cantidad total de materia viva presente en una comunidad o ecosistema.

Los depredadores o consumidores terciarios comen casi exclusivamente carne.

Los organismos consumidores

Un consumidor, también llamado heterótrofo, es un ser vivo que se alimenta directa o indirectamente de los productores. Se los agrupa en herbívoros (consumidores primarios), que se alimentan de plantas; carnívoros (consumidores secundarios), que se alimentan de animales; y también en omnívoros, que se alimentan de plantas y animales. Están además los superpredadores que se alimentan de otros carnívoros (consumidores terciarios).

Los organismos descomponedores

Los organismos descomponedores se alimentan de desechos y cadáveres de animales y plantas. Estos organismos mineralizan la materia orgánica y liberan elementos químicos que son utilizados posteriormente por los autótrofos, dando inicio nuevamente a la cadena alimenticia.

Los descomponedores se ocupan de aprovechar la materia orgánica y la energía que presentan los restos de plantas y animales, para transformarlos en materia inorgánica, por medio de la descomposición. Se trata, por lo general, de hongos y bacterias que realizan el reciclaje de nutrientes, de manera que la materia que ya no utiliza un ser vivo pasa a ser aprovechada por otro. En este proceso, absorben de los desechos de animales y plantas algunos productos que les sirven; al mismo tiempo, liberan otros elementos que el medio abiótico incorpora para luego ser consumidos por los organismos productores, cerrando así el ciclo.

Los organismos descomponedores degradan la materia orgánica.

Representaciones gráficas de los flujos de energía y nutrientes

Casi siempre, la energía que activa todas las comunidades de la biosfera, proviene del sol. Sin embargo, existen algunas excepciones, como los microorganismos llamados quimioautótrofos. Estos no obtienen energía de la luz solar, sino de compuestos inorgánicos de naturaleza reducida, como ciertos compuestos que se desprenden de las rocas. Pero tomando en cuenta todos los ecosistemas, su actividad es ínfima con respecto a los primeros, aunque vale la pena mencionarlos, debido a que estos organismos también forman parte fundamental en los ciclos biogeoquímicos que veremos más adelante.

Pirámide ecológica simplificada.

Para manifestar la abundancia, ya sea en términos de individuos o de la biomasa que acumula cada eslabón de la cadena trófica (organismos fotosintéticos, productores primarios, secundarios, y descomponedores), puede observarse que ambos volúmenes (individuos y biomasa) decrecen significativamente desde las plantas hasta los depredadores, es decir, desde la base hasta la cúspide. Entonces, si se ordena la información de este modo, obtenemos una gráfica en forma de “pirámide” o “triángulo”, que resulta ser la más fácil de entender.

Interdisciplinariedad

Ciencias y ecología

La ecología es una de las ciencias más importantes porque gracias a ella podemos entender nuestro entorno. El ser humano es parte importante de la biosfera, y esta comprensión puede llevarnos a la conservación para dejar un mejor planeta a las futuras generaciones.

¿Qué puedes hacer tú para ayudar a conservar los ecosistemas?

TIC

Observa este video educativo sobre la red alimenticia:

www.mayedu.ec/nat8/p68

¿Qué sucede cuando se rompe el equilibrio o cuando algún eslabón de la red alimenticia se pierde?

Ciclo de biomasa dentro de un ecosistema de agua dulce. Allí el fitoplancton y las plantas acuáticas (o macrófitas) son productores

Representación de una red alimenticia de un bosque.

Representación de una cadena simple de una pradera.

Toda la biomasa retorna al suelo y los descomponedores la vuelven a convertir en gases, materia inorgánica y nutrientes; estos vuelven a ser absorbidos por las raíces, y así continúan nuevamente las relaciones dentro de estos ciclos.

Hasta ahora tenemos los conceptos claros. Pero pensemos que en la naturaleza no existe nada perfecto ni lineal, es decir, siempre hay pérdidas entre cada eslabón de la pirámide o la cadena. Por ejemplo, parte de los nutrientes que son depositados en el suelo son lavados por las aguas de lluvia y van al mar, entonces se pierden dentro del ecosistema terrestre en donde se encontraban. Lo mismo sucede con cada eslabón de la cadena o red trófica.

Por todo esto, es importante recordar un principio de la física que se aplica perfectamente a estos conceptos: “en materia y energía: nada se crea, nada se destruye, todo se transforma”.

Todos estos modelos mentales y gráficos sirven para explicarnos de mejor manera la dinámica de los ecosistemas, sin embargo, es mucho más complicado ilustrar todas las relaciones, que son numerosas y complejas, entre las distintas especies que componen un ecosistema. Las pirámides únicamente son una representación gráfica del flujo y la pérdida de energía al interior de un ecosistema, pero para demostrar gráficamente algo más cercano a la realidad, es mejor una estructura más compleja, como son las redes alimenticias.

El flujo de energía en cadenas y redes alimenticias

Tema 2

El flujo de energía en cadenas y redes alimenticias

Saberes previos

¿En qué aspecto de la vida diaria tomas energía y descargas energía?

Desequilibrio cognitivo

¿Cuál es la fuente y a través de qué organismos ingresa la energía en las cadenas y redes alimenticias?

Existen dos leyes básicas en los ecosistemas: 1) los nutrientes dan vueltas y se reciclan dentro y entre los ecosistemas; 2) la energía se moviliza a través de las comunidades ecológicas (que son las diversas poblaciones de organismos que interactúan entre sí y habitan estos ecosistemas) en un movimiento continuo de una sola dirección.

Para simplificar, observemos a los nutrientes como lo que son: átomos y moléculas que absorben por los organismos del ambiente (ya sea de otra materia viviente, ya sea de materia no viva), pero que son necesarios para la sobrevivencia.

La luz solar es la fuente de toda la energía que fluye en la Tierra.

La cantidad de energía que fluye a partir de la energía solar.

Los mismos átomos han mantenido la vida durante 3 500 millones de años, que es el tiempo en que comenzó la vida en la Tierra. Las moléculas que actualmente se encuentran en tu cuerpo seguramente contienen átomos de oxígeno que alguna vez formaron parte del agua primigenia y fueron soltados por primera vez gracias a bacterias fotosintéticas primitivas. Algunos de tus átomos de carbono fueron exhalados por un dinosaurio, y varios de tus átomos de nitrógeno posiblemente fueron respirados por bacterias que degradaron los restos de un mamut.

Esto es posible porque, aunque los nutrientes se pueden transportar, redistribuir o convertirse en diversas formas moleculares, nunca abandonan el planeta, sino que se reciclan interminablemente a través de los ciclos de nutrientes.

La energía, en contraste, se restaura de manera continua. Las acciones de los organismos, como la migración de la mariposa monarca o el transporte activo de moléculas a través de la membrana celular, a fin de cuentas son fomentadas por la luz del sol. La energía solar que entra a la Tierra es captada por organismos fotosintéticos, luego es transformada por reacciones químicas para dar energía al resto de seres, y finalmente se convierte en calor, que irradia de regreso al espacio.

¿Cómo fluye la energía en cadenas y redes alimenticias?

Una diminuta porción de la energía de las reacciones termonucleares del Sol llega a la Tierra en forma de ondas electromagnéticas, las cuales incluyen la luz, el calor y la radiación ultravioleta. De esta energía, gran parte es reflejada por la atmósfera y la superficie del planeta.

Otra parte es absorbida como calor por la Tierra; el 1 % que queda permite sostener la vida.

De allí, solo una fracción de esta energía solar restante es captada por organismos fotosintéticos. La abundante vida en este planeta está sostenida por menos del 0,03 % de la energía que llega desde el Sol.

Los organismos que realizan fotosíntesis son el primer eslabón en la cadena trófica.

Así, la energía entra a los individuos, poblaciones y comunidades por la vía de la fotosíntesis. Esta energía solar, después de múltiples reacciones realizadas en el interior de los cloroplastos de las plantas, se usa en reacciones que almacenan energía. Para crear nuevas moléculas, las plantas y otros organismos fotosintéticos adquieren nutrientes de los elementos abióticos (no vivos) de los ecosistemas. Ingieren nitrógeno y fósforo del suelo y el agua, absorben carbono del CO2 del aire, y obtienen oxígeno del aire y las moléculas de agua.

Con la energía del Sol y estos nutrientes inorgánicos, las plantas sintetizan biomoléculas como azúcares, almidones, proteínas, ácidos nucléicos y todas las moléculas biológicas. Durante la fotosíntesis, las plantas liberan el oxígeno que la mayoría de los organismos requieren para la respiración y otras reacciones. Por ende, los organismos que realizan fotosíntesis sirven como un conducto tanto de energía como de nutrientes hacia las comunidades ecológicas.

La energía se trasfiere de un nivel trófico a otro, sin embargo, existen interacciones muy complejas dentro de las comunidades biológicas, y entre estas y sus medios abióticos. Estas relaciones determinan las vías que siguen la energía y los nutrientes, conforme se mueven a través de los ecosistemas.

La energía fluye en las comunidades a partir de los productores fotosintéticos a través de varios niveles de consumidores. Cada categoría de organismos es un nivel trófico. Ya hemos visto los diferentes niveles tróficos y los organismos que pertenecen a ellos, ahora veamos cómo fluye la energía.

Producción primaria neta

La producción primaria neta es una medida de la energía acumulada en los organismos productores. La abundancia de vida que puede sostener un ecosistema en particular está definida por la energía que capturan los organismos productores en dicho ecosistema.

La producción primaria corresponde a la energía que los organismos fotosintéticos almacenan y distribuyen hacia otros miembros de la comunidad en un periodo dado, y está influenciada por muchas variables del ambiente (cantidad de nutrientes que pueden usar los productores, cantidad de luz solar que llega, disponibilidad de agua, temperatura).

Glosario

cloroplasto. Orgánulo de las células vegetales que contiene clorofila. Allí se realiza la fotosíntesis.

Interdisciplinariedad

Ciencias y física

Entre las ramas de la física se encuentra la termodinámica, que estudia la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía. Este concepto claramente explica el flujo de energía en los ecosistemas.

Indaga sobre las leyes de la termodinámica y relaciónalas con el flujo de energía en las redes tróficas.

Es visible la falta de producción primaria neta en un ecosistema desértico.

Glosario

termodinámica. Parte de la física que estudia las relaciones entre el calor y las diferentes formas de energía.

Por ejemplo, en el desierto, la carestía de agua limita la producción primaria. En el mar abierto, la luz falta en aguas profundas, y la escasez de nutrientes limita la productividad en el agua superficial. En los ecosistemas donde todos los recursos son abundantes, la productividad es alta (por ejemplo: en la selva húmeda tropical y en los estuarios).

Entonces, la contribución de un ecosistema a la productividad global de la Tierra está determinada tanto por la productividad del ecosistema como por la porción de Tierra que cubre. El mar abierto, cuya productividad es baja, cubre alrededor de 65 % de la superficie terrestre, por lo que aporta aproximadamente 25 % de la productividad total de la Tierra. Esta es más o menos la misma aportación global de la selva húmeda tropical, cuya productividad es muy alta, pero que solo cubre un 4 % de la superficie terrestre.

La transferencia de energía a través de los niveles tróficos es ineficiente

El uso de energía nunca es completamente eficiente. Según una de las leyes de la termodinámica, siempre una cantidad de la energía que fluye se disipa en forma de calor.

Todas las reacciones químicas que mantienen vivas a las células producen calor como desperdicio. A nivel macro, la transferencia de energía de un nivel trófico al siguiente también es muy ineficiente.

La ley del diezmo ecológico es la pérdida de energía en los diferentes eslabones de la cadena alimenticia.

Por ejemplo, cuando un saltamontes (un consumidor primario, segundo nivel trófico) come las hojas de una planta (un productor), solo una porción de la energía solar atrapada por la planta está disponible para el insecto; cierta cantidad fue aprovechada por la planta para su propio metabolismo, y otra tanta se perdió como calor durante estos procesos. Otra parte de la energía se transformó en celulosa, que el insecto no puede digerir. Por lo tanto, solo una fracción de la energía captada por los productores primarios puede ser usada por los organismos consumidores primarios.

Un ave que se come al saltamontes (el tercer nivel trófico) no obtendrá toda la energía que el insecto adquirió de la planta, ya que una parte se usó para impulsar los saltos, el vuelo y el canto; otra parte de la energía se gastó en la elaboración del exoesqueleto no digerible del saltamontes; y mucha de ella se perdió como calor.

Así mismo, la energía que proviene del cuerpo del pájaro no estará disponible por completo para el halcón que lo consumirá.

Esto se conoce como la “ley del diezmo ecológico”, que establece que solamente se puede capturar el 10 % de la energía del nivel, hacia el nivel trófico inmediato superior de la pirámide.

CN.4.1.11. Diseñar modelos representativos del flujo de energía en cadenas y redes alimenticias, explicar y demostrar el rol de los seres vivos en la trasmisión de energía en los diferentes niveles tróficos.

El carbono, el oxígeno y el nitrógeno en el flujo de energía de las cadenas tróficas

Tema 3

El carbono, el oxígeno y el nitrógeno en el flujo de energía de las cadenas tróficas

Saberes previos

¿Has comido alimentos ricos en fósforo? ¿Cuáles por ejemplo?

Desequilibrio cognitivo

¿Es posible que elementos inorgánicos se transformen en compuestos orgánicos en el interior del cuerpo?

Glosario

elementos biogenésicos. Aquellos elementos o átomos que componen la materia viva. Los principales elementos biogenésicos son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, y otros que se encuentran en menor proporción.

Muchos elementos circulan en las cadenas alimenticias, conforme fluye la energía, pero a diferencia de esta, los nutrientes tienen un sistema cerrado, no se desperdicia. Los nutrientes se encuentran en los alimentos y es necesario analizar cómo ciertos nutrientes pasan de ser elementos y compuestos inorgánicos a formas orgánicas asimilables como carbohidratos, lípidos y proteínas.

Existe una conexión invisible en la naturaleza a través del flujo de nutrientes. El origen de todos ellos es el sol.

La fotosíntesis es la vía principal del flujo de energía y transformación de materia.

Circulación de nutrientes dentro y entre los ecosistemas

La energía de la luz solar ingresa en los ecosistemas, fluye en un sistema abierto e interviene en una serie de procesos donde se transporta y transforma; mientras otra parte se pierde en forma de calor.

En contraste, los nutrientes no circulan en un flujo continuo, sino en un sistema cerrado; es decir, vuelven a reutilizase porque se mueven entre los organismos y el ambiente. Los nutrimentos son elementos químicos y pequeñas moléculas que forman bloques para construir la vida. Algunos de estos nutrientes necesarios para los seres vivos son elementos biogenésicos, como carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y calcio. Otros elementos químicos se requieren en menor cantidad y se llaman micronutrientes: zinc, molibdeno, hierro, selenio y yodo.

Los ciclos de nutrientes o ciclos biogeoquímicos explican las vías que siguen las sustancias conforme se movilizan desde ambientes abióticos en ecosistemas a través de las comunidades y de regreso a los sitios de acopio abióticos.

La energía en el ecosistema y las leyes de la termodinámica

El flujo de energía en un ecosistema está en relación con las leyes de la termodinámica. Así, la primera ley afirma que “la energía se conserva, no se crea ni se destruye, sino que se transforma”. La ruta principal de este flujo energético es la fotosíntesis, donde la energía solar es transformada en energía química de almacenamiento.

La segunda ley de la termodinámica establece que la energía se transforma al pasar de una forma organizada y concentrada a otra menos organizada y más dispersa. En términos ecológicos, esta ley se manifiesta con los cambios de energía, donde gran parte de esta queda dispersa y no es utilizada, se convierte en calor que se elimina en el medio.

El carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo y otros elementos están presentes en los flujos de energía de los ecosistemas. Este flujo ocurre mediante reacciones químicas, factores físicos y transformaciones, conocidos como ciclos de los elementos biogenésicos.

Fotosíntesis y respiración

La fotosíntesis incluye una serie de reacciones en las que se captura energía en forma de luz y es transformada en energía química; casi toda la energía que consumen los organismos en la Tierra procede de la fotosíntesis.

La fotosíntesis sucede en dos etapas: 1) una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura; 2) otra serie que depende de la temperatura y es independiente de la luz.

Fase primaria o luminosa

En la fase luminosa de la fotosíntesis se producen reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila (compuesto orgánico que contiene en su estructura átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio).

Glosario

ATP. Trifosfato de adenosina. Es un compuesto orgánico (nucleótido) fundamental en la obtención de energía celular. Es la principal fuente de energía para las funciones celulares.

La clorofila capta la luz solar, y provoca el rompimiento de la molécula de agua (H2O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O). Es decir, la unión química que mantiene enlazados al hidrógeno y al oxígeno de la molécula de agua se rompe por efecto de la luz.

El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente, y la energía que no se usa, se almacena en forma de moléculas de ATP. En efecto, cada vez que la luz esté presente, se iniciará esta reacción en la planta.

Glosario

meteorización. Descomposición de minerales y rocas que sucede en la superficie terrestre al tomar contacto con la atmósfera e hidrósfera.

Fase secundaria u oscura

La fase oscura no requiere de luz, se realiza en los cloroplastos y usa los productos obtenidos en la fase luminosa. La molécula de hidrógeno formada en la fase anterior se suma al dióxido de carbono (CO_2) presente en el aire, dando como resultado la formación de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos (moléculas que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno).

CO_2 + H_2O + Luz solar 6 CO_2 + 6 H_2O |  | Materia orgánica + O_2 C_6H_12O_6 + 6 CO_2 + 6 H_2O
Materia orgánica + O_2 C_6H_12O6 + 6 O_2 |  | CO_2 + H_2O + 6 CO_2 + 6 H_2O

Este proceso sucede gracias a la energía almacenada en moléculas de ATP y resulta en la glucosa (C_6H_12O_6) –que es un azúcar sencillo– y moléculas de agua como residuo. Después de la formación de glucosa, ocurren otras reacciones que resultan en la formación de almidón y otros carbohidratos. A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas que son usados en la formación de los tejidos vegetales.

El resultado final y el más importante es que la planta almacena en su interior la energía que viene del Sol. Esta cualidad es la razón de la existencia del mundo vegetal porque es la base energética de todos los demás seres vivientes.

Por un lado, las plantas son para los animales la base de la alimentación y por otra, mantienen constante la cantidad indispensable de oxígeno en la atmósfera, lo que posibilita a los organismos que obtengan energía necesaria para actividades como la respiración, que consiste en captar el oxígeno para “quemar” los carbohidratos, cuyos productos finales son: CO_2 y agua.

Reciclaje del fósforo en la naturaleza.

Reciclaje del fósforo

Los seres vivos adquieren el fósforo en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas, que por meteorización se descomponen y liberan los fosfatos. Estos pasan a los vegetales por el suelo y, luego, pasan a los animales. Cuando estos excretan o mueren, los descomponedores reanudan la producción de fosfatos.

Una parte de estos fosfatos son llevados por las aguas al mar, donde son asimilados por las algas, peces y aves marinas. Estas producen guano, que se usa como abono en la agricultura porque suelta grandes cantidades de fosfatos. En el fondo del mar, los restos de los animales marinos dan lugar a rocas fosfatadas, que afloran por movimientos orogénicos.

CN.4.1.12. Relacionar los elementos carbono, oxígeno y nitrógeno con el flujo de energía en las cadenas tróficas de los diferentes ecosistemas.

Los ciclos del oxígeno, el carbono, el nitrógeno y el fósforo

Tema 4

Los ciclos del oxígeno, el carbono, el nitrógeno y el fósforo

Saberes previos

¿Has comido vegetales que contengan proteínas? Enlista algunos ejemplos.

Desequilibrio cognitivo

El nitrógeno está en el aire y es esencial para los seres vivos, ya que es la base de las proteínas. ¿Cómo llega del aire a nuestro estómago?

Glosario

detritófagos. O detritívoros, comen restos o detritos, es decir, los restos de animales y plantas que están en descomposición. Son importantes en el ecosiste- ma porque reciclan nutrientes.

Como se mencionó en la lección anterior, la energía del sol fluye en los ecosistemas como un sistema abierto porque hay intercambio de materia y energía con el exterior; mientras que los nutrientes están en un sistema cerrado, es decir, son reciclados constantemente dentro y entre los ecosistemas. Estos son los ciclos biogeoquímicos, en los que hay intercambio de elementos entre la biosfera, la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera.

El ciclo del oxígeno

Este ciclo describe la circulación del oxígeno en la biosfera y está íntimamente ligado al ciclo del carbono, puesto que, al respirar, los animales y seres humanos tomamos del aire el oxígeno como una molécula (O2) producida por las plantas, que inhalan el CO2 que exhalamos los animales.

En la respiración celular, se reduce el O2 para producir energía y se genera el CO2. En el proceso de fotosíntesis se origina el O2 y glucosa a partir de CO2 y agua.

En la atmósfera, el O2 es oxidante y se forma por ruptura de la molécula del agua (fotólisis) por medio de la energía solar.

El ciclo del carbono

El carbono es el pilar de la vida, pues con sus largas cadenas forma el armazón de todas las moléculas orgánicas, que son los ladrillos que construyen vida.

El ciclo del oxígeno está ligado al ciclo del agua y del carbono.

El ciclo del carbono describe el movimiento de este elemento desde sus principales yacimientos a corto plazo en la atmósfera y los océanos, a través de los productores y hacia los cuerpos de los consumidores y detritófagos, y después de regreso otra vez a los depósitos.

El carbono es el cuarto elemento más abundante en el universo, después del hidrógeno, el helio y el oxígeno. Existen en esencia dos formas de carbono: la orgánica (presente en todo ser vivo y sus desechos) y la inorgánica (presente en las rocas). El ciclo del carbono puede dividirse en dos procesos: el ciclo lento o geológico, y el ciclo rápido o biológico.

El carbono ingresa a las comunidades biológicas cuando los organismos productores (plantas y organismos fotosintéticos) capturan dióxido de carbono (CO2) durante la fotosíntesis. En tierra firme, los organismos fotosintéticos adquieren CO2 directamente de la atmósfera; mientras que en el agua, los productores acuáticos como el fitoplancton obtienen el CO2 del medio acuático, donde se encuentra disuelto.

Los organismos productores regresan una parte del CO2 a la atmósfera o al agua durante la respiración celular. La otra parte es incorporada en sus cuerpos. La quema de bosques trae de regreso dióxido de carbono desde los productores a la atmósfera.

Cuando los consumidores primarios (herbívoros) ingieren a los producto- res, obtienen el carbono almacenado en su tejido vegetal. Asimismo, los herbívoros y los organismos de los niveles tróficos superiores liberan CO2 a través de la respiración, excretan productos carbonatados en sus heces y guardan lo restante en sus tejidos.

Esquema del ciclo del carbono entre la tierra, la atmósfera y los océanos con miles de millones de toneladas por año (los números amarillos son flujos naturales, los rojos son contribuciones humanas, los blancos son el carbono almacenado).

TIC

Observa este video sobre los ciclos biogeoquímicos.

www.mayedu.ec/nat8/p80

¿Cómo se relacionan los ciclos entre sí?

Interdisciplinariedad

Ciencias y química

La química es la ciencia que per- mite analizar las reacciones que suceden entre los elementos, además de conocer y describir las propiedades de estos y su comportamiento en la naturaleza. La química ha permitido desarrollar industrias para el bienestar humano e interpretar los ciclos biogeoquímicos.

¿Cómo se relaciona la química con los ciclos biogeoquímicos?

Cuando mueren los seres vivos, sus cuerpos se descomponen con ayuda de los detritófagos, también llamados saprófagos (microorganismos, bacterias, hongos y muchos invertebrados que consumen materia en descomposición). Estos organismos también respiran, lo que regresa CO2 a la atmósfera y a los océanos. El CO2 pasa libremente entre estos dos grandes depósitos. Los procesos conjuntos de ingesta por fotosíntesis y liberación por respiración celular transfieren constantemente carbono desde las par- tes abióticas hacia las bióticas de un ecosistema de ida y regreso. Sin embargo, existe una parte del carbono que se recicla de forma mucho más lenta.

Una gran cantidad del carbono de la Tierra está incorporado en la piedra caliza, que se forma con carbonato de calcio (CaCO_3). Este ha sido depositado y se ha acumulado en el lecho marino, en las conchas de fitoplancton prehistórico. Pero, debido a que la circulación del carbono desde este ori- gen hacia la atmósfera y de vuelta requiere millones de años, es tan largo que su aporte para el carbono que circula en los ecosistemas es mínimo.

Otro depósito de carbono a largo plazo se encuentra en los combustibles fósiles, que incluyen carbón, petróleo y gas natural.

Depósito natural de carbón en una playa de Australia.

Estos materiales se originaron con el paso de millones de años, a partir de restos de organismos prehistóricos enterrados en las profundidades del subsuelo, y fueron sometidos a elevadas presiones y temperaturas.

Podríamos decir que estos restos prehistóricos, que una vez estuvieron vivos, almacenaron la energía de la luz del sol prehistórica (que fue captada por organismos fotosintéticos) y ahora se encuentra retenida en estos depósitos. Cuando los seres humanos queman combustibles fósiles para usar esta energía almacenada, también se libera CO_2 en la atmósfera, con resultados nefastos que ya conocemos.

Pese a que el petróleo ha contribuido en el progreso de muchas industrias llamadas petroquímicas, su sobreexplotación influye negativamente en el calentamiento global y la contaminación.

Para suceder, el ciclo del nitrógeno lleva a cabo varios procesos e interacciones con los seres vivos.

El ciclo del nitrógeno

La atmósfera es el principal reservorio de nitrógeno y constituye el principal gas en porcentaje del aire, ocupando un 78 % de su volumen en la tropósfera. Sin embargo, la mayor parte de los organismos vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico directamente, pues dependen del nitrógeno almacenado en el suelo.

El nitrógeno es un componente fundamental de aminoácidos, proteínas, vitaminas, nucleótidos (como el ATP) y ácidos nucleicos (como el ADN).

El ciclo del nitrógeno detalla el procedimiento por el cual este elemento se traslada desde su fuente principal, que es el nitrógeno atmosférico, hacia las reservas de amoniaco (NH_3) y nitratos en el suelo y el agua, luego pasa a los productores hacia los consumidores y detritófagos, para regresar nuevamente hacia su lugar de depósito.

Las bacterias simbiontes, fijadoras de nitrógeno, forman nódulos en las raíces de las plantas leguminosas.

Asimilación del nitrógeno

Solo algunos tipos de bacterias tienen la capacidad de convertir el N_2 en una estructura que puedan aprovechar las plantas. Estos microorganismos facilitan el más significativo aporte entre el depósito atmosférico y las comunidades ecológicas.

Para que el nitrógeno sea asimilado o absorbido por los vegetales, tiene que cumplir varias fases, que se detallan a continuación.

Fijación

El proceso de captar nitrógeno por parte de las bacterias se denomina fijación de nitrógeno; las bacterias (llamadas fijadoras de nitrógeno; existen simbiontes como Rhizobium o de vida libre que están en el suelo como Azotobacter y Azospirillum) que fijan nitrógeno en el suelo y el agua, rompen los enlaces en el _N2 atmosférico y lo combinan con átomos de hidrógeno para formar amoniaco (NH_3).

Las bacterias fijadoras de nitrógeno que tienen una asociación simbiótica con las plantas viven en los tubérculos de sus raíces se llaman Rhizobium. Las plantas que las hospedan son leguminosas (como alfalfa, soya, trébol y guisantes), y son sembradas ampliamente en las áreas agrícolas, en parte porque fertilizan el suelo.

Glosario

nucleótido. Compuesto orgánico formado por un azúcar (ribosa o desoxirribosa) unido a un ácido fosfórico y a una base nitrogenada.

ácidos nucleicos. Grandes polímeros formados por una larga cadena de nucleótidos.

leguminosas. Grupo de plantas dicotiledóneas, cultivadas o silvestres; tienen como fruto una vaina donde se alojan las semillas.

Nitrificación

En este proceso, otras bacterias que se encuentran en el suelo y el agua convierten el amoniaco en nitrato (NO_3^1-), que también pueden utilizar los organismos productores.

Los nitratos pueden formarse durante tormentas eléctricas, cuando la energía de los relámpagos combina los gases nitrógeno y oxígeno para formar compuestos químicos de óxido de nitrógeno, que se disuelve en el agua de lluvia. Al caer la lluvia, esta enriquece y nutre los suelos.

Asimilación

En esta fase, las plantas se impregnan del nitrato y el amoniaco, aprovechando la capacidad de absorción de sus raíces. Es aquí cuando inicia el proceso de asimilación y transformación del nitrógeno en los nutrientes, fácilmente aprovechables por los seres vivos que los consumen.

Amonificación

La descomposición de la materia orgánica (orina, excrementos, cadáveres, restos de vegetales) es de vital importancia. Los organismos detritófagos y los saprófitos tienen una importante función en el ciclo del nitrógeno, porque producen amoniaco a partir de los compuestos que contienen nitrógeno de esos cuerpos muertos y desechos al momento de la degradación. Los desechos orgánicos son un punto de apoyo para la absorción indirecta del nitrógeno en forma de amoniaco procesado.

Inmovilización

Los organismos productores asimilan amoniaco y nitrato, incorporando este elemento a las moléculas biológicas; dichas moléculas se transfieren hacia los niveles tróficos más altos, cuando los consumidores primarios consumen a los productores y ellos mismos son consumidos. El nitrógeno usado en esta fase es nitrógeno orgánico.

TIC

Observa este video sobre el ciclo del nitrógeno

www.mayedu.ec/nat8/p83

¿Qué problemas acarrea el exceso de fertilizantes nitrogenados?

Desnitrificación

En cada nivel trófico, los cuerpos y los desechos se descomponen por la acción de los saprófitos, lo cual libera el amoniaco de regreso al depósito en el suelo y el agua. El ciclo del nitrógeno se completa mediante bacterias desnitrificantes. Estas bacterias son morado- ras del suelo húmedo, pantanos y estuarios; desarman el nitrato y liberan nitrógeno molecular (N_2) de regreso a la atmósfera.

Las fábricas de fertilizantes usan el nitrógeno atmosférico para sintetizar amoniaco, nitrato y urea (compuesto nitrogenado elimina- do en la orina).

El nitrógeno atmosférico se fija gracias a la actividad de los rayos y se nitrifica en la tierra junto con los desechos orgánicos y la fijación de las leguminosas. Estos compuestos, mediante la desnitrificación, pasan nuevamente a formar parte de la atmósfera.

En el ciclo del fósforo, los mayores depósitos de este elemento están en las rocas y el fósforo orgánico.

El ciclo del fósforo

Este ciclo detalla el proceso a través del cual el fósforo se moviliza desde su principal fuente, que es la roca rica en fosfato, hacia los yacimientos de fosfato en el suelo y el agua, a través de los organismos productores y hacia los organismos consumidores y detritófagos; y luego, de regreso a sus depósitos.

El fósforo en los seres vivos

El fósforo está en las moléculas biológicas como los nucleótidos (ATP), los ácidos nucleicos y los fosfolípidos de las membranas celulares. También forma un componente principal de los dientes y huesos de los vertebrados.

Laboratorio casero

Realiza una breve observación en tu entorno: bosque, parque, jardín. Identifica los ciclos bio- geoquímicos que puedas y traza un gráfico con los elementos que hayas encontrado. Comparte tus hallazgos en clase.

Ubicación y presentación del fósforo en la naturaleza

En contraste con el carbono y el nitrógeno, el fósforo no posee un depósito en la atmósfera. A lo largo de su ciclo, el fósforo se mantiene enlazado al oxígeno en la forma de fosfato (PO_4^3–). A medida que las rocas ricas en fosfato se erosionan en los cambios geológicos, una porción del fosfato es disuelto por el agua de lluvia y el agua que fluye, lo que lo lleva al suelo, los lagos y océanos, y allí se acumulan formando los acopios de fósforo que están disponibles de forma inmediata para las comunidades ecológicas.

El fosfato disuelto se absorbe con facilidad por los organismos productores, que lo añaden a las moléculas biológicas que contienen fosfato. A partir de estos productores, el fósforo se transfiere a través de las redes tróficas. Al final, los detritófagos y saprófitos regresan el fosfato al suelo y al agua, donde se lo puede reabsorber gracias a los organismos productores o puede regresar al sedimento oceánico y posteriormente volver a transformarse en roca.

Cierta cantidad del fosfato disuelto en agua de ríos se transporta hacia los océanos. Aunque gran parte de este fosfato acaba como sedimentos marinos, un porcentaje es absorbido por los productores marinos y se incorpora en los cuerpos de invertebrados y peces. Algunos de estos son consumidos por las aves marinas, que excretan grandes cantidades de fósforo al regresar a tierra. En una época, el excremento de las aves marinas (llamado “guano”), depositado a lo largo de la costa occidental de América del Sur, se recolectaba y era una fuente importante de fósforo en el mundo. Al agotarse el recurso, se minó roca rica en fósforo para producir fertilizantes.

CN.4.4.7. Describir, con apoyo de modelos, los ciclos del oxígeno, el carbono, el nitrógeno y el fósforo, y explicar la importancia de estos para el reciclaje de los compuestos que mantienen la vida en el planeta.

Interacción de los ciclos biogeoquímicos en la biósfera

Tema 5

Interacción de los ciclos biogeoquímicos en la biósfera

Saberes previos

¿Has bebido agua proveniente de fuentes subterráneas? ¿Cuál es su proceso?

Desequilibrio cognitivo

Los elementos que conforman la materia viva circulan en la naturaleza en cantidades constantes. ¿Qué sucederá si la cantidad de un elemento aumenta o disminuye?

Los ciclos biogeoquímicos mantienen un equilibrio sobre la biósfera (litósfera, hidrósfera y atmósfera) e interactúan dentro de ella, cada uno en su forma particular.

Los componentes de la biósfera

La biósfera está conformada por dos componentes: inorgánicos y orgánicos.

La parte inorgánica está formada por la litósfera que es la capa sólida y superficial del planeta, la hidrósfera que es la parte acuática ubicada sobre la corteza del planeta, y la atmósfera o capa gaseosa, que rodea tanto a la litósfera como a la hidrósfera.

El componente orgánico corresponde a todos los seres vivos, desde bacterias hasta angiospermas y vertebrados superiores.

Así, cada elemento, cada molécula del planeta está relacionada y mantiene sus proporciones, que, como vimos en los ciclos biogeoquímicos, no han variado en millones de años, pues de una u otra manera se reciclan. Incluso las rocas, que aparentemente permanecen inmutables, gracias a las fuerzas climáticas se erosionan lentamente.

La hidrósfera

Corresponde a la parte líquida y visible de agua en el planeta: ríos, lagos, mares y océanos. El agua circula en la tierra y la atmósfera. Es un ciclo cuyas funciones son acumular, purificar y repartir el abastecimiento de agua en el planeta. Esto ocurre mediante los siguientes pasos:

- Evaporación: el agua que permanece en las fuentes se transforma en vapor gracias a la energía solar.
- Condensación: el vapor de agua se concentra en pequeñas gotas del líquido; estas gotas son la niebla y las nubes.
- Precipitación: al alcanzar una condensación grande, la gravedad juega un papel para que el agua regrese nuevamente hacia la tierra en forma de rocío, lluvia, nieve o granizo.
- Transpiración: el agua es captada por las raíces de las plantas y pasa a las hojas, donde es transpirada y pasa nuevamente a la atmósfera.

El agua cumple uno de los más importantes ciclos biogeoquímicos, porque interactúa con otros ciclos.

Además, el agua se desplaza desde la tierra hacia el mar. O puede ser absorbida por el suelo (filtración), donde se almacena y regresa hacia la superficie por ríos y lagos subterráneos, donde la gravedad sigue actuando a través de las pendientes de los terrenos (escurrimiento).

Los organismos vivos juegan una tarea muy importante dentro de este ciclo, debido a que la mayoría posee significativas cantidades de agua (hasta un 90 % de su peso). Los animales y las plantas pierden agua de sus cuerpos por evaporación. En las plantas, el agua tomada por las raíces va hacia las hojas donde también se evapora por transpiración. Tanto en las plantas como en los animales, la ruptura de los carbohidratos (azúcares) para producir energía (respiración) produce CO2 y agua como producto de desecho. La fotosíntesis invierte esta reacción.

En el cuerpo humano hay un gran porcentaje de agua, que es indispensable para innumerables procesos metabólicos que aseguran nuestra subsistencia.

El océano es la reserva más grande de agua y es por esto que tiene un papel fundamental en los ciclos del hidrógeno y del oxígeno.

La atmósfera

Para poner en términos más claros, los ciclos biogeoquímicos se diferencian entre gaseosos y sedimentarios: los ciclos gaseosos tienen su reserva más importante en la atmósfera y la hidrósfera.

La atmósfera, entonces, es la fuente principal de gases como el nitrógeno (que constituye un 78 % del volumen total del aire), que es un gas inerte, es decir, tiene poca o nula reacción con otras sustancias; el oxígeno (con un 21 % del volumen del aire), que es un gas muy reactivo; el carbono (en forma de CO_2, que representa el 0,03 % del volumen del aire); el argón (0,9 % del volumen del aire), que es un gas noble que no reacciona en absoluto; el ozono (O3), que es un gas minoritario que se ubica en la estratósfera y es de suma importancia para la vida en nuestro planeta, pero no interviene en los ciclos biogeoquímicos; el vapor de agua, que se encuentra en proporción variable; y las partículas sólidas, como polvo y polen.

Las interacciones de los elementos y nutrientes en la Tierra y sus capas

TIC

Observa este video sobre un estudio de la atmósfera terrestre y su importancia para la vida:

www.mayedu.ec/nat8/p87

¿Qué elemento es considerado como fundamental en la formación de la atmósfera y la evolución de la vida en la Tierra?

Glosario

reactivo. Término químico que se refiere a toda sustancia que interactúa con otra produciendo una reacción química, cuyo resultado es una sustancia diferente y de propiedades distintas a sus reactivos.

El volcán activo Tungurahua y muchos otros contribuyen al ciclo del azufre, uno de los ciclos biogeoquímicos vitales.

La litósfera

Dentro de la corteza terrestre o litósfera se encuentran los ciclos biogeoquímicos sedimentarios. Como muestra tenemos al ciclo del fósforo, cuya reserva principal se encuentra en los depósitos de apatita formados en eras geológicas antiguas (litósfera).

Glosario

sedimentario. Se refiere a ciclos relacionados con los sedimentos, es decir, a toda materia que precipita o se sedimenta (compacta) sobre la corteza terrestre o en el fondo de cuerpos de agua. Puede formar rocas que son llamadas rocas sedimentarias.

apatitas. Es un grupo de minerales que en su composición química tiene fósforo (mineral fosfatado).

anaerobio. La palabra significa literalmente “sin oxígeno” y su término tiene muchos usos como zonas anaerobias (zonas sin oxígeno). También se refiere a organismos que no respiran oxígeno: “organismos anaerobios”.

El ciclo del azufre es principalmente un ciclo sedimentario que tiene su depósito en la litósfera, pero también en la atmósfera y en los océanos, es decir que circula por toda la Tierra. El azufre en forma de sulfato es aprovechado e integrado por los vegetales para ejecutar sus funciones vitales. El azufre llega a la atmósfera en forma de sulfuro de hidrógeno (H_2S) o dióxido de azufre (SO_2). Estos gases provienen de los volcanes activos y también de la descomposición de la materia orgánica. El azufre es fundamental para la vida, porque es un constituyente esencial de algunos aminoácidos, por lo tanto, es incorporado a todas las proteínas y se vuelve necesario en los seres vivos. El ciclo del azufre es clave en el patrón general de producción y descomposición. Las bacterias sulfurosas funcionan como un equipo de transmisión dentro del ciclo del azufre en suelos, agua dulce y pantanos. El proceso realizado por microorganismos en las zonas anaerobias profundas de suelo y sedimentos produce un movimiento ascendente del sulfuro de hidrógeno gaseoso (H_2S) en los ecosistemas terrestres y los pantanos.

La descomposición de las proteínas también conduce a la producción de sulfuro de hidrógeno. Una vez en la atmósfera, esta fase gaseosa se transforma en otros productos como el dióxido de azufre (SO_2) y sulfatos (SO_4). Al combinarse estos compuestos con el agua, se forma ácido sulfúrico (H_2SO_4) y se precipita al suelo.

La descomposición de los organismos finalmente cierra los ciclos biogeoquímicos, ya que todos los elementos constituyentes de un ser vivo pasan a formar parte de la Tierra, reiniciando nuevamente los ciclos.

CN.4.4.8. Explicar, con apoyo de modelos, la interacción de los ciclos biogeoquímicos en la biósfera (litósfera, la hidrósfera y la atmósfera), e inferir su importancia para el mantenimiento del equilibrio ecológico y los procesos vitales que tienen lugar en los seres vivos.

Las actividades humanas y los ciclos biogeoquímicos

Tema 6

Las actividades humanas y los ciclos biogeoquímicos

Saberes previos

Enumera actividades humanas que alteran la normal circulación de elementos químicos en la naturaleza.

Desequilibrio cognitivo

Los bosques son verdaderos pulmones del planeta. ¿Por qué están desapareciendo?

Glosario

escorrentía. Corriente de agua originada por precipitaciones y circula sobre la superficie de la tierra cuando ha superado su capacidad de evaporar e infiltrar el agua.

La humanidad, especialmente a partir de la época de la Revolución Indus- trial (que se inició en Gran Bretaña en la segunda mitad del siglo XIX y duró hasta 1920), ha desarrollado aceleradamente la tecnología, la producción y las ciencias, para impulsar la industria, la agricultura, el comercio el transporte. Si bien esto buscó un beneficio colectivo, ha afectado y contaminado nuestro planeta. En general, las actividades humanas han influido de forma negativa en los ciclos biogeoquímicos, especialmente en el ciclo del agua.

La deforestación acelera la evaporación del agua en esta laguna.

Influencia humana en el ciclo del agua

Una de las principales causas que alteran el ciclo del agua es la deforestación. La destrucción de los bosques hace que esa gran esponja de agua compuesta por árboles, arbustos y herbáceas sea eliminada. Para explicar mejor el fenómeno: los árboles retienen gran parte del agua de lluvia y habilitan su evaporación antes de que el agua llegue a suelo y se pierda por escorrentía. Además, los árboles actúan como un amortiguador, haciendo que la caída del líquido al suelo sea indirecta, por tanto, imposibilitan que el agua por la fuerza de caída erosione el suelo. Así, más bien, se facilita su penetración en él (filtración). Una vez allí, el agua forma los acuíferos (reservas subterráneas de agua que nutren a los ríos, y aseguran la disponibilidad de este recurso).

La industria, la minería y las urbes contaminan la poca agua disponible.

Por tanto, la pérdida de cobertura vegetal ocasiona la erosión, pues el agua arrastra materia fértil y deja a la tierra sin ninguna protección.

Otra influencia humana negativa es la construcción de represas y embalses que permiten regular y retener el agua. También está la explotación irracional de acuíferos que en algunas partes del mundo ya se están secando. El relleno y desecación de pantanos, ciénegas y humedales reducen la capacidad de almacenar agua. Otro daño ambiental ha sido la desviación del curso de los ríos para usos humanos, lo que evita que el agua de ríos llegue al mar.

Las actividades humanas como la minería provocan también la alteración del ciclo del agua, unido a la actividad agrícola que es la que más cantidad de agua utiliza de manera muy ineficiente.

Todo ello está llevando a nuestro planeta a cambios drásticos negativos.

Los principales ecosistemas, bio- mas terrestres y los seres humanos dependemos del agua dulce; el 97 % del agua de nuestro planeta es salada y se localiza en los mares y océanos; y del restante mínimo del 3 %, la mayor parte (87 %) está en los casquetes polares y en los glaciares, por tanto, es agua casi inaccesible, por lo que nos queda solamente un 0,4 % del total.

Los seres humanos estamos obligados a proteger nuestro planeta y dejar un legado a las futuras generaciones, comenzando por adoptar hábitos saludables para conservar el agua.

Influencia humana en el ciclo del carbono

Desde la Revolución Industrial comenzaron emisiones extra de CO_2 hacia la atmósfera.

Posteriormente, la explotación y uso de los depósitos fósiles de carbono (petróleo) ha aumentado drásticamente las emisiones de este gas a la atmósfera, ocasionando lo que hoy se conoce como “efecto invernadero” que causa el calentamiento global.

En efecto, el ser humano está transfiriendo más cantidad de CO_2 a la atmósfera del que es posible reciclar, y esto, junto con la deforestación, empeora el problema.

En solo 200 años se ha aumentado en un 30 % las emisiones de carbono, lo que sitúa la concentración actual del carbono como la más elevada en los últimos 650 000 años.

Como consecuencia de los efectos de la quema de combustibles fósiles (cambios climáticos, efecto invernadero y desertificación), se realizó un convenio aprobado en Nueva York en 1992, y suscrito en Río de Janeiro por diversos países, el mismo año durante la Conferencia de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y el Desarrollo.

Esto culminó en el Protocolo de Kyoto (cuyos países firmantes se comprometen a reducir sus emisiones globales de gases), y luego en el Acuerdo de París, en 2015, que estipulaba reforzar la respuesta a la amenaza del cambio climático al mantener el aumento de la temperatura mundial por debajo de 2 °C.

TIC

Observa este documental (llamado HOME) sobre nuestro planeta y el grave impacto que provoca el ser humano. Vale la pena verlo completo para estar conscientes de nuestra vida y nuestra destrucción:

www.mayedu.ec/nat8/p91

¿Cuál es tu contribución para mejorar la vida en el planeta?

Glosario

taxónomo. efecto invernadero. El CO2, el agua, el ozono y el nitrógeno, efecto invernadero. El CO2, el agua, el ozono y el nitrógeno,

Laboratorio casero

Realiza un pequeño experimento sobre el efecto invernadero. Uti- liza un envase plástico transparente y dos plantas que quepan dentro de la caja. Además, dos vasos para cultivar las mismas plantas.

Procedimiento

Coloca una planta dentro de la caja y deja la otra afuera como testigo. Usa un termómetro para medir la temperatura dentro y fuera de la caja. Usa una planta de rápido crecimiento como el fréjol.

Coloca las plantas en un lugar soleado y mide la temperatura dentro de la caja y fuera de ella, a la sombra.

Expón tus hallazgos. ¿Qué resultados obtuviste? ¿Cómo puedes explicar todo esto?

Es importante tomar conciencia de este problema y de que cada persona debe apoyar la reforestación y evitar, en lo posible, el uso de combustibles fósiles, empleando transportes alternativos o energías limpias.

El calentamiento global es una de las alteraciones que más problemas ocasiona a la humanidad y también influye directamente sobre el ciclo del agua, porque ha modificado las precipitaciones, hay baja retención de agua en los suelos, y derrite los casquetes polares provocando un aumento en el nivel del mar.

Influencia humana en el ciclo del nitrógeno

Los seres humanos han cambiado drásticamente el suministro de nitratos y nitritos a la atmósfera, debido al uso intensivo e ineficiente de fertilizantes químicos en la agricultura.

Además, los ecosistemas están sobrecargados de este elemento, pues si bien el nitrógeno es importante para la vida, en niveles altos es un riesgo para el ambiente, porque también está relacionado con el efecto invernadero (con una capacidad de calentamiento 300 veces mayor por molécula que el CO2).

El óxido de nitrógeno destruye el ozono estratosférico que protege a la Tierra de la radiación de los rayos ultravioleta nocivos, con las consecuencias graves de aumento de cáncer en los organismos. El incremento de este elemento en la atmósfera también podría alterar la composición genética de algunas especies que son susceptibles a los compuestos nitrogenados, pues el nitrógeno forma parte de los ácidos nucleicos y proteínas.

La lluvia ácida y sus consecuencias para el ambiente.

Existe también contaminación de las aguas continentales y las zonas costeras, lo que contribuye al cambio climático.

Se han propuesto medidas para reducir la sobrecarga de nitrógeno que incluyen, por ejemplo, la reducción del uso de fertilizantes, y el regreso a técnicas tradicionales de cultivo (como los cultivos mixtos y rotativos con plantas fijadoras de nitrógeno).

Dos de los principales gases contaminantes son el óxido de nitrógeno y el dióxido de azufre que, cuando se juntan con la humedad ambiental, se pueden precipitar en forma de lluvia ácida (por ejemplo, el ácido sulfúrico), cuyo efecto principal es el grave daño ambiental y de la salud de los seres vivos (muchos animales no sobreviven a ambientes ácidos).

CN.4.1.7. Analizar los niveles de organización y diversidad de los seres vivos y clasificarlos en grupos taxonómicos, de acuerdo con las características observadas a simple vista y las invisibles para el ojo humano.

Laboratorio

La fotosíntesis

Materiales

- Dos vasos de precipita- ción de 600 ml
- Dos embudos de vidrio
- Dos tubos de ensayo
- Dos ramitas de alga Elodea (las consigues en tiendas donde venden peceras)
- Agua potable
- Bicarbonato de sodio

Objetivo

Demostrar la liberación de oxígeno y dióxido de carbono que comprueba respectivamente la actividad fotosintética y respiratoria.

Introducción

La fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos más importantes, pues permite el equilibrio del oxígeno en nuestro planeta; es posible gracias a los vegetales. La fotosíntesis se define como el proceso por el cual las plantas usan la energía luminosa procedente del Sol para producir sus alimentos a partir de CO2 y agua, con lo cual se origina el oxígeno, indispensable para la respiración y la vida misma.

Procedimiento

1. Vierte 500 ml de agua potable en un vaso de precipitación.
2. Agrega una cucharada de bicarbonato de sodio y mezcla bien.
3. Coloca una ramita de alga Elodea (Hydrilla verticillata) en el fondo del vaso
4. Sumerge el embudo al revés dentro del vaso, de modo que la Elodea quede completamente metida en su interior.
5. Llena el tubo de ensayo de agua potable hasta el borde.
6. Sumerge el tubo de ensayo lleno de agua dentro del vaso, de forma que el borde largo del embudo quede en el interior del tubo de ensa- yo, procurando que permanezca lleno de agua y evitando el ingreso de burbujas del entorno.

 Observa las diferencias de la Elodea en la luz y en la oscuridad.

1. Ubica este aparato a unos 50 cm de distancia de una fuente de luz.
2. Arma otro dispositivo igual al anterior y colócalo en un lugar oscuro.
3. Espera entre 3 y 4 horas, y haz una comparación entre ambos dispositivos.
4. Anota en tu cuaderno las diferencias que obser- vaste en ambos experimentos. Interpreta tus re- sultados.

Autoevaluación

1. ¿Por qué es necesario agregar bicarbonato de sodio al agua?
2. ¿Cómo demostramos la actividad fotosintética con este experimento?
3. ¿Qué gas es el que encontramos en el tubo de ensayo invertido? ¿Cómo lo comprobamos?

Resultados y conclusiones

Dibuja tu experimento y coloca tus observaciones. Realiza la fórmula que representa la fotosíntesis y concluye sobre la importancia de este proceso para la vida.

Infografía

Las energías renovables son una alternativa válida para disminuir las emisiones de CO2 por la quema de combustibles fósiles.

Analiza

1. ¿Qué fuentes de energías renovables tiene nuestro planeta?
2. ¿Este tipo de energías pueden disminuir las emisiones de CO2 a la atmósfera? ¿Cómo?
3. ¿Por qué el uso de este tipo de energías reduciría la contaminación ambiental?