ECOSISTEMAS
FLUJO Y PROCESAMIENTO
DE ENERGÍA Y MATERIA EN
LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
Contenidos
a) Flujo de energía en el ecosistema
 Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos
 Ecosistemas basados en energía solar y en energía química
 Fotosíntesis
 Productividad
b) Circulación de nutrientes en la biósfera
 Composición elemental
 Carbono y fotosíntesis
 Nitrógeno en el ecosistema
c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza
 Crecimiento poblacional y desechos
 Efecto invernadero
 Bosque chileno intervenido
 Ley ambiental de Chile
Introducción
Flujo de materia y
energía
Los seres vivos son
sistemas abiertos
termodinámicamente,
y como tales necesitan
continuamente del
aporte de energía y
materia para
mantener su
estructura y
organización.
Seres vivos como sistemas
termodinámicamente abiertos
Sistema: conjunto de partes que están
conectados y trabajan juntos en pos de un
objetivo en común.
Ejemplo: la tierra está cubierta de materia viva e
inerte que interactúan formando sistemas,
también llamados ecosistemas.
Tipos de sistemas



SISTEMA CERRADO: aquel que no
intercambia energía con el medio.
SISTEMA ABIERTO: aquel que interactúa
con el medio
SISTEMA VIABLE: aquel que sobrevive y es
capaz de adaptarse a las variaciones del
medio.
Biotopo y biocenosis
Todos los organismos de una cadena trófica en
un
ecosistema constituyen la biocenosis.
Por otro lado el biotopo es el espacio físico,
natural y
limitado donde vive la biocenosis.
Energía
Materia
* La energía en los ecosistemas es relativamente escasa, especialmente en los niveles superiores de las cadenas *
Seres vivos como sistemas
termodinámicamente abiertos
Termodinámica: campo de la física que describe y
relaciona las propiedades físicas de sistemas
macroscópicos de materia y energía


Principio 1: la energía se conserva…
Principio 2: la entropía aumenta…
Fuentes de energía
Rayos solares y origen de los climas
Corrientes oceánicas
Origen de los climas
La radiación solar, que llega a la superficie terrestre, varía según la latitud (a mayor distancia de
la línea ecuatorial menor radiación) y la altura sobre el nivel del mar (a más altura más radiación)
Ecosistemas y
energía solar
La más grande
contribución
de energía
proviene del
Sol con algunas
excepciones
evolutivas…
Ecosistemas sin energía solar
350°C
Quimiotróficos
Humo rico en sulfuros
Chimenea formada de
sulfuros de fierro, zinc,
cobre
Agua rica en sulfuros
Materia disponible
Seres
vivos
%
Corteza
terrestre
%
Universo
%
O
C
H
N
Ca
P
K
65,0
18,5
9,5
3,3
1,5
1,0
0,2
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
49,5
25,7
7,5
4,7
3,4
2,6
2,4
H
He
O
C
Fe
Ne
N
73,9
23,9
1,07
0,46
0,19
0,18
0,11
La materia componente de los seres vivos proviene de elementos surgidos durante el
enfriamiento de la Tierra y que no son los más abundantes en la corteza terrestre.
Materia reutilizable
La constante utilización de los elementos en la
mantención de la vida desde su origen hace
3.500.000.000 de años implica su constante
reutilización, reflejada en los ciclos
biogeoquímicos.
Ciclos biogeoquímicos
Carbono
Nitrógeno
Acción del ser humano
Puesto que el ser humano tiene una determinada
posición en las cadenas tróficas sufre de las
mismas restricciones respecto a la limitación de
las fuentes energéticas.
Por lo cual, ha inventado formas de intervenir en
los sistemas para aumentar su fuente de
entradas a través de cultivo y ganadería y
disminuir las pérdidas, economizando y
distribuyendo mejor los recursos.
Ganadería y agricultura
Consecuencias
Toda intervención en los ecosistemas tiene una
consecuencia que ha sido advertida hace ya
unos 40 años. Se debe considerar que el
estudio de la desforestación es sólo un
ejemplo de intervención humana dentro de
muchos otros.
Actividad
I.
Completa las siguientes oraciones:
La energía que necesitan los seres vivos proviene
del_________. Ésta es utilizada por las _______, para
fabricar su_______.
b)
La energía ________ de un ser vivo a otro, a través de las
_________ ________, que están constituidas por organismos
__________, ____________ y ___________.
c)
Algunos elementos vitales para la vida en la Tierra son el
_________ y el ________, los cuales se reciclan a través de los
________ _____________.
a)
II.
Analiza el esquema y responde las
preguntas.
a)
¿Qué es un ecosistema?
¿Cuáles son los componentes físicos de un
ecosistema?
¿Cuáles son los componentes biológicos de un
ecosistema?
Indica a lo menos 3 funciones del biotopo
¿Qué sucedería si la biocenosis no interactuara con
el biotopo?
b)
c)
d)
e)
Ecosistemas y energía
Flujo de materia y energía
Según la materia que los organismos utilizan
como materia prima, estos se clasifican en
autótrofos (CO2 como fuente) y heterótrofos
(materia orgánica como fuente)
Según la fuente de energía los seres vivos
pueden ser fotótrofos y quimiótrofos
Clasificación


Quimio autótrofos: utilizan compuestos
orgánicos reducidos como fuente de E y
el CO2 como fuente de materia.
Foto autótrofos: utilizan luz como
fuente de E y el CO2 como fuente de
materia.
Clasificación


Foto heterótrofos: utilizan luz como fuente
de E y compuestos orgánicos como fuente de
materia.
Quimio heterótrofos: utilizan un compuesto
orgánico como fuente de materia y, a su vez,
este es la fuente de energía.
Comparación entre quimio y foto autótrofos
Cadenas tróficas
Relaciones de alimentación que se
establecen entre los diferentes tipos de
organismos presentes en la biocenosis.
En las cadenas tróficas convergen los
flujos de materia y energía.
BIOCENOSIS
Productores
Consumidores
Descomponedores
Clasificación de los organismos
Productores
Los productores primarios son los organismos
que hacen entrar la energía en los ecosistemas.
Los principales productores primarios son las
plantas verdes terrestres y acuáticas,
incluidas las algas, y algunas bacterias. Forman
el 99,9% en peso de los seres vivos de la
biosfera
Fotosíntesis y Respiración
La fotosíntesis es el proceso por el que se
capta la energía luminosa que procede del sol
y se convierte en energía química. Con esta
energía el CO2, el agua y los nitratos que las
plantas absorben reaccionan sintetizando las
moléculas de carbohidratos (glucosa,
almidón, celulosa, etc.), lípidos (aceites,
vitaminas, etc.), proteínas y ácidos nucleicos
(ADN y ARN) que forman las estructuras
vivas de la planta.
Respiración
Las plantas crecen y se desarrollan gracias a la
fotosíntesis, pero respiran en los periodos en los
que no pueden obtener energía por fotosíntesis
porque no hay luz o porque tienen que mantener los
estomas cerrados. En la respiración se oxidan las
moléculas orgánicas con oxígeno del aire para
obtener la energía necesaria para los procesos
vitales. En este proceso se consume O2 y se
desprende CO2 y agua, por lo que, en cierta forma,
es lo contrario de la fotosíntesis que toma CO2 y
agua desprendiendo O2.
La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su
reacción global es:
6 CO2 + 6 H2O + E. luminosa = C6H12O6 + 6 O2
En la primera etapa de la fotosíntesis, la luz es
absorbida por la clorofila, compactadas de un
modo especial en las membranas de los
tilacoides. Los electrones son lanzados a
niveles energéticos superiores, y, en una serie
de reacciones, su energía es usada para formar
ATP a partir de ADP y para reducir una
molécula transportadora de electrones
conocida como NADP+.
El NADP+ es muy semejante al NAD+ y también
se reduce por la adición de dos electrones y de
un protón, formando NADPH.
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 ó 6 CO2 + 6 H2O + Energía
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.
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