FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA

EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

Contenidosa) Flujo de energía en el ecosistemaSeres vivos como organismos termodinámicamente

abiertosEcosistemas basados en energía solar y en energía

químicaFotosíntesisProductividadb) Circulación de nutrientes en la biósferaComposición elementalCarbono y fotosíntesisNitrógeno en el ecosistemac) Impacto de la actividad humana en la naturalezaCrecimiento poblacional y desechosProductividad y producciónEfecto invernaderoBosque chileno intervenidoLey ambiental de Chile

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOSBiotopoBiotopo: lugar físico donde habitan los seres

vivos y sus características ambientales.Biocenosis:Biocenosis: corresponde a los seres vivos de

la biósferabiósfera, caracterizada por su composición en número de especies.

BIOCENÓSIS

COMUNIDADES

BIOMA MICRO-COMUNIDADE

S

Bioma:Bioma: es un sistema homogéneo y dependiente de la composición florística (pradera, sabana, bosque caducifolio, etc.)

Comunidades: Comunidades: son mas localizadas que los biomas; se pueden definir a partir de especies (bosques de robles, comunidad de aves)

Micro-comunidades: Micro-comunidades: son restringidas y limitadas por el espacio (cadáveres, un árbol caído, la superficie de una roca)

Flujo de energía en el ecosistema

Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertosSistema: conjunto de partes en integración

para alcanzar un conjunto de objetivosAbierto: aquel que interactúa con el medio

Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertosTermodinámica: campo de la física que

describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía

Principio 1: la energía se conservaPrincipio 2: la entropía aumenta

Vida v/s entropía

Vida v/s entropía

Efecto de la energía solarEfecto de la energía solar

Rayos solares y origen de los climasRayos solares y origen de los climas

Corrientes oceánicasCorrientes oceánicas

Origen de los climas

Ecosistemas y Ecosistemas y energía solarenergía solar

Ecosistemas sin energía solarEcosistemas sin energía solar

Fotosíntesis: estructura foliarFotosíntesis: estructura foliar

Fotosíntesis: cloroplastosFotosíntesis: cloroplastos

Fotosíntesis: luz y pigmentosFotosíntesis: luz y pigmentos

Fotosíntesis: FotosistemaFotosíntesis: Fotosistema

Clorofila

Fotosíntesis: Fotosíntesis: Fase dependiente de luzFase dependiente de luz

Fotosíntesis: Fotosíntesis: Fase Fase independiente independiente de luzde luz

Fotosíntesis: resumenFotosíntesis: resumen

Ciclo de Calvin unificador

Origen de los flujos de energía en Origen de los flujos de energía en el ecosistemael ecosistema

Productividad: bruta y netaProductividad: bruta y neta

Productividad Neta (PN): Energía almacenada por los autótrofos en período determinado

Productividad Bruta (PB): PN + Energía utilizada en respiración

Se pueden expresar en unidades de energía (kcal) o como biomasa (peso seco de material orgánico)

Ejemplos de valores de PPBEjemplos de valores de PPBPPB

Nivel trófico PPN Respiración

Productores 10533 11977

Consumidores 1os 1478 1890

Consumidores 2os 67 316

Consumidores 3os 6 15

Regla del 10%Regla del 10%

La energía que pasa de un eslabón al otro es aproximadamente el 10% de la energía acumulada

El 90% restante se pierde como calor en los procesos de mantenimiento

El nivel más productivo es aquel que traspasa más energía al siguiente eslabón (¿qué porcentaje del PPN efectivamente pasa al nivel trófico siguiente?)

PPN de algunos ecosistemasPPN de algunos ecosistemas

EcosistemaPPN (g de materia seca/m2 x año)

Pantano y marjal 3000

Selva lluviosa 2200

Bosque de hoja perenne templado

1300

Bosque caducifolio templado 1200

Sabana 900

Bosque boreal 800

Bosque bajo y matorral 700

Terreno agrícola 650

Pastizal templado 600

Lago y arroyo 400

Tundra ártica y alpina 140

Desierto y matorral semidesértico 90

Desierto extremo (roca, arena, hielo)

3

Productividad medida mediante satélitesProductividad medida mediante satélites

Flujos de energía en el ecosistemaFlujos de energía en el ecosistema

Pirámides tróficas como modelosPirámides tróficas como modelos

Pirámides de biomasa

Pirámides de números

Biomasa v/s productividadBiomasa v/s productividad

Nivel tróficoBiomasa (mg C/m2)

Productividad (mg C/m2 x día)

Plantas 60000 1200

Herbívoros 6000 40

Carnívoros I 400 1

Carnívoros II

48 0.03

Estructura trófica: estudio de caso de Estructura trófica: estudio de caso de ecosistema costeroecosistema costero

Estructura trófica: estudio de casoEstructura trófica: estudio de caso

Estudio energético en un ecosistema costero de ChileEstudio energético en un ecosistema costero de Chile

Estructura trófica: estudio de casoActividad grupal:

Identificación de cadena alimenticia más corta y más larga

Identificación de compartimiento claveEfecto de remoción de:

Peces carnívoros Filtradores Planctívoros

Trabajo práctico 1: cálculo de PPB Trabajo práctico 1: cálculo de PPB y PPNy PPN

Trabajo práctico 1: CálculosPPB = PPN + RPPN = (peso luz – peso inicial)PPB = (peso luz – peso inicial)+(peso

oscuridad – peso inicial)

Regulación térmica y gasto energético

Endotermo: Origen del calor es

interno

Ectotermo: Requieren calor externo

Homeotermo: Temperatura en

equilibrio

Poiquilotermo:

Temperatura variable

--

Regulación térmica y gasto energético

Regulación térmica y gasto energético

Contenidosa) Flujo de energía en el ecosistemaSeres vivos como organismos termodinámicamente abiertosEcosistemas basados en energía solar y en energía químicaFotosíntesisProductividad

b) Circulación de nutrientes en la biósferaComposición elementalCarbono y fotosíntesisNitrógeno en el ecosistema

c) Impacto de la actividad humana en la naturalezaCrecimiento poblacional y desechosProductividad y producciónEfecto invernaderoBosque chileno intervenidoLey ambiental de Chile

Circulación de nutrientes en la biósfera

Composición del medio v/s seres vivosElemento Litósfera

Hidrósfera

Atmósfera

Bacteria Humano

Oxígeno 47.4 33 21 73.7 62.8

Sílice 28.2 0 0.1 0.1

Aluminio 8.2 0 0.001 0.001

Hierro 5.6 0 0.005 0.005

Calcio 4.2 0 0.1 0.1

Sodio 2.4 0 0.01 0.01

Magnesio 2.3 0 0.04 0.04

Potasio 2.1 0 0.1 0.1

Carbono 0.1 0 12.1 19.4

Nitrógeno

0.0001 78 3.0 5.1

Hidrógeno

3 66 0 9.9 9.3

Argón 0 0 0.9 0 0

Otros 0.7 1 0.1 0.9 3

Fotosíntesis y oxígenoMillones de

años[O2] (%) [CO2] (%)

4600 – 1900 0 28875

1750 5 22

1500 10 15

1300 15 8.3

900 - 0 21 0

Cambios en la concentración de CO2 y O2 en la atmósfera en distintos períodos de la evolución

Fotosíntesis y oxígeno

CO2 y actividad humana

Ciclo del Carbono

Ciclo del Nitrógeno

Uso de compartimientos en ciclo del nitrógeno

Yacimientos de nitrato

Salitre chileno

Contenidosa) Flujo de energía en el ecosistemaSeres vivos como organismos termodinámicamente abiertosEcosistemas basados en energía solar y en energía químicaFotosíntesisProductividad

b) Circulación de nutrientes en la biósferaComposición elementalCarbono y fotosíntesisNitrógeno en el ecosistema

c) Impacto de la actividad humana en la naturalezaCrecimiento poblacional y desechosProductividad y producciónEfecto invernaderoBosque chileno intervenidoLey ambiental de Chile

Impacto de la actividad humana en la naturaleza

Crecimiento poblacional y uso de recursos

Población humana y productividad

Efecto invernadero

Efecto invernadero: causas

Efecto invernadero: causas

Orígenes de gases invernadero

Efecto invernadero: mecanismo

Efecto invernadero: consecuencias

Aumento de la temperatura superficial

Efecto invernadero: consecuencias

Aumento de la temperatura superficial

Derretimiento de los hielos polares

Efecto invernadero: consecuencias

Aumento de la temperatura superficial

Derretimiento de los hielos polares

Aumento nivel de los océanos

Efecto invernadero: consecuencias

Aumento de la temperatura superficial

Derretimiento de los hielos polares

Aumento nivel de los océanos

Alteraciones climáticas a gran escala

Efecto invernadero: consecuencias

Aumento de la temperatura superficial

Derretimiento de los hielos polares

Aumento nivel de los océanos

Alteraciones climáticas a gran escala

Alteraciones en patrones de conducta de plantas y animales

Efecto invernadero: consecuencias

Aumento de la temperatura superficial

Derretimiento de los hielos polares

Aumento nivel de los océanosAlteraciones climáticas a

gran escalaAlteraciones en patrones de

conducta de plantas y animales

Destrucción de algas y corales

Efecto invernadero: esperanza

Bosque chileno: nuestra fuente de productividad