Yo como, tú comes, él come Todos comemos?... y qué comemos?


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1 8vo Básico> Ciencias naturales Ciclos Biogeoquímicos Yo como, tú comes, él come Todos comemos?... y qué comemos? A quién se va a comer el ratón en realidad; al hongo, al oso, al cuervo, al otro ratón, al zorro?..... Puedes explicar lo que estás viendo en el comic?.....

2 El objetivo de este módulo, es que tú aprendas que los ecosistemas se sustentan gracias a la existencia de ciclos biogequímicos, a través de los cuales la materia fluye y llega a todos los seres vivos. Además, aprenderás a escribir los procesos básicos del ciclo del carbono y los efectos que la acción humana puede provocar sobre ellos. También se describirá el ciclo del nitrógeno, reconociendo la función de los organismos que participan en ellos. Finalmente, comprenderás los efectos que tendría, para los seres vivos, la alteración de una o varias etapas de los ciclos del carbono y del nitrógeno. Red conceptual 2

3 El flujo de materia y energía a través de los ciclos biogeoquímicos. Todos los organismos vivos necesitan nutrientes para vivir, esos nutrientes que son tomados desde el medio externo, tienen como componentes algunos elementos químicos fundamentales, COMO EL CARBONO, EL NITRÓGENO, EL OXÍGENO, entre otros. Si estas sustancias se usaran sólo una vez, ya se habrían agotado. Por lo cual, existen formas de que estos componentes sean reciclados y así estén biodisponibles. La forma en la que pueden estar disponibles durante años y años, es gracias a que existen ciclos en la naturaleza, que permiten el reciclaje de dichos nutrientes. Esos ciclos se llaman ciclos biogeoquímicos. CICLO BIOGEOQUIÍMICO Es el movimiento y conversión de la materia desde el ambiente abiótico, hasta los organismos vivos, y de regreso al ambiente no-vivo. De este modo, una sustancia química, puede ser parte de un organismo en un momento, y parte del ambiente del organismo en otro. Por ejemplo, una molécula de oxígeno que inhalemos en cierto momento, pudo haber sido inhalada minutos antes por aquel que está a tu lado, o por un dinosaurio hace millones de años atrás. O algunos de los átomos de carbono que tenemos sobre la piel, pueden haber formado parte de una hoja, o una roca. De esta manera se explica, que el ratón del comic con el que iniciamos este módulo, no sólo se haya comido el hongo, sino que junto con él, los restos de todos los animales que antes pasaron por allí. Para que este ciclo sea posible, se necesita la interacción de dos componentes principales: COMPONENTES BIOLÓGICOS: son organismos vivos que participan en el reciclaje de las moléculas inorgánicas, se pueden clasificar como productores (plantas), consumidores (carnívoros) y descomponedores. 3

4 Qué organismos se benefician de la luz solar?... Estas flechas que bajan, indican las transferencias energéticas que pasan de los organismos de un nivel, a los del nivel inferior. Qué organismo recibe energía de los organismos de todos los niveles? Las flechas que suben muestran la cantidad de energía que otorga un nivel inferior a los organismos de un nivel superior. Entre qué organismos se transfiere más energía? Entre qué organismos se transfiere menos energía?.. COMPONENTES GEOQUÍMICOS: son aquellos presentes en el entorno geológico, como son la atmósfera, la corteza terrestre, los océanos, etc. Entre estos dos componentes circulan constantemente las sustancias químicas elementales para los organismos, gracias a esto ellos pueden hacer uso una y otra vez de dichas sustancias, permitiendo que la vida no se extinga. Por otra parte los ciclos biogeoquímicos, pueden ser clasificados en dos grandes tipos: CICLOS GASEOSOS: En los ciclos gaseosos, los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos, los elementos son reciclados rápidamente. Los principales ciclos gaseosos son los del oxígeno, carbono y nitrógeno, que son llamados MACRONUTRIENTES, debido a la gran importancia que tiene el consumo de ellos para los organismos vivos, de hecho un organismo está compuesto de un 95% de estos bioelementos. CICLOS SEDIMENTARIOS: son aquellos en los que la circulación de la materia se da principalmente entre la corteza terrestre y los organismos vivos. En este caso el tiempo de reciclaje es alto, debido a que los elementos pueden quedar retenidos en la tierra durante años. Ejemplos de este tipo de ciclos, son los del azufre y el fósforo. Estos son llamados MICRONUTRIENTES, ya que si bien son necesarios para los organismos vivos, lo son en muy poca cantidad, por lo que su alto tiempo de reciclaje no es perjudicial, distinto a lo que sucedería con los macronutrientes. En este módulo veremos algunos de estos ciclos, así podrán entender más claramente lo explicado hasta este punto. 4

5 CICLO DEL CARBONO Es el elemento básico en la composición de proteínas, lípidos y carbohidratos, ya que todas estas moléculas orgánicas fundamentales son cadenas de carbono enlazados entre sí. Seguramente tú sabes que todos los alimentos que consumimos tienen proteínas, lípidos, y carbohidratos, y que todos los organismos nos componemos de esas tres macromoléculas también. El ciclo consta de los pasos que verás a continuación, dentro de los cuales los fenómenos más importantes son el de fotosíntesis y respiración, el primero es por parte de las plantas, que haciendo uso de CO 2 liberado por los animales, pueden liberar oxígeno. La respiración en cambio, es por parte de los animales, quienes haciendo uso del oxígeno liberado por la plantas, pueden eliminar CO 2, se genera entonces la dependencia y retroalimentación entre los dos reinos. Los pasos del ciclo son los siguientes: 1. Comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO 2 ), presente en la atmósfera o disuelto en el agua. 2. Parte de este carbono es almacenado en los vegetales como proteínas, hidratos de carbono o grasas. 3. Los herbívoros al consumir vegetales, incorporan dentro de ellos dicho macronunientes. Para utilizarlos deben romper las largas cadenas, y así obtener la energía, para luego volver a reorganizar estos elementos en largas cadenas. 4. Aquel carbono que no es almacenado en el tejido del animal herbívoro, es eliminado como CO 2 a través de la respiración. 5. Los animales que no son herbívoros, y que por lo tanto no obtienen los macronutrientes de las plantas, logran llegar a ellos comiéndose a los animales herbívoros, quienes han almacenado en sus tejidos las largas cadenas compuestas por estos bioelementois. 5

6 Apliquemos los pasos que vimos, a la figura siguiente. PASO 2; almacenamiento de carbono en los vegetales. PASO 1; fotosíntesis por las plantas.(números 1) PASO 4; el herbívoro elimina el carbono no utilizado, a través de la respiración y en forma de CO2. Los animales no herbívoros, se comen a los herbívoros y así obtienen el carbono necesario. PASO 3; incorporación del carbono por los herbívoros. (Óvalo negro) La imagen muestra los efectos que tiene la actividad humana, sobre el ciclo del carbono. Muchas veces llega a alterarlo tanto, que afecta a los animales presentes en el ecosistema. Como has visto, los ciclos del carbono y del oxígeno interactúan y dependen entre sí, y son la base de la subsistencia de los organismos tanto vegetales como animales. A continuación veremos otro ciclo fundamental para la vida en la tierra, es el ciclo del nitrógeno. CICLO DEL NITRÓGENO El nitrógeno es otro de los macronutrientes importantes para los seres vivos, son componentes importantes de las proteínas, quienes cumplen una gran variedad de funciones biológicas. Su reserva principal está en la atmósfera en forma de N 2, pero esta molécula no puede ser utilizada por los organismos vivos, por lo tanto debe sufrir modificaciones, y acoplarse a otras moléculas que la transporten. Esas transformaciones que hacen al nitrógeno biodisponible, está a cargo de algunas bacterias, que si pueden utilizar al N 2, y lo convierten a nitratos y amonios, que sí son asimilables por las plantas. 6

7 Las etapas principales de este ciclo son: 1. FIJACIÓN: es la transformación del N 2 a ion amonio NH + 4, o a nitrito NO - 2 o nitrato NO - 3. Este proceso puede suceder por causas abióticas, como es el caso de la fijación por parte de los rayos. O de forma biótica, que depende de la metabolización por parte de las bacterias ya nombradas. Hay dos tipos de bacterias que participan en la fijación, por un lado están aquellas que participan en la amonificación, es decir convierten el N 2 en amoniaco o amonio. Y luego, trabajan aquellas que participan en la nitrificación, que convierten al amoniaco y amonio en nitrito y nitrato. 2. ASIMILACIÓN: El amonio y el nitrato, pueden ser tomados por las raíces de las plantas, y ellas las integrarán en moléculas grandes como proteínas o ADN 3. Los herbívoros al consumir vegetales, consumirán también las largas moléculas contenedoras de Nitrógeno. Ellos romperán dichas moléculas y las reorganizarán en otras que satisfagan sus necesidades vitales. 4. De estas transformaciones por parte de los organismos, resulta una molécula llamada ion amonio, la que es muy peligrosa por lo debe ser eliminada. Los humanos desechamos el exceso de nitrógeno a través de la orina, específicamente a través de una molécula llamada UREA. 5. Estos desechos como la urea, van nuevamente a los suelos, donde pueden ser tomados nuevamente por las plantas o las bacterias y así comenzar un nuevo ciclo. Otro aporte de nitrato al suelo, es la descomposición de los seres vivos vegetales o animales. Apliquemos los pasos en la siguiente imagen: Paso 1: fijación abiótica del nitrógeno por parte de los rayos Paso 3: los herbívoros al consumir vegetales, incorporarán el nitrógeno. (Óvalo discontinuo) Paso 2: asimilación del nitrógeno por las plantas. Paso 5: el herbívoro a su vez, libera nitrógeno en forma de ión amonio. (Óvalo continuo) Paso 1: fijación biótica del nitrógeno por las bacterias. 7

8 Este ciclo, se está viendo muy afectado en los días de hoy, principalmente por el uso de fertilizantes o por los restos que quedan del trabajo ganadero. Estas actividades, aportan demasiado nitrato al suelo, por lo que hay un crecimiento de la flora exacerbado, lo que agota los suministros y los nutrientes. Esto termina afectando al ciclo en general, y a los organismos que participan en él. Ciclo del agua Por último veremos el ciclo del agua, que como sabrás es probablemente el más importante para la sobrevivencia de todos los organismos. 1. Cuando desciende la temperatura, asociada a otros factores atmosféricos, el vapor de agua se condensa y se forman las nubes. 2. Desde las nubes el agua precipita en forma de granizo, nieve o lluvia, reincorporándose a ríos, mares y lagos. 3. El agua que precipita puede infiltrarse en el suelo formando acuíferos subterráneos (aguas subterráneas), o bien fluye formando ríos o arroyos que llegan al mar. 4. Los seres vivos, principalmente las plantas, aportan una cantidad considerable de vapor de agua a la atmósfera, mediante la transpiración 5. En la atmósfera, el agua se encuentra como vapor de agua procedente de la evaporación de aguas superficiales, océanos, lagos y ríos, principalmente. Apliquemos lo aprendido en la siguiente imagen: 1- Condensación; formación de grandes nubes. 2- Solidificación; formación de granizos. 5- Evaporación; las aguas se evaporan, y se quedan en la atmósfera como vapor. 3- Filtración del agua precipitada a capas subterráneas. 4- Transpiración; vapor de agua aportado por las plantas 8

9 Contaminación Global Efecto invernadero Se llama efecto invernadero al fenómeno por el que determinados gases componentes de una atmosfera, son retenidos dentro de ésta. De acuerdo con el actual consenso científico, el efecto invernadero se está acentuando en la tierra por la emisión de ciertos gases, como el dióxido de carbono y el metano, debido a la actividad económica humana. Este fenómeno evita que la energía del sol recibida constantemente por la tierra vuelva inmediatamente al espacio produciendo a escala planetaria un efecto similar al observado en un invernadero. Lluvia ácida Es producto de la reacción química de los gases emitidos a la atmósfera por la quema de combustibles fósiles (óxido de nitrógeno y azufre) con vapor de agua atmosférico. El resultado son ácidos muy corrosivos (ácido sulfúrico y nítrico) que caen a la tierra por las precipitaciones de lluvia y nieve, cambiando la composición química de las aguas de los suelos. Adelgazamiento capa de Ozono El Ozono O 3 es un compuesto de oxigeno que forma una capa en la estratosfera, evitando que penetre a la tierra gran parte de la radiación UV (ultravioleta) del Sol, perjudicial para los seres vivos. En los últimos 50 años se ha detectado un adelgazamiento en la capa de ozono progresivo, afectando principalmente a la Zona Antártica del planeta. Los responsables de este daño son los CFC, gases artificiales usados por aerosoles, refrigeradores, espuma plástica, entre otros. 9

10 ACTIVIDADES: 1. Utilizando los conceptos entregados, construya en la figura, el ciclo del nitrógeno con rojo, y el ciclo del carbono con azul. II- Une los conceptos con las definiciones que correspondan. a) Nitrificación. b) Ciclo gaseoso. c) Respiración. d) Transferencia de energía e) Descomponedores. f) Bioelementos.. Proceso por el que se recicla CO 2. Transformación de amonio a nitrito y nitrato. Se da en el traspaso de materia desde un nivel trófico a otro. Componentes de proteínas, carbohidratos y lípidos... Los nutrientes circulan entre la atmósfera y los organismos vivos. Son ejemplos bacterias y hongos. 10

11 2. Desde el punto de vista energético, Qué efectos tendría para el desarrollo humano si en el ciclo de carbono no estuvieran presentes los procesos geológicos? 3. Si en la atmosfera hay tanto nitrógeno, por qué es necesario abonar los suelos? 4. A partir de la ilustración que muestra el ciclo del nitrógeno, piensa en las consecuencias que tendría para el ciclo la ausencia de cada una de las fases. 11

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