domingo, 6 de septiembre de 2015

Problemática ambiental en las poblaciones

Indicador de logro: Reconoce y explica la problemática ambiental en las poblaciones.

Competencia: Reconozco y explico la problemática ambiental en las poblaciones.

Palabras claves: poblaciones, problemática, propiedades, crecimiento, dinámica, acciones antrópicas, distribución, alelopatía, características, factores, parasitismo

Pregunta generadora: 

¿Por qué es importante reconocer la problemática ambiental en las poblaciones y diferenciar las relaciones entre los organismos bióticos?


Situación de aprendizaje: Ecología de las poblaciones. Puede definirse como el conjunto de individuos pertenecientes a una misma especie y que habitan en el mismo lugar, por lo que intercambian material genético por medio del proceso reproductivo y generan descendencia fértil. Video de sensibilización, pulsa en: 

http://www.youtube.com/watch?v=Gsg67nJa2jk&feature=related

Los procesos evolutivos se presentan gradualmente en las poblaciones, se dan después de ciertos periodos y las variaciones de una generación a otra son casi imperceptibles. El individuo es pasajero, no así la población, la cual persiste en el mismo lugar y con ligeras variaciones en el número de individuos de un año a otro. Si quiere saber más, pulsa en: http://es.wikipedia.org/wiki/Poblaci%C3%B3n_biol%C3%B3gica

Propiedades. Estas  se dan a nivel de naturaleza poblacional y no con relación a los organismos en forma individual, sobresalen las siguientes propiedades:

- El potencial biótico.
- La resistencia ambiental.
- Los patrones de crecimiento. (Densidad y crecimiento poblacional).
- La capacidad de carga.
- Los patrones de natalidad y mortalidad.
- El índice de fertilidad.
- La estructura piramidal.


Crecimiento biológico. Las curvas de crecimiento biológico de una población está ligado al aumento del número de individuos en relación con un tiempo dado y con el individuo por si mismo. Si en la población no se presenta una emigración o inmigración neta, el aumento se establece por la diferencia entre la tasa de natalidad menos la tasa de mortalidad; esta resta puede dar cero, un número negativo o positivo, según el caso; el cero simboliza un equilibrio en la población, donde natalidad y mortalidad son iguales; en el segundo caso, la población está en franco descenso, debido a que la mortalidad es más alta que la natalidad; la última situación indica que la natalidad es mayor que la mortalidad. Las curvas de crecimiento tienen como variables en el eje X y en el eje Y al número neto de individuos.
Vídeo crecimiento de las poblaciones:
http://www.youtube.com/watch?v=0HI-Tbqj3pc


Las principales curvas de crecimiento biológico son:
* Curva exponencial o en forma de j.
* Curva sigmoidea.
* Curva decreciente

La fórmula para estimar la tasa de crecimiento poblacional es: R= n+i-m-e sobre p.i. donde R es el crecimiento poblacional, n natalidad, i inmigración, m mortalidad, e emigración y p.i es población inicial. Si quiere saber más pulsa en:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo02/tema02/01_02_02.htm 


Dinámica de la población. Es el estudio de los cambios que se presentan en una población. El tamaño de una población se ve afectada por los diferentes factores que determinan la aparición y desaparición de sus miembros: la natalidad, la mortalidad, la inmigración y la emigración.


En la dinámica de la población también se tienen en cuenta las estrategias que siguen los individuos para sobrevivir al ambiente siempre cambiante, se llama estrategia de vida y se han establecido dos categorías denominadas k y r. Estas están relacionadas con los procesos de supervivencia de una especie. La estrategia k es para aquellas especies que se desarrollan más cerca de su capacidad de carga, generalmente adoptan una curva sigmoidea; las especies que presentan la estrategia r presentan, por el contrario, un crecimiento similar al exponencial. Las especies con estrategia k viven en ambientes más estables que las de estrategia r y su mortalidad depende del tamaño poblacional, mientras que las especies de estrategia r, dependen más para su supervivencia de las condiciones del medio que del tamaño poblacional.

Fotografía


Características de la estrategia k    Características de la estrategia r

- tasa reproductiva baja                       - tasa reproductiva elevada

- cuidados paternos a los descendientes - no existen cuidados paternos

- grandes dimensiones corporales          - tamaño corporal pequeño

- tiempo generacional prolongado          - tiempo generacional breve

- hábitat estable                                   - hábitat es inestable

- tasas de mortalidad bajas o estables   - tasas de mortalidad altas

- presentan poca migración                   - presentan alta migración

- desarrollan mecanismos defensivos     - no desarrollan mecanismos defensivos

- competencia interespecífica               - competencia intraespecífica

- número de crías es pequeño               - número de crías es grande

- la reproducción es tardía                    - la reproducción es temprana

Fotografía

Interacciones entre la población


Las poblaciones ya sean vegetales o animales por la competencia por el alimento, lugar de crianza, espacio o necesidad de determinado factor se relacionan entre poblaciones o poblaciones diferentes, entre otras se cumplen las siguientes interacciones:

- Aislamiento
- Dispersión
- Territorialidad
- Alelopatía
- Colonización

Distribución interna de la población. La distribución interna de la población se relaciona como la dispersión que tienen los organismos en el espacio. Esta puede ser:
• Uniforme
• Al azar
• Agrupada o aglomerada

La distribución uniforme se presenta en algunas especies vegetales o algunas plantas del desierto, en el caso de las especies, el recurso ambiental que provoca esta distribución radica en la competencia por el suministro de la luz solar mientras que las plantas del desierto, el factor condicionante es el suministro de agua.


La distribución al azar se presenta cuando no existen factores ambientales limitantes que condicionan la distribución; un vegetal presenta este tipo de distribución cuando no presenta interacciones con otros organismos, dispone de luz, sus semillas se diseminan por acción del viento y habita en un lugar donde las condiciones de humedad, lluvias u otras son regulares o estables.


La distribución agrupada o aglomerada es un tipo de distribución muy común y se presenta por razones como: la reproducción, niveles sociales, mantenimiento de la humedad, control de temperatura, incubación de las crías, entre otras.

Para establecer relaciones entre los organismos con el medio es necesario establecer censos poblacionales, estos pueden ser absolutos o relativos.

Es absoluto cuando se puede establecer o cuantificar el número total de individuos que habitan en una misma región y relativo cuando a través de una o varias muestras se obtienen resultados. En algunos casos los censos de animales no se pueden llevar a cabo por razones como: baja visibilidad del individuo por el tipo de hábitat, falta de vías de acceso, reducido número de organismos o peligro de extinción. Los científicos se han ideado técnicas como es el caso del conteo de heces fecales.

Factores que afectan el desarrollo de las poblaciones: Entre los diferentes tipos de poblaciones de animales, vegetales, microbios, entre otras tienen factores que limitan la distribución de estas, en algunos casos se afecta la supervivencia, la resistencia a las enfermedades, presentan adaptaciones específicas y fisiológicas, estímulos conductuales, presentan efectos de selección y se presentan determinados fenómenos, entre otros factores tenemos los siguientes: 

• La temperatura
• La humedad
• La luz
• El sustrato o suelos terrestres y acuáticos
• La salinidad
• El fuego o incendios forestales


Los diferentes factores son elementos reguladores de la población y también se conocen como mecanismos extrínsecos al igual que otros de naturaleza biológica como la disponibilidad de alimento, presencia de enemigos naturales y agentes que causan enfermedades.

Los mecanismos intrínsecos están relacionados con la anatomía, fisiología o comportamiento de los organismos que constituyen la población o especie.

Cuando las relaciones se presentan en una comunidad o en el seno de una población determinada, estas se convierten en interacciones interespecíficas, sobresalen la competencia, la depredación y una de tipo especial de mutualismo (simbiosis).

Generalidades de las relaciones biológicas: Los individuos constantemente se relacionan entre sí en los diferentes ecosistemas, estas relaciones fundamentalmente se refieren a procesos de naturaleza biológica; en algunos casos son benéficas y en otros pueden causar hasta la muerte; los tipos de interacciones biológicas que se presentan en forma general entre los individuos ya sea de una especie, población o comunidad, son entre otras las siguientes:

• Cooperación
• Mutualismo
• Comensalismo
• Amensalismo
• Competencia
• Depredación
• Parasitismo


En la cooperación ambas poblaciones se benefician.
En la mutualista ambas poblaciones se benefician, pero la interacción es obligada para la supervivencia y crecimiento de cada una de las especies.
En el comensalismo una de las poblaciones se beneficia, mientras que la otra no resulta afectada.
En el amensalismo una de las poblaciones es inhibida, la otra no resulta afectada.
En la competencia una población elimina a la otra; en el proceso ambas resultan afectadas.
Mientras que en la depredación y parasitismo una de las poblaciones se beneficia, la interacción es necesaria para la supervivencia del depredador o parásito.

En un censo de población animal se tiene en cuenta entre otras las siguientes características: edad, sexo, etapa de desarrollo, peso, tamaño, características morfológicas y genéticas.

Actividad complementaria

1. Apoyándome en:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo01/01_01_01.htm explico la importancia de la biosfera para el desarrollo de la vida.

2. Explico la incidencia de la natalidad y mortalidad en el equilibrio ecológico.

3. Estimo la tasa de crecimiento poblacional si, al finalizar un año determinado, la natalidad es de 505 individuos, la mortalidad es de 53, la inmigración es de 45 y la emigración es de 40, para una población inicial de 1200 individuos.

3.1. Justifico si la población del ejemplo anterior crece, decrece o permanece igual.

4. Relaciono y describo organismos que poseen características de las estrategias k y r.

5. Describo y explico las interacciones de aislamiento, territorialidad, colonización, dispersión y alelopatía.

6. Observo, analizo y describo algunos individuos vegetales o animales y su correspondiente distribución interna de población en el bosque circundante del colegio.

7. Gráfico e identifico los tipos de distribución poblacional.

8.  Describo y explico cada uno de los factores que afectan el desarrollo de las poblaciones.

9. Señalo las causas de la disminución de la biodiversidad animal y vegetal.

10. Explico porqué los suelos de la selva tropical húmeda son muy frágiles.

11. Consulto sobre la ley de tolerancia y sus principales factores.

12. Demarco un área determinada(2m x 2m) y aplico un sencillo censo animal y vegetal teniendo en cuenta las características morfológicas, tamaño, etc.

13. Creo un acróstico con la expresión:"Ecología de las poblaciones"

 14. Elaboro un crucigrama con la terminología de la temática.

 15. Consulto sobre las sucesiones ecológicas y su correspondiente impacto ambiental en los entornos.

 16. Consulto sobre algunos lideres mundiales en pro de la conservación sobre el medio ambiente.

 17. Sensibilización campaña. " Manejo de residuos sólidos"
17.1. Al ingreso diario recoger un residuo.
17.2. En la hora del descanso, dejar el residuo en el lugar indicado.
17.3. Horas de clase: cuidar y mantener el mobiliario y enseres.
17.4. Utilizar el papel por ambas caras.
17.5. Reducir el consumo de chicle.
17.6. Para cada una de las anteriores campañas invento un slogan.


Bibliografía

* Ecología y formación ambiental. McGrawHill




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lunes, 6 de julio de 2015

Productividad en los ecosistemas y las acciones antrópicas que alteran los ciclos biogeoquimicos en la naturaleza

Indicador de logro: Reconoce y explica la productividad en los ecosistemas y las acciones antrópicas que alteran los ciclos biogeoquímicos en la naturaleza.

Competencia: Reconozco y explico la productividad en los ecosistemas y las acciones antrópoicas que alteran los ciclos biogeoquímicos en la naturaleza.

Palabras claves: ecosistema, productividad, materia orgánica, recursos, disponibilidad, producción primaria, producción secundaria, producción biológica, ciclos biogeoquímicos, acciones antrópicas, contaminación.

Pregunta generadora

¿Por qué es importante reconocer la productividad en los ecosistemas y las acciones antrópicas que alteran los ciclos biogeoquímicos en la naturaleza?

Situación de aprendizaje: Es de interés conocer la producción de materia orgánica de los ecosistemas o de un área determinada para un manejo adecuado y poder regular las cosechas o el aprovechamiento de los recursos naturales disponibles. No se puede cosechar más de lo que se produce o cazar o pescar más de lo que produce un área determinada, de lo contrario se estaría causando problemas en la disponibilidad de los recursos, como la extinción o la merma de las poblaciones.

Para determinar la producción se mide la productividad, que es la producción de materia orgánica o biomasa en un área determinada por unidad de tiempo. En otras palabras, es la cantidad de materia orgánica acumulada en un determinado tiempo en un área determinada. Se suele distinguir entre productividad primaria, secundarla y biológica.

Vídeo de complementación

http://www.youtube.com/watch?v=If8-mVGxJrI

1. La productividad primaria: Es la cantidad de materia orgánica producida por las plantas verdes, con capacidad de fotosíntesis u organismos autótrofos, a partir de sales minerales, dióxido de carbono y agua, utilizando la energía solar, en un área y tiempo determinados.

Se expresa en términos de energía acumulada (calorías/ml/día o en calorías/ml/hora) o en términos de la materia orgánica sintetizada (gramos/m2/día o kg/hectárea/año), que es el método más fácil y asequible. Por ejemplo, podemos calcular la productividad de una hectárea de alfalfa en un año, con cuatro cortes, pesando la materia obtenida fresca o en seco. Podríamos en determinadas regiones llegara unos 100 000 kg/ha/año en peso húmedo.

En este caso hablamos de productividad neta, donde ya se ha descontado el consumo de energía hecho por las mismas plantas para vivir o respirar. La productividad bruta o total engloba la totalidad de la biomasa acumulada y la energía gastada en el metabolismo de las plantas.

2. La productividad secundaria: Es la materia orgánica producida por los organismos consumidores o heterótrofos, que viven de las sustancias orgánicas ya sintetizadas por las plantas, como es el caso de los herbívoros. Por ejemplo: se puede deducir que una hectárea de pasto ha producido 1 000 kg de vacuno/año en ciertas condiciones, pesando la carne de los animales.

3. La productividad biológica: Es la velocidad de acrecentamiento de la biomasa en un periodo y una superficie determinados, que puede ser por año en una hectárea. Es la producción en pie de un área determinada. Por ejemplo: se puede decir que la productividad de vicuñas de una superficie de 70,000 hectáreas ha sido de 22 000 animales, con un peso de 25 kg por animal, lo que da en total 550,000 kg, o sea, 7,8 kg/ha/año.

 
foto: http://www.peruecologico.com.pe/lib_c2_t17_imag.htm

La productividad natural puede ser mejorada y superada con técnicas de cultivo Intensivo, pero con frecuencia pueden producirse daños irreparables al ecosistema. La agricultura y la ganadería modernas, con uso de altos insumos en forma de fertilizantes, energía (maquinaria), pesticidas (herbicidas, insecticidas, fungicidas, etc.), y variedades mejoradas han logrado incrementar la productividad natural a niveles muy altos.

Sin embargo, cuando el manejo de las dosis de fertilizantes y pesticidas no es la adecuada, como la aplicación excesiva, los daños a los suelos, a las aguas y a la salud humana pueden ser también importantes. Por ejemplo, la aplicación del DDT ha causado y causa graves consecuencias a la flora, la fauna y la salud de los seres humanos. Lo mismo puede decirse de al menos una docena de otros pesticidas no degradables o difícilmente degradables en los ecosistemas.


 Ciclos biogeoquímicos de la naturaleza





Se denomina ciclo biogeoquímico al movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, fósforo y otros elementos químicos entre los componentes vivientes y no vivientes del ambiente (atmósfera y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción, descomposición y reciclado.

Importancia de los ciclos de la materia

La materia que forma parte del planeta sufre numerosas transformaciones al ser utilizada por los seres vivos. Algunos minerales son asimilados por los organismos fotosintetizadores (como plantas y cianobacterias) que los incorporan a sus estructuras y órganos y utilizan para cumplir distintas funciones metabólicas.

A su vez, cuando un ser vivo se alimenta de otro, incorpora esos elementos químicos a través de la cadena alimentaria, y en algún momento retornan al ambiente, ya sea al agua, suelo o aire como parte del ciclo de la materia. A través de estos ciclos y con el uso de energía, la materia se va transformando. Cuando las plantas y animales cumplen sus ciclos vitales, o cuando eliminan desechos o desprenden partes de su cuerpo (hojas, por ejemplo), estos componentes son descompuestos por numerosos hongos y bacterias, y vuelven al ambiente en estructuras más simples que pueden ser reutilizados por los productores.

 Así los descomponedores tienen importancia no solo en la cadena alimentaria, sino en la producción de materia orgánica fértil, es decir el humus del suelo. A medida que el hombre comenzó a cultivar plantas para su consumo, estos elementos del suelo se fueron extrayendo junto con las cosechas. Tras años de agricultura, para mantener la fertilidad de los suelos, se hace necesario reponer esos minerales. Es por ello que los agricultores utilizan fertilizantes químicos y de esa forma aseguran grandes rendimientos.


Ciclos de materia. La materia necesaria para la vida (fósforo, nitrógeno, carbono, hidrógeno y casi todos los elementos químicos existentes) se encuentra en los ecosistemas en dos formas: Como materia orgánica, que puede estar viva, como biomasa de productores, consumidores y des componedores, o muerta, en el suelo, en las hojas muertas, etc. Como materia en estado inorgánico en el medio físico: suelo, rocas, disuelta en el agua, como gases en la atmósfera.

Por acción del ecosistema, la materia está pasando continuamente del compartimiento inorgánico abiótico al orgánico biótico y viceversa, es un proceso cíclico que garantiza la disponibilidad de materia para el ecosistema y para la vida. A diferencia de la energía, que tiene una fuente de larga duración en el Sol, la materia disponible en la superficie de la Biosfera es finita; si la materia no se reciclara, ya se habría agotado y la vida no sería posible. Por ello, el reciclaje de la materia es uno de los procesos básicos de soporte de la vida sobre la Tierra.

Tanto los flujos de energía como los ciclos de materia pueden estudiarse cualitativamente y cuantitativamente y su comprensión es fundamental para entender el funcionamiento de los ecosistemas y planificar su uso y manejo.

Clasificación de los elementos

a. Bioelementos primarios o principales: Son los elementos que se encuentran en mayor cantidad en la materia viva y constituyen el 95% de la masa total, entre ellos encontramos: el Carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y el nitrógeno(N).

b. Bioelementos secundarios: son el Azufre (S), Fósforo (P), Magnesio (Mg), Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K) y Cloro (Cl). Los encontramos formando parte de todos los seres vivos y en una proporción de 4,5%.

c. Oligoelementos: Son los elementos que se encuentran en la materia viva de manera residual, en pequeñísimas cantidades. En los seres vivos se han aislado unos 60 oligoelementos, pero  solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos. Estos son: Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Cobre (Cu), Zinc (Zn), Flúor (F), Yodo (I), Boro (B), Silicio (Si), Vanadio (V), Cromo (Cr), Cobalto (Co), Selenio (Se), Molibdeno (Mb) y Estaño (Sn).



La deficiencia de algunos de estos elementos y sustancias en algún ecosistema puede producir serios problemas en el proceso de producción de plantas (producción primaria) y entre los consumidores (animales y seres humanos). Por ejemplo, la deficiencia o falta de yodo en ciertas zonas produce problemas como el bocio o coto en los seres humanos y problemas en los animales, especialmente en la época de gestación. En muchas partes los suelos son deficitarios en ciertos elementos. Los casos más notables son la deficiencia de fósforo en los suelos amazónicos y la falta de nitrógeno en los suelos más húmedos o pantanosos. Existen hoy técnicas de amplio uso para hacer análisis de los suelos y determinar las necesidades de elementos para una fertilización adecuada y de acuerdo a los distintos tipos de cultivos.


CICLO DEL NITRÓGENO.

Vídeo:http://www.youtube.com/watch?v=Um3rI16Wp4Y

Es un ciclo de tipo gaseoso, ya que la mayor parte del nitrógeno se encuentra en la atmósfera. El 80% de las moléculas de la atmósfera de la tierra están hechas de dos átomos de nitrógeno que están unidos entre sí.

IMPORTANCIA DEL ELEMENTO: Es un elemento que sirve de inicio a las plantas para la formación de proteínas y enzimas de sus tejidos. Las plantas con adecuada cantidad de nitrógeno brotan pronto y sus hojas y tallos presentan un color verde oscuro por la cantidad de clorofila. La deficiencia de nitrógeno en las plantas, se caracteriza por plantas con hojas de color verde amarillento y frutos pequeños; por el contrario un exceso de nitrógeno produce una vegetación excesiva y se produce un retraso en la maduración de las plantas.


DEPÓSITOS: Su principal depósito es la atmósfera, pues contiene 78% de nitrógeno en forma de gas. Las principales fuentes de nitrógeno para el ser vivo son las formas orgánicas (urea, proteínas y ácidos nucleídos) e inorgánicas (amoniaco, nitrito, nitrato) y orgánicas (urea, proteínas y ácidos nucleídos).

CICLO

1. Fijación del nitrógeno. Para que el nitrógeno pueda ser absorbido, primero debe ser fijado, existen dos formas diferentes:

Fijación atmosférica: Se realiza por un proceso físico - químico, por ejemplo los relámpagos, estela de meteoritos o una radiación cósmica que transforman el nitrógeno atmosférico en nitrato, nitrito y amoniaco, el que se disuelve en la lluvia y precipita sobre la tierra, siendo absorbida con el agua y otros minerales por las raíces de las plantas.

Fijación biológica: Es realizada por algas o bacterias fijadoras de nitrógeno que viven libres en el suelo o en el agua o en simbiosis con las raíces de ciertas plantas (leguminosas), las algas marinas verde azuladas también fijan nitrógeno atmosférico en nitrato. La más conocida de las bacterias asociadas a raíces es la del género Rhizobium, la que se asocia a una leguminosa, estas bacterias entran en los pelos de la raíz de las leguminosas lo que produce un nódulo en el que se produce la fijación del nitrógeno.

Los animales adquieren los compuestos de nitrógeno a partir de los tejidos vegetales y regresan al suelo, expulsándolos en forma de productos de desecho (urea, acido úrico-excrementos y orines) o en forma de restos orgánicos muertos. Organismos heterótrofos, como bacterias y hongos de la putrefacción descomponen estos organismos muertos reduciéndolos a aminoácidos. El guano de las islas, producido por las aves guaneras, contiene abundantes compuestos nitrogenados, que se almacenan en las islas guaneras.

2. La Amonificación. Bacterias que se hallan en el suelo y en el agua, lo transforman en amoniaco, liberando nitrógeno inorgánico.

3. Nitrificación. Es la conversión del amoniaco en nitritos y nitratos.

4. Desnitrificación.  La vuelta del nitrógeno a la atmósfera y por tanto el cierre del ciclo, se realiza por una serie de bacterias desnitrificantes como algunos hongos, que descomponen el nitrato liberando nitrógeno que regresa a la atmosfera.

El hombre y el ciclo del nitrógeno 

El nitrógeno es un elemento imprescindible para la vida, ya que forma parte del ADN y de los aminoácidos que conforman las proteínas. La reserva fundamental de nitrógeno es la atmósfera. Allí el nitrógeno se encuentra en grandes cantidades en forma de nitrógeno molecular.

Aunque es muy abundante, esta forma no está disponible más que para algunos grupos de microorganismos que, mediante un proceso llamado fijación de nitrógeno, transforman el Nitrógeno en amoniaco, que de  esta forma queda a disposición, directa o indirecta, de lo demás grupos de seres vivos.

Tras esto, el nitrógeno sufrirá distintas transformaciones mediadas por diversos grupos de organismos, formará parte de ellos y volverá a la atmósfera por un proceso llamado desnitrificacion, realizado también por microorganismos. La cantidad de nitrógeno en formas disponibles para una gran parte de grupos de seres vivos es muy escasa en la mayoría de los ecosistemas (incluidos los agrosistemas), que se han adaptado a gestionar esa escasez. Los modelos agrícolas tradicionales, no industriales, optimizan al máximo el nitrógeno disponible mediante rotaciones, integración de ganadería y agricultura, abonos verdes y diversas técnicas. A principios del siglo XX se descubrió un proceso industrial de fijación del nitrógeno, llamado proceso de Haber-Bosch, que supuso una revolución en el mundo de los fertilizantes agrícolas, ya que se podía disponer de todo el nitrógeno necesario de forma industrial. Desde ese momento, y sobre todo desde el inicio de la revolución verde en los años 60, se han añadido a los cultivos, de forma indiscriminada y sin apenas control, enormes cantidades de fertilizantes nitrogenados.


Influencia del hombre en el ciclo del nitrógeno. Actualmente, a nivel planetario, la fijación derivada de las actividades del hombre ya ha superado con creces a la biológica. Del nitrógeno aplicado a los campos sólo es asimilado por los cultivos entre el 10 y el 40%: el resto es devuelto a la atmósfera o exportado a los ecosistemas adyacentes, generando un gran número de problemas ambientales. Según las condiciones ambientales, una parte del nitrógeno que vuelve a la atmósfera lo hace en forma de óxido nitroso, compuesto que es un potente gas invernadero.

Asimismo, se emitirán otros compuestos nitrogenados que son responsables de la formación de ozono troposférico y de lluvia ácida. Otra parte del nitrógeno exportado llega a los cuerpos de agua y genera una alteración de los ecosistemas acuáticos (eutrofización) que no están adaptados a disponer de tales cantidades de un elemento que antes era limitante.

También se producirán problemas de contaminación por nitratos, nitritos y amonio, lo que supone, además de la toxicidad que a determinadas concentraciones producen sobre los organismos acuáticos, grandes inversiones económicas para conseguir potabilizar el agua de consumo humano en los países desarrollados y un problema de salud pública en los desfavorecidos. 

Contaminación atmosférica

 Sensibilización y profundización:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo04/tema05/01_04_05.htm 

La atmósfera actúa como un medio para transportar la contaminación desde el foco de emisión a otros lugares, incluso a grandes distancias y otros medios (suelo y agua). El destino de los contaminantes emitidos a la atmósfera viene determinado principalmente por la altura de vertido y las condiciones del tiempo.

La dispersión, mezcla, transporte y transformaciones por procesos físico-químicos que los contaminantes experimentan una vez emitidos pueden influir en su tiempo de residencia en la atmósfera, antes de ser, más pronto o más tarde, devueltos a la superficie de la Tierra. Si el tiempo de residencia es corto y determinadas condiciones sinópticas persisten durante varios días la carga de contaminación puede incrementarse, produciendo episodios de contaminación local. Si los tiempos de residencia son más largos, entre los 6 y los 12 meses, tendrá lugar el intercambio entre los hemisferios norte y sur. Sólo para períodos superiores al año, el intercambio entre la troposfera y la estratosfera llega a ser importante, pudiendo tener un impacto global en las propiedades de la atmósfera. Esta es la razón por la cual las emisiones de ciertos gases contribuyen al problema global que supone un incremento del efecto invernadero y el por qué el vertido de otros contaminantes, como los clorofluorocarbonados (CFCs), conduce a la destrucción de la capa de ozono situada entre 20 y 30 km de altura, originando un empobrecimiento del ozono estratosférico.

En las emisiones atmosféricas procedentes de algunos procesos de combustión e incineración, se encuentra también un grupo de contaminantes conocido como compuestos orgánicos persistentes (COP) entre los que se incluyen las dioxinas y los furanos. Sus fuentes más importantes son procesos industriales de combustión, incineración, combustiones domésticas, combustiones debidas al tráfico rodado, procesos de pirólisis, procesos metalúrgicos no férreos y otros muchos. Además, se consideran fuentes de contaminación secundarias a los depósitos de materiales o productos contaminados que pueden redistribuir o poner en circulación estos contaminantes en el medio: vertederos, suelos, sedimentos, vegetación, fangos aplicados a suelos agrícolas, etc.

El Ozono


Se denomina capa de ozono, a la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 50 km de altitud, reúne el 90% del ozono  presente en la atmósfera y absorbe del 97% al 99% de la radiación ultravioleta  de alta frecuencia.


La interacción de la radiación ultravioleta del espectro solar con el oxígeno a la altura de la estratósfera produce continuamente ozono, el cual a su vez se descompone por colisión con el oxígeno atómico y por interacción con nitrógeno, hidrógeno, clorinos y brominos. Tales componentes están presentes en la atmósfera en forma natural desde tiempos remotos. Actualmente se está incrementando el proceso de destrucción del ozono con las emisiones de una cantidad adicional de clorinos y brominos producidos por la actividad humana. El ozono es un gas muy raro en la atmósfera, ya que existe una relación de 3 moléculas de ozono por cada 10 millones de moléculas de aire.

Vídeo:
 http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=8Cl3iPK0ILs#at=31


Actividad complementaria

1. Consulto sobre el consumo energético del ser humano sobre algunos alimentos y lo normal diariamente
2. Durante una semana contabilizo el valor energético de los alimentos que consumo y establezco si esta dentro de los parámetros normales.
3. Consulto sobre alternativas energéticas sostenibles.
4. Consulto sobre las causas y consecuencias del cambio climático: *http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_clim%C3%A1tico
*http://www.pnud.org.co/sitio.shtml?apc=a-c-1--&x=62597#.UZlLj7VhXzw
5. Enumero acciones humanas para reducir el cambio climático.
6. Invento un acróstico con la expresión "cambio climático".
7. Creo una caricatura sobre el cambio climático
8. Elaboro un crucigrama sobre la productividad en los ecosistemas.
9. Analizo y describo apartes principales del proyecto Juampablista sobre la recuperación de la microcuenca del Caño Seco, me apoyo en http://herohecomunicativo.blogspot.com. 
10. Construyo tres items de selección múltiple sobre la temática planteada.
11. Consulto y  esquematizo los ciclos del carbono, fósforo, hidrógeno y azufre.
12. Explico las acciones antrópicas que alteran cada uno de los anteriores ciclos  y las consecuencias para el medio ambiente.
13. Consulto sobre las consecuencias de la contaminación atmosférica sobre la salud humana, suelo, animales y vegetales.
14. Indago sobre la lluvia ácida y las consecuencias para la salud humana, vegetales, animales, suelo y agua.
15. Consulto sobre la problemática ambiental por la destrucción de la capa de ozono.
16. Enumero acciones humanas para mantener la capa de ozono.
17. Creo un acróstico con la expresión "lluvia ácida".
18. Invento un crucigrama con los términos planteados en la temática.
19. Creo un mapa conceptual sobre la temática planteada.

Bibliografía
* foto: http://www.peruecologico.com.pe/lib_c2_t17_imag.htm
* http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_clim%C3%A1tico
* http://www.minambiente.gov.co/contenido/contenido.aspx?catID=135&conID=252
* http://www.pnud.org.co/sitio.shtml?apc=a-c-1--&x=62597#.UZlLj7VhXzw
* http://www.peruecologico.com.pe/lib_c2_t17.htm
* http://www.slideshare.net/josemanuel7160/unidad-8-materia-y-energa-en-el-ecosistema
* McGrawHill  Ecología
* http://es.scribd.com/doc/44754032/Graficos-Vitales-Sobre-el-Ozono
* http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/arauca/87061/docs_curso/C13_L1.htm
* http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_ozono
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domingo, 29 de marzo de 2015

Factores bióticos, abióticos y energía en los ecosistemas


Indicador de logro: Reconoce y explica la relación entre los factores bióticos, abióticos y la circulación de la energía en los ecosistemas.

Competencia:    Reconozco y explico la relación entre los factores bióticos, abióticos y la circulación de la energía en los ecosistemas.

Palabras claves:  bióticos, abióticos, nicho ecológico, hábitat, temperatura, agua, luz, energía, trabajo, materia, ecosistema, masa, espacio, energía química, fotosíntesis, ciclo de la energía, respiración, termodinámica.

Pregunta generadora

¿ Por qué es importante reconocer la relación entre factores bióticos, abióticos y la circulación de energía en los ecosistemas?


Situación de aprendizaje: Los factores abióticos de un ecosistema son todos aquellos parámetros físicos o químicos que afectan a los organismos. Por su parte, los factores bióticos se refieren a las interacciones entre los seres vivos del ecosistema.

Vídeo de sensibilización y complementación:

http://www.youtube.com/watch?v=Lbc-WfixURY

La ecología estudia las interacciones entre los organismos y su ambiente. Dichas interrelaciones son de tal complejidad que bastará con señalar un caso particular para demostrarlo: una simple araña depende de los insectos que atrapa, del espacio disponible para elaborar su nido o hábitat, de la temperatura y humedad idóneas  de la disponibilidad de oxígeno en el ambiente y de los cambios estacionales, entre otros muchos factores; pero al reflexionar un poco, es posible constatar que el papel ecológico de la araña en el equilibrio del sistema donde vive, consiste en comerse a otro grupo de insectos de una o varias especies; esto representa el nicho ecológico de la araña. Este nicho se verá afectado por la disponibilidad de animales de los que se alimenta la araña; éstos, a su vez, dependen de otras plantas, de cambios climáticos, de las horas de luz solar, de sales minerales, etc. 

Video de sensibilización: https://www.youtube.com/watch?v=DBnCJTAEFFw 

Para poder descifrar esta aparente maraña, a continuación serán revisados los diversos factores bióticos y abióticos que inciden en el desarrollo de un ecosistema.

Factores abióticos físicos

Los componentes abióticos pueden diferenciarse en dos categorías: los que ejercen efectos físicos y los que presentan efectos químicos.

Los factores abióticos físicos son los componentes abióticos básicos de un ecosistema; la comunidad biológica o conjunto de organismos vivos de tal ecosistema está sujeta a dichos factores.
Los factores abióticos físicos más importantes son , entre otros, la luz solar, la temperatura, la atmósfera y la presión atmosférica, el agua, el microclima, la altitud y la latitud.

La luz solar


                                                  Foto. definicionabc.com


La luz solar es la fuente principal de energía de un ecosistema. La radiación solar que se recibe sobre la superficie terrestre varía según el ángulo de incidencia. La radiación solar en los polos se distribuye en un área mayor que en el ecuador. Este fenómeno causa efectos notables en las temperaturas ambientales de las zonas irradiadas; en efecto, se sabe de la gran diferencia entre las temperaturas del ecuador y las de los polos norte y sur.

También existen diferencias en la irradiación, condicionadas en los hemisferios norte y sur por la inclinación de la Tierra sobre su eje en relación con la trayectoria alrededor del Sol. En invierno, por ejemplo, el hemisferio norte se inclina en dirección contraria al Sol, de modo que el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre su territorio disminuye, lo cual ocasiona un menor número de horas de luz diurna y un marcado descenso en la temperatura ambiental.

Además de su efecto térmico, la luz solar es la materia prima energética para el proceso de la fotosíntesis, aunque la mayor parte de la energía no es susceptible de ser transformada en energía de enlaces químicos: del total de energía irradiada se calcula que solo el 2% ha logrado convertirse en fotosintetatos. Este indice tan bajo de aprovechamiento puede deberse, entre otras razones, a que no toda la energía irradiada es aprovechable; según el espectro de la luz solar, sólo parte de esta radiación es visible. Entre las radiaciones de la luz visible se encuentran las que calientan el ambiente y las que absorben las plantas verdes para efectuar la fotosíntesis, fenómeno de trascendental importancia para iniciar el flujo de materia y de energía en un ecosistema.

La luz en el ambiente acuático

La luz solar de que disponen los organismos acuáticos a su paso por la atmósfera resulta afectada por diversos factores, nubosidad, latitud, humedad, concentración de polvos o de esmog, entre otros. Por consiguiente, el medio acuático recibe menor cantidad de luz, en todos sus niveles como producto de fenómenos de reflexión,  dispersión y absorción que afectan la zona eufótica, la cual también resulta modificada por variaciones geográficas y estacionales.

Hay efectos adicionales como el del espectro visible, el cual puede notarse cuando se observa el agua azul desde un buque, ya que el azul tiene mayor capacidad de penetración en aguas poco turbias y penetra a mayores profundidades en algunos lagos y océanos  Aunado a este dato, se cita que la penetración máxima de luz apropiada para productores fotosintéticos marinos es de 200m.

Efectos biológicos de la luz

Uno de los efectos más importantes de la luz es la producción de clorofila, realizada por los organismos fotosintéticos terrestres y marinos (plantas verdes, algas, bacterias y cianobacterias).


                                              Foto.blogeducastur.es 
El color de la piel de algunos animales puede estar directamente influido por la luz o por uno de sus efectos: la temperatura. A esto se le ha dado en llamar reglas térmicas ecológicas; resulta ampliamente conocida la regla de que individuos de talla menor están relacionados con temperaturas altas, mientras que los de menor longitud lo están con temperaturas bajas. Estas características van estrechamente ligadas con la irradiación solar correspondiente.


                                      Foto. ecuadorciencia.org

Por otro lado, también deben considerarse los fenómenos de periodicidad y los tactismos, ya que ambos permiten lograr respuestas condicionadas de plantas y animales sensibles a los niveles de luz solar.

Un efecto sumamente conocido, en cuanto a la periodicidad luminosa, es el que se refiere a ciertas etapas de la fotosíntesis que sólo se desarrollan en presencia de luz. Otro ejemplo de periodicidad lo representa el patrón de floración de algunas plantas: el crisantemo sólo florea si el día es corto, por lo que se le conoce como planta de día corto, es decir un día donde las horas de luminosidad son pocas, como en el invierno.


foto crisantemo. soloflores.blogspot 

En los animales los tactismos son respuestas diferenciales a los niveles de luz. Este tipo de respuestas les permite tornarse más activos en presencia de luz y reducir sus acciones en la oscuridad, o a la inversa; por ejemplo, se han comprobado en el laboratorio los hábitos nocturnos del ratón ciervo, Peromyscus sp., el cual por algunas razones ecológicas prefiere cazar durante la noche y mantenerse en reposo en las horas diurnas (tropismo).

   


foto: ratón ciervo. la reserva.com 
La energía en los ecosistemas. Desde un punto de vista típico, la energía puede definirse como la capacidad de producir trabajo o de transferir calor, mientras que la materia representa algo dotado de masa y, por tanto, ocupa un lugar en el espacio.

Flor del gaque, bosque nativo Juampablista



Vídeo de sensibilización: 
 

https://www.youtube.com/watch?v=VxlkmZ-jjrM


Según la física,  la materia esta constituida por átomos  La materia puede transformarse en energía y la energía en materia. Los biólogos pueden confirmar esta afirmación en el proceso respiratorio, donde los alimentos se desdoblan y liberan la energía química que poseen, la cual permanece almacenada en las células en forma de la molécula de ATP (adenosín trifosfato).

La transformación de energía en materia se presenta en el proceso recíproco, es decir, en la fotosíntesis  la cual permite almacenar la energía radiante del sol como materiales químicos orgánicos, sobre todo del tipo de los azúcares; estos productos fotosintéticos representan la base energética de todos los seres vivos del planeta.


foto: acasinú
En la superficie terrestre, así como en el mar y las aguas dulces, las células y organismos autotrofos y fotosintéticos y los heterótrofos son mutuamente dependientes, ya que sus mecanismos de respiración y fotosíntesis son recíprocos  Las estructuras heterótrofas dependen de la energía de las moléculas alimenticias que han sido procesadas por las autótrofas ademas de que la mayor parte de los seres vivos también requiere del oxigeno liberado en la fotosíntesis para efectuar su proceso respiratorio aeróbico. En la respiración aerobia, fermentación y respiración anaeróbica (diversos tipos respiratorios presentes en los seres vivos terrestres y acuáticos) se genera dióxido de carbono, material indispensable para el desarrollo fotosintético.

Como ya se describió  solo en las células autótrofas puede encontrarse la maquinaria biológica de alta eficiencia capaz de transformar la energía solar en otras formas energéticas potenciales para el uso de los demás seres vivos.

Aun las estructuras bien organizadas, como los organismos unicelulares y pluricelulares autótrofos y heterótrofos, están sujetos a la tendencia natural de disminuir el orden energético e incrementar el desorden, esto es, la perdida de energía sin un aprovechamiento útil. Dicha problemática esta explicada por la primera y segunda leyes de la termodinámica, las cuales tratan de los cambios de la energía en la naturaleza y en el Universo mismo.

Leyes de la termodinámica

Primera ley de la termodinámica.  Postulada por Robert Mayer en 1841, también es conocida como el principio de la conservación de la energía; su enunciado afirma: "La energía no se crea ni se destruye solo se transforma".

fotodiagrama: http://zachary-jones.com

Segunda ley de la termodinámica. Esta introduce un concepto termodinámico especial (la entropía), el cual se asocia a la incapacidad de producir trabajo, ya que cuando un sistema llega a su entropía máxima no puede realizar trabajo alguno. En ese momento, se dice que en ese sistema toda la energía cinética esta uniformemente distribuida, pues se considera que ha llegado a su equilibrio.

Los conceptos de la primera y segunda leyes de la termodinámica pueden contrastarse, ya que mientras en el primer caso la energía interna del universo se ha conservado porque el calor ganado o perdido por el sistema debe ser igual a la suma del intercambio de calor con el ambiente, más el monto de energía empleada en la realización de diversos tipos de trabajo (mecánico, eléctrico, químico, etcétera ; en el segundo caso, cuando un sistema- que puede ser incluso una célula o un organismo multicelular- tiende o alcanza la máxima expresión de la energía cinética y logra su equilibrio, estará imposibilitado totalmente para desarrollar cualquier otro tipo de trabajo. En los organismos vivientes este equilibrio conduciría al aniquilamiento de la vida celular, ya que ningún trabajo de transporte, fisiología celular, reproducción química de fuentes de carbono, materiales genéticos, etcétera  seria posible en ese estado; solo se habría obtenido la máxima entropía.

Como conclusión de las aseveraciones precedentes, se puede afirmar que la vida misma es la retroalimentación entre la perdida y conservación de las fuentes útiles de energía para la célula.  La controversia radica en la conservación de la energía interna como fuente de energía útil contra la disminución de la entropía como expresión de una energía cinética no aprovechable para la conformación del trabajo celular disponible.

Ningún proceso en la naturaleza presenta una eficiencia de 100%. Esto también se manifiesta en los procesos biológicos aun en la respiración aerobia (con una eficiencia del 50% respecto a la conversión de energía química procedente de los azúcares) que permite la conformación de moléculas de ATP; este es un proceso valiosísimo para el equilibrio energético de las comunidades vivas, que permite evidenciar que en los procesos vivientes, como cualquier otro proceso industrial, no se logra aprovechar el total de la energía liberada durante su desarrollo.



 Actividad complementaria

1. Consultar sobre los factores abióticos físicos: la temperatura, clima, vientos, altitud, latitud, atmósfera, presión atmosférica. 
2. Crear un mapa conceptual sobre la temática planteada.
3. Identificar la incidencia del ser humano sobre cada uno de los factores abióticos físicos.
4. Elaborar un esquema del proceso fotosintético. 
5. Inventar un crucigrama  con los términos relacionados en los factores abióticos físicos.
6. Observar y analizar el vídeo "factores que limitan la distribución de los organismos": 
http://www.educatina.com/ecologia/factores-que-limitan-la-distribucion-de-los-organismos y realizar un mapa conceptual.



7. Crear un acróstico con la expresión FACTORES BIÓTICOS Y ABIÓTICOS. 
8. Elaborar una sopa de letras con los términos propuestos en la temática.
9. Elaborar un plegable sobre el día mundial del medio ambiente año 2015.
10. Construir tres items de selección múltiple sobre la temática planteada.
11. Explicar cómo se manifiesta el flujo de energía en un ecosistema.
12.  Explicar que sucedería si el sol desaparece.
13. Crear una caricatura sobre la importancia de la energía.


Bibliografía

* Ecología. McGrawHill 
* Foto.blogeducastur.es 
* Foto. ecuadorciencia.org
* foto crisantemo. soloflores.blogspot 
* foto: ratón ciervo. la reserva.com 
*  Foto. definicionabc.com
* Vídeo. 
* Vídeo:
http://www.educatina.com/ecologia/factores-que-limitan-la-distribucion-de-los-organismos 
* foto: acasinú
* fotodiagrama: http://zachary-jones.com
* Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=VxlkmZ-jjrM   
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