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.
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.
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
