Nutrició - Science Bits PDF

science-bits.cat La nutrició  Aquest fascicle constitueix la versió en paper d’una unitat d’aprenentatge multimèdia de Science Bits. El se...

science-bits.cat La nutrició  Aquest fascicle constitueix la versió en paper d’una unitat d’aprenentatge multimèdia de Science Bits. El seu contingut procedeix d’una obra digital multimèdia disponible a science-bits.cat i el seu objectiu és com- plementar els continguts digitals amb un format físic en paper per facilitar el treball en aules sense un ordinador per a cada alumne. Crèdits fotogràfics KenCanning, ©iStock.com (ós, pàg. 6-7); Mark Dumont, flickr.com (panda vermell, pàg. 8); UTurn Studios, ©iStock.com (plat de menjar de gos, pàg. 8); Johan W. Elzenga, ©iStock.com (elefant africà, pàg. 9); Bzamora, ©iStock.com (girafa, pàg. 9); Steve Byland, ©iStock.com (colibrí, pàg. 9); Andrea_44, flickr.com (papallona monarca, pàg. 9); MarieHolding, ©iStock.com (lleons, pàg. 9); Arangan_A, ©iStock.com (tigre, pàg. 9); John Pitcher, ©iStock.com (llop, pàg. 9); Ariadna Álvarez Pérez-Simó (tortuga i au rapaç, pàg. 9); Paul Binet, ©iStock.com (guineu, pàg. 9); Xalanx, ©iStock.com (gallina, pàg. 9); Christian Senger, flickr.com (humà, pàg. 9); Mike_expert, ©iStock.com (arrels, pàg. 10); Catherine Mrray, ©iStock.com (planta, pàg. 14); Regan 76, flickr.com; Chemlamp, ©iStock.com; Hallgerd, ©iStock.com (tomates, vaques de las terres altes i nena, pàg. 15); Pawel Burgiel, ©iStock.com (algues, pàg. 16); Boris Pamikov, ©iStock.com (tonyina, pàg. 16); John A. Anderson, ©iStock.com (nudibranqui, pàg. 16); Jayson, ©iStock.com (foca, pàg. 16); Christophe Testi, ©iStock.com (eruga, pàg. 16); Pindyurin Vasily, ©iStock.com (fulla, pàg. 16); Louisa Howard, M.L. Guerinot, remf.dartmouth.edu (estomes, pàg. 16); Lebendkulturen für Schule und Forschun, ©iStock.com (ameba, pàg. 16); Smaleriegel, ©iStock.com (bolets, pàg. 16); Neolynx, morguefile.com; Kenishirotie, ©iStock.com; Djmapleferryman, flickr.com; Burachet, ©iStock.com; Nancy Nehring, ©iStock.com (os panda, fong, protozou, arbre, arbust i bacteri, pàg. 17); C. Van Dover, National Undersearch Research Program (NURP) Collection (ID:NUR04505), photolib.noaa.gov (cucs marins, pàg. 17); Rhett Maxwell, flickr.com (fulla, pàg. 18); Anes, stockphoto.com (eruga, pàg. 19); WAS, ©iStock.com (ocell, pàg. 19); Andy Carter, flickr.com (fongs, pàg. 19); Scott Bauer, commons.wikimedia.org; kslyesmith, sxc.hu (mosca, bolets, pàg. 20); Elena Elisseeva, ©iStock.com; E. Dronkert, flickr.com (nena i bolets, pàg. 20); Eric Isselée, ©iStock.com (ratolí, pàg. 21); Dwight SiplerLebendkulturen für Schule und Forschung; Kerrick; ©iStock.com; Noel Reynolds; Dwight Sipler, flickr.com; John A. Anderson, ©iStock.com; Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH; Burachet; Pawel Burgiel, ©iStock.com (protozou, ocells, suricata, insecte, esponja de mar, bacteris, bolets i algues, pàg. 21); Chalabala, ©iStock.com (gos, pàg. 23); Good Olga, ©iStock.com (corall, pàg. 24); Zurijeta, ©iStock.com (nen, pàg. 24); Umberto Salvagnin, flickr.com (líquens, pàg. 24); Pawel Burgiel, ©iStock.com (algues, pàg. 25); Michele Eve Photography, flickr.com (tigres, pàg. 26); Peter J Markham (dofins, pàg. 26); Mayamo, ©iStock.com (arròs, pàg. 27); Devon Yu, ©iStock.com (foc, pàg. 27); Elena Elisseeva, ©iStock. com (barbacoa, pàg. 28); Paul Banton, ©iStock.com (zebres, pàg. 30); adik2041, ©iStock.com (flor, pàg. 30); Walt Stoneburner, flickr.com; Karduelis, commons. wikimedia.org; AZHerb, flickr.com; Curt Dennison, flickr.com (plantes a, b, c i d, pàg. 30); Albert D, ©iStock.com; Regan 76, flickr.com; Vitalii Gulay, ©iStock. com; Daniel Jolivet, flickr.com; hotshotsworldwide; ©iStock.com; Gibon, commons.wikimedia.org; hopsalka, ©iStock.com; Iurii Kryvenko; ©iStock.com; ajafoto, ©iStock.com; steve p2008, flickr.com; Rudmer Zwerver; ©iStock.com; Digitalskillet, ©iStock.com; (acàcia, tomaquera, Elodea, nenúfar, kelp, Anabaena, xampinyó, llevat, floridura, cargol, ratolí, ser humà, planta, pàg. 32); NOAA Photo Library, flickr.com; Diane Garcia, ©iStock.com (cucs gegants del fondo oceànic i científic, pàg. 34); Oliver Suckling; ©iStock.com (selva tropical, pàg. 35); konradlew, ©iStock.com (faig, pàg. 36); Kriss Szkurlatowski, freeimages.com (Bulb de ceba, pàg. 37); Alan Phillips, ©iStock.com (Fulla de molsa, pàg. 37) and creative commons licensed (BY) flickr photo by kaibara87: http://flickr.com/photos/kaibara/2865731339 (Pètal de gerani, pàg. 37); Johan W. Elzenga, ©iStock.com; mafoto, ©iStock.com; Oleg Seleznev, ©iStock.com; Andrea Schaffer, flickr.com; newagecrap, flickr.com; MarieHolding, istokphoto.com; Brimack, flickr.com; Ariadna Álvarez Pérez-Simó; StormyDog, flickr.com; hopsalka, ©iStock.com; ajafoto, ©iStock.com; Janice Carr, commons.wikimedia.org (elefants, vaques, dromedari, cargol, cavall, lleó, tigre, cocodril, tauró, xampinyó, floridura, bacteri del sòl, pàg. 39); pickle; Madhu V. Singh, flickr.com; Steve Wilson, flickr.com; steve.garner32, flickr.com; Stephen Barnett, flickr.com; Hallgerd, ©iStock.com; Suzann Julien, stockphoto.com; Johan W. Elzenga, ©iStock.com; mafoto, ©iStock.com; Oleg Seleznev, ©iStock.com; MarieHolding, istokphoto.com; Ariadna Álvarez Pérez-Simó (cargol, cavall, tigre, tauró, ratolí, nena, ós, elefants, vaques, dromedari, lleó, cocodril, pàg. 40); Eric Isselée, ©iStock.com (ratolí, pàg. 42); Peggy Greb, Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), flickr.com (càmera para mesurar la tassa de la fotosíntesis, pàg. 45); insane photoholic, flickr.com (esquirol, pàg. 46). Es permet la còpia i reproducció d’aquesta obra sense necessitat d’autorització sota les següents condicions simultànies: - La seva utilització complementarà l’ús legal de la versió digital multimèdia. - El seu ús quedarà restringit a l’àmbit escolar i educatiu. - En cas de distribució, es realitzarà de forma gratuïta. - En cap cas es modificarà el seu contingut. Per a qualsevol altre ús, queda prohibida la reproducció, distribució, comunicació pública o transformació d’aquesta obra sense l’autorització dels titulars del copyright. Copyright: © International Science Teaching Foundation & Learning Bits S.L., 2020. International Science Teaching Foundation Learning Bits, S.L. 12a Marlborough Place C/ Sant Joan de la Salle, 37 Brighton 08022 Barcelona (Espanya) BN1 1WN United Kingdom Ciències de la Vida Unitat La nutrició  Estructura de la unitat Portada Apareix destacat el títol de la unitat i es presenten els objectius d’aprenentatge. A més, es proporciona un índex dels contin- guts organitzats segons el model cons- tructivista de les 5E. En la versió digital, la portada ofereix una activitat que permet repassar els coneixements necessaris per abordar la lliçó. Engeguem En aquest apartat s’ofereix una activitat associada a un vídeo disponible a la versió digital. Igualment, es proporciona un resum del mateix a la primera pàgina. A partir del vídeo es desenvolupen una sèrie d’activitats. Algunes d’elles poden ser interactives en la versió digital, però sempre apareixeran preguntes de respos- ta oberta. Explorem Es tracta d’una activitat exploratòria i de descobriment per a mobilitzar els conei- xements previs i comparar-los amb els resultats obtinguts a partir de l’experiència. L’ objectiu és realitzar un aprenentatge intuïtiu dels conceptes més destacats de la unitat. La versió digital ofereix recursos multimèdia que resulten indispensables per a desenvolupar aquesta activitat: simu- ladors, vídeos, interactivitats, etc. 4 science-bits.cat  Estructura de la unitat Expliquem S’exposen de manera sistemàtica i formal tots els conceptes clau de la unitat. La versió digital ofereix una gran quantitat de recursos multimèdia que faciliten la com- prensió de les idees exposades. En aquesta versió imprimible s’inclouen els elements gràfics que resulten indispensables i les referències dels recursos digitals disponi- bles. La versió digital també pot incloure activitats d’ampliació o de reforç. Elaborem En aquest apartat s’ofereix l’oportunitat de demostrar els aprenentatges adquirits mitjançant la seva aplicació pràctica. Per això, es proposa una tasca que consisteix en una activitat-problema a resoldre. La proposta exigeix l’aplicació dels conceptes, actituds i procediments apresos en la uni- tat. La versió digital pot proporcionar eines multimèdia, com simuladors o vídeos, per al seu desenvolupament. Exercicis Cadascun dels conceptes desenvolupats a l’apartat «Expliquem» compta amb exercicis interactius o de resposta oberta que tenen com a objectiu la consolidació dels aprenentatges mitjançant la pràcti- ca. Aquesta versió imprimible inclou tots aquells que no corresponen a ampliaci- ons o reforços, organitzats exactament igual que els continguts de la secció «Expliquem». science-bits.cat 5  La nutrició Índex · Engeguem · Per què mengem?................................................................08 · Explorem · Com s’alimenten les plantes?..............................................10 · Expliquem · Què és la nutrició?..............................................................15 · Dos tipus de nutrients........................................................15 · Incorporar nutrients de l’entorn......................................16 · Incorporar nutrients inorgànics.................................16 · Obtenir nutrients orgànics..........................................17 · Organismes autòtrofs.......................................................... 17 · Què és la fotosíntesi?...................................................18 · El color de la fotosíntesi..............................................18 · Fotosíntesi i energia.....................................................19 · Organismes heteròtrofs..................................................... 19 · Extreure nutrients dels aliments................................20 · Utilitzar els nutrients........................................................... 20 · Matèria per créixer i reparar-se...................................21 · Obtenir energia dels nutrients....................................21 · Energia per a les cèl·lules............................................22 · Respiració cel·lular i fotosíntesi..................................22 · Desfer-se dels residus..........................................................23 · Models de nutrició...............................................................23 · Elaborem · Alimentar-se sota el Sol......................................................24 · Exercicis......................................................................................26 En aquesta unitat aprendràs: Què és la nutrició. Que entre els éssers vius hi trobem dues formes diferents de nutrició. Quina classe de substàncies incorporen del medi els éssers vius i què n’obtenen les seves cèl·lules. Què vol dir que les plantes produeixen el seu propi aliment gràcies a la llum del Sol. Per què les plantes i els animals necessiten consumir oxigen de forma continuada. Quin tipus de substàncies expulsen al medi els éssers vius. 6 science-bits.cat 7  Engeguem Per què mengem? Vídeo Tots els animals mengem. Hi ha els que només mengen plantes. Els que només mengen altres animals, fins i tot, els que mengen totes dues coses, plantes i animals. Com nosaltres. Evidentment, tots els animals necessitem menjar. Sabem que, si no mengem, perdem pes, i el nostre creixement se’n veu compromès. A més a més, ens sentim molt febles. Com diríem habitualment, ens sen- tim «sense energia». No cal dir que si la manca de menjar és molt pro- longada, es pot produir la mort de l’organisme. Així doncs, l’aliment ens proporciona dos elements bàsics: matèria per construir i reparar els nostres cossos, i energia per realitzar els nostres processos vitals. Però aquesta necessitat no és exclusiva dels animals. Les plantes també creixen i es reprodueixen. Per fer-ho, necessiten matèria i energia, és a dir: aliment. Tanmateix, les plantes no mengen ni tenen un sistema digestiu. És cert que existeixen algunes plantes carnívores però, en general, les plantes no fan res que s’assembli a menjar. Llavors, com s’alimenten les plantes? 8 Qüestions a. Classifica aquests animals segons el tipus d’aliment que utilitzen per nodrir-se: només vegetals, només animals, o vegetals i animals. a. Tigre b. Lleó c. Elefant africà e. Tortuga d. Llop f. Humà g. Papallona h. Au rapinyaire e. Girafa f. Colibrí g. Guineu h. Gallina monarca b. Completa les frases següents. f. Per què necessitem incorporar totes aquestes substàncies els animals? Els animals que només mengen plantes s’ano- menen [carnívors / herbívors / omnívors]. Els animals que només mengen altres animals s’anomenen [carnívors / herbívors / omnívors]. Els animals que alternen en la seva dieta vegetals i altres animals s’anomenen [carnívors / herbí- g. Les plantes, com qualsevol ésser viu, també vors / omnívors]. necessiten incorporar substàncies del medi per realitzar els processos vitals. c. Quin tipus d’animals som els humans segons Quines substàncies incorporen del medi les plantes? aquesta classificació? No tinguis en compte el cas de les plantes carnívores. q Carnívors q Herbívors q Omnívors d. Quin tipus de substàncies contenen els aliments que ingerim? h. Com incorporen aquestes substàncies les plantes? e. A més de menjar vegetals i altres animals, els i. Segurament deus saber que, a més a més, les animals necessitem incorporar altres substàncies plantes necessiten llum per viure. del medi per viure. Per què necessiten llum les plantes? Quines són aquestes altres substàncies i com les incorporem? science-bits.cat 9  Explorem Com s’alimenten les plantes? L’experiment de Van Helmont Quan els animals ens alimentem, incorporem al nostre cos els materials que necessitem per mantenir-lo, reparar-lo i créixer. Aquesta activitat es realitza mit- jantçant una sèrie de simuladors Fa una mica menys de 400 anys, un científic belga anomenat Jan Baptis- que ens permetran analitzar ex- ta van Helmont es va preguntar d’on obtenien les plantes l’aliment per perimentalment la nutrició de les construir els seus cossos. plantes. a. Quina resposta donaries a aquesta pregunta? Van Helmont pensava que les plantes devien alimentar-se de la terra i l’ai- gua, i ho va voler comprovar. Per fer-ho, va agafar un salze jove i el va pesar per mesurar-ne la massa. A continuació, el va trasplantar a un test ple de terra seca, la massa del qual s’havia mesurat prèviament. Durant els 5 anys següents, Van Helmont només va proporcionar aigua al salze. Passat aquest temps, Van Helmont va extreure amb molt de compte l’arbre de la terra i el va pesar un altre cop. Finalment, va assecar la terra del Taula test aplicant-hi calor i també la va pesar. Els resultats van ser semblants als que es registren a la taula. Al principi 5 anys després Massa del salze i Planta 2,3 kg 76,8 kg de la terra del test abans i després de Terra seca 90,7 kg 90,6 kg l’experiment. 10 science-bits.cat b. Quina diferència de massa hi ha en cada cas? La massa del salze ha [augmentat / disminuït] en........... quilograms. La massa de la terra seca ha [augmentat / disminuït] en........... quilograms. c. Segons aquests resultats, la terra del test va poder ser la font d’aliment principal del salze? q Sí q No d. Van Helmont va creure que l’aigua que incorporava el salze a través de les arrels era la causant del creixement, és a dir, que n’era l’«aliment». Com bé saps, l’aigua és un factor imprescindible perquè una planta creixi. Tanmateix, no és l’únic. Segons els coneixements que tens, quins altres factors són necessaris perquè les plantes creixin? e. Com comprovaries que aquests factors són realment necessaris? Simulador Factors imprescindibles perquè una planta creixi a. Utilitza aquest simulador per experimentar amb aquests factors i saber quins són imprescindibles perquè una planta creixi. Completa la taula indicant l’estat de la planta en les condicions experimentals especificades. Aigua Aigua amb Diòxid de Oxigen Llum Matèria Resultat pura sals minerals carboni orgànica Sí Sí Sí Sí Sí Sí.......... No Sí Sí Sí Sí Sí.......... Sí No Sí Sí Sí Sí.......... Sí Sí No Sí Sí Sí.......... Sí Sí Sí No Sí Sí.......... Sí Sí Sí Sí No Sí.......... Sí Sí Sí Sí Sí No.......... No No No No No No.......... b. Segons la taula de resultats del simulador experimental, quins factors semblen ser indispensables per a la nutrició d’una planta? q Oxigen q Matèria orgànica q Llum q Diòxid de carboni q Sals minerals q Aigua science-bits.cat 11  c. Per què necessiten diòxid de carboni les plantes? d. Segons la taula de resultats, l’oxigen sembla no ser impres- cindible per a la planta. Tanmateix, les plantes utilitzen oxigen? q Sí, perquè encara que només sigui de nit, el necessiten per respirar. q Sí, perquè el necessiten contínuament per respirar. q No, les plantes no respiren. Dos gasos per a la vida de les plantes Estudiem a fons quin paper tenen l’oxigen (O2) i el diòxid de carboni (CO2) en el creixement de les plantes. Per fer-ho, col·loquem una planta en una cambra experimental tancada on disposa d’aigua i sals minerals suficients. L’aire de la cambra conté oxi- gen i diòxid de carboni en la mateixa proporció que l’aire de l’atmosfera. La cambra està dotada d’uns sensors que ens permeten conèixer la quan- titat dels dos gasos per cada litre d’aire, és a dir, la seva concentració. a. Experimenta amb el simulador i observa quin és l’efecte de la llum en la concentració de O2 i CO2 a dins de la cambra. Simulador Llum 18,5 9.450,2 Concentració CO2 (µmol/L) Concentració O2 (µmol/L) 9.450,0 18,0 17,8 9.499,5 Evolució de les concentracions de Temps (min) Temps (min) CO2 i O2 en l’aire en presència de llum. 18,5 9.450,2 Concentració CO2 (µmol/L) Concentració O2 (µmol/L) 9.450,0 18 17,8 9.499,5 Evolució de les concentracions de Temps (min) Temps (min) CO2 i O2 en l’aire en absència de llum. 12 science-bits.cat b. Completa els resultats de l’experiment. En presència de llum, la concentració de CO2 [augmenta / no varia / disminueix] i la concentració de O2 [augmenta / no varia / disminueix]. En absència de llum, la concentració de CO2 [augmenta / no varia / disminueix] i la concentració de O2 [augmenta / no varia / disminueix]. c. Quin procés biològic de la planta associes al descens de la quantitat de CO2 en l’aire del seu entorn, en presència de llum? d. Quin procés biològic de la planta associes a l’augment de la quantitat de O2 en l’aire del seu entorn, en presència de llum? e. Quin procés biològic de la planta associes a l’augment de la quantitat de CO2 en l’aire del seu entorn? f. Quin procés biològic de la planta associes al descens de la quantitat de O2 en l’aire del seu entorn? g. Les gràfiques mostren que els canvis en les concentracions d’oxigen i diòxid de carboni al voltant de la planta estan relacionats. L’augment d’un dels gasos està associat al descens de l’altre. Això és així perquè tots dos gasos participen en els dos processos biològics que causen aquests canvis. Els dos gasos tenen un paper oposat en cada un dels processos. Esquemes ENERGIA (LLUM) NUTRIENTS ENERGIA ORGÀNICS CO2 NUTRIENTS ORGÀNICS CO2 O2 H 2O O2 H 2O Fotosíntesi: les plantes transformen el CO2 que Respiració cel·lular: les plantes absorbeixen O2 absorbeixen de l’aire en aliment, en una reacció de l’aire i l’utilitzen per consumir el seu aliment, química complexa en què també hi participa l’ai- obtenint així l’energia que les seves cèl·lules ne- gua i que només es produeix en presència de llum. cessiten per viure. Com a producte de rebuig d’aquesta reacció es Com a productes de rebuig d’aquesta reacció es produeix O2, que és retornat al medi. produeix aigua i CO2, que és retornat al medi. science-bits.cat 13  h. En absència de llum, les cèl·lules de la planta no poden realitzar la foto- síntesi. A les fosques, la respiració cel·lular de la planta és l’únic dels dos pro- cessos que es produeix, i el responsable de l’augment de CO2 i del descens de O2 en l’aire de la cambra. Tanmateix, què succeeix en presència de llum? Podem afirmar que, en presència de llum, només es produeix la fotosíntesi i no hi ha respiració cel·lular? q Sí, és evident que la planta no consumeix oxigen, perquè amb el llum encès la concentració d’oxigen augmenta. q No, es podria donar el cas que la producció d’oxigen de la fotosíntesi emmascarés el consum d’oxigen de la respiració cel·lular. i. En aquesta variant del simulador inicial, la cambra disposa d’un dispositiu que extreu tot l’oxigen que produeix la planta. Prepara les condicions necessàries perquè la planta creixi i observa com Simulador evoluciona. És possible mantenir-la amb vida? j. A partir d’aquesta experimentació, quina con- clusió podem extreure pel que fa a l’oxigen? q Les plantes no necessiten oxigen per viure. q Les plantes necessiten oxigen per viure, no- més en presència de llum. q Les plantes necessiten oxigen per viure, no- més en absència de llum. Llum Matèria orgànica Aigua pura q Les plantes necessiten oxigen per viure, en Aigua amb sals minerals Oxigen Diòxid de carboni presència i en absència de llum. Conclusió Els vegetals necessiten disposar d’aigua, sals minerals, diòxid de car- boni i llum per produir el seu aliment. Amb aquests components, els vegetals poden realitzar la fotosíntesi, el procés cel·lular per mitjà del qual transformen l’aigua i el diòxid de carboni en l’aliment que els permetrà créixer i obtenir l’energia que necessiten per viure. Els vegetals necessiten consumir oxigen per obtenir l’energia que els cal per viure a partir de l’aliment produït. L’energia que les cèl·lules dels vegetals —i les dels animals— necessi- ten per viure s’obté en combinar l’aliment amb l’oxigen en una reacció coneguda com a respiració cel·lular. L’oxigen és un producte de rebuig de la fotosíntesi. Durant el dia, les plantes utilitzen l’oxigen que elles mateixes produeixen. Només de nit, quan la fotosíntesi no és possible, les plantes prenen oxigen del medi. 14 science-bits.cat  Expliquem Què és la nutrició? La nutrició és el procés pel qual els éssers vius incorporen a les seves cèl·lules les substàncies que necessiten per mantenir-se amb vida. Aquestes substàncies són els nutrients. Galeria No totes les substàncies de l’entorn són útils per a un ésser viu. De fet, cada classe d’ésser viu necessita unes substàncies concretes. Per mitjà de reaccions químiques que es produeixen a l’interior de les cèl·lules, els nutrients són utilitzats per: Construir, reparar i mantenir l’organisme. Obtenir energia per realitzar els processos vitals. Regular el funcionament de l’organisme. Dos tipus de nutrients No tots els nutrients poden ser utilitzats pels éssers vius com a font d’energia per als processos vitals. Els éssers vius només poden obtenir Esquemes energia a partir de nutrients orgànics. Segons el seu valor energètic, es poden establir dos grups de nutrients: oxigen aigua proteïnes calci hidrats de carboni sodi greixos Nutrients inorgànics: són substàncies simples, Nutrients orgànics: són substàncies més com- que participen en reaccions químiques indispen- plexes, que han estat produïdes per éssers vius. sables per al funcionament de qualsevol ésser viu, Les cèl·lules de tots els éssers vius utilitzen els nu- però que les cèl·lules no poden utilitzar com a font trients orgànics com a font d’energia per viure. A d’energia. més a més, són la base de les biomolècules amb les quals es construeixen les cèl·lules L’aigua, les sals minerals, com el calci, i alguns gasos, com l’oxigen (O2) o el diòxid de carboni (CO2), són nu- Els greixos, les proteïnes i els hidrats de carboni, trients inorgànics per a diferents organismes. com la glucosa, són nutrients orgànics. science-bits.cat 15  Incorporar nutrients de l’entorn MINERALS Incorporar nutrients inorgànics O2 Tots els éssers vius necessiten incorporar nutrients inor- MEDI gànics del medi. H 2O La forma com els éssers vius incorporen els nutrients inorgànics CO2 del medi —aigua, minerals i gasos— és molt diversa: depèn de cada organisme i del medi on habita. Imatges brànquies brànquies espiracles Algues Animals aquàtics Animals terrestres A través de la superfície del seu cos, Poden absorbir aigua i sals per mitjà Obtenen aigua i sals en ingerir aigua absorbeixen l’aigua i també les sals de la ingestió d’aigua o d’aliments. o aliments que contenen aigua. Per minerals i els gasos que hi ha dissolts L’oxigen dissolt a l’aigua s’incorpora a incorporar l’oxigen de l’aire, respiren que necessiten per viure: oxigen i diò- través de les brànquies. Els animals a través de pulmons o altres estruc- xid de carboni. més simples i de mida més petita po- tures especialitzades, com els espi- den absorbir aigua, minerals i oxigen racles dels insectes. a través de la superfície del seu cos. estomes Plantes vasculars Organismes unicel·lulars Fongs Deixant de banda les molses— ab- Els protozous i molts bacteris incor- Capturen l’aigua i les sals minerals del sorbeixen l’aigua i les sals minerals poren l’aigua i els altres nutrients substrat sobre el qual creixen a través del sòl a través de les arrels. Per in- inorgànics que hi ha dissolts a través de la superfície de les seves hifes, corporar el diòxid de carboni i l’oxi- de la membrana cel·lular. els filaments que conformen el seu gen de l’aire, les seves fulles disposen cos. A través d’elles obtenen també d’uns porus microscòpics, anomenats l’oxigen de l’aire present als porus del estomes. substrat. 16 science-bits.cat Obtenir nutrients orgànics No tots els éssers vius incorporen nutrients orgànics del medi. Taula Tanmateix, tots els éssers vius necessiten nutrients orgànics per construir els seus cossos i obtenir l’energia necessària per viure. NUTRIENTS NUTRIENTS ORGÀNICS INORGÀNICS Determinats éssers vius produeixen els nutrients orgà- nics que necessiten a partir de nutrients inorgànics. AUTÒTROFS produeixen incorporen Distingim dos grups d’éssers vius, segons si els incorporen HETERÒTROFS incorporen incorporen del medi o produeixen els seus propis nutrients orgànics. Heteròtrofs: els organismes heteròtrofs o consumidors no poden produir per si mateixos nutrients orgànics, de manera que necessiten incorporar-los del seu entorn. Els animals, els fongs, els protozous i part dels bacteris són exemples d’organismes heteròtrofs. Autòtrofs: els organismes autòtrofs o productors no incorporen nutrients orgànics del seu entorn, els produeixen a partir de la trans- formació química de determinats nutrients inorgànics. Les plantes, les algues i part dels bacteris són exemples d’organis- mes autòtrofs. Organismes autòtrofs Els éssers vius autòtrofs transformen nutrients inorgànics, sense valor Esquema energètic per a les cèl·lules, en nutrients orgànics d’alt valor energètic. Per dur a terme aquesta transformació química, cal una FOTOAUTÒTROFS QUIMIOAUTÒTROFS font d’energia. NUTRIENTS ORGÀNICS Segons quina sigui la font d’energia que els autòtrofs utilitzin per produir matèria orgànica, els classifiquem en: ENERGIA DE LA LLUM ENERGIA QUÍMICA Fotoautòtrofs: la majoria d’organismes productors són fotoautòtrofs: utilitzen la llum com a font d’energia per transformar nutrients inorgànics en matèria orgànica en un procés anomenat fotosíntesi. NUTRIENTS INORGÀNICS Les plantes, les algues i determinats bacteris, com els cia- nobacteris, són organismes fotoautòtrofs. Quimioautòtrofs: alguns organismes productors són quimioautò- trofs: poden utilitzar l’energia química que contenen determinades substàncies del seu entorn per transformar nutrients inorgànics en matèria orgànica, en un procés anomenat quimiosíntesi. Alguns bacteris dels fons marins amb activitat volcànica són orga- Aquests cucs marins contenen bac- nismes quimioautòtrofs. teris quimiosintetitzadors. science-bits.cat 17  Què és la fotosíntesi? Vídeo La fotosíntesi és un procés químic complex per mitjà del qual un organisme fotoautòtrof produeix els nutrients orgànics La fotosíntesi en un arbre. que necessita, utilitzant l’energia de la llum. Concretament, la fotosíntesi consisteix en la transformació d’aigua (H2O) i diòxid de carboni (CO2) en glucosa (C6H12O6). Com a residu d’aquesta reacció es produeix oxigen (O2), el qual és alliberat al medi. ENERGIA H 2O NUTRIENTS CO2 ORGÀNICS O2 H2O CO2 La glucosa és el nutrient orgànic per excel·lència: la principal font d’ener- gia de les cèl·lules i la substància a partir de la qual s’elabora qualsevol altre nutrient orgànic. El color de la fotosíntesi El color verd dels fotoautòtrofs és degut a un pigment anomenat Imatges clorofil·la. Sense aquesta substància, les seves cèl·lules no podri- en captar i utilitzar l’energia de la llum per realitzar la fotosíntesi. El color verd de les fulles és degut a la gran quantitat de clorofil·la que con- En el cas dels vegetals, no totes les cèl·lules realitzen la fotosíntesi: no- tenen les cèl·lules que les formen. més les cèl·lules de les parts verdes contenen clorofil·la i poden realit- zar la fotosíntesi. Són aquestes cèl·lules les que s’encarreguen de produir els nutrients orgà- nics, que s’hauran de transportar fins a totes les cèl·lules de l’organisme. A les cèl·lules eucariotes, la clorofil·la es troba dins d’uns orgànuls ano- menats cloroplasts. És al seu interior on té lloc la fotosíntesi. + Simulador CLOROPLAST Activitat amb simulador de microscopi per En els organismes eucariotes fotoau- observar que no tòtrofs, com les plantes, la fotosíntesi totes les cèl·lules es realitza a l’interior dels cloroplasts, vegetals tenen orgànuls que contenen clorofil·la. cloroplasts. CÈL·LULA VEGETAL 18 science-bits.cat Fotosíntesi i energia Ni les plantes ni els altres organismes fotoautòtrofs utilitzen directa- Esquema ment l’energia de la llum per dur a terme els seus processos vitals. L’energia de la llum només s’utilitza per fer la fotosíntesi. AUTÓTROFOS NUTRIENTS ORGÀNICS Mitjançant la fotosíntesi, els organismes fotoautòtrofs convertei- Molècules complexes xen substàncies que no poden ser utilitzades com a font d’ener- (són font d’energia per a les cèl·lules) gia —nutrients inorgànics— en substàncies que sí que poden ser-ho —nutrients orgànics—. LLUM Des d’un punt de vista energètic, doncs, la fotosíntesi consisteix en la transformació de l’energia de la llum en energia química que FOTOSÍNTESI s’acumula en els nutrients orgànics produïts. Un cop elaborats, les cèl·lules poden utilitzar l’energia que contenen els nutrients orgànics per realitzar els pro- cessos vitals, o bé emmagatzemar-los per utilitzar-los NUTRIENTS INORGÀNICS posteriorment. Molècules simples (no són font d’energia per a les cèl·lules) Organismes heteròtrofs Els organismes heteròtrofs no poden fabricar nutrients orgànics a par- tir de nutrients inorgànics. Els organismes heteròtrofs poden classificar-se segons l’origen dels nu- Imatges trients orgànics que incorporen. Anomenem consumidors primaris els organismes que s’alimenten a partir de fragments d’organismes autòtrofs, com les plantes. Tots els animals herbívors són consumidors primaris. Els consumidors secundaris s’alimenten d’altres organismes consumidors. Tots els animals carnívors són consumidors se- cundaris. Els descomponedors consumeixen restes d’altres organismes —bé siguin productors o consumidors— i descomponen la matè- ria orgànica en nutrients inorgànics. Es trac- ta principalment de fongs i bacteris. Apunt En última instància, els nutrients orgànics que incorpora qualsevol organisme heteròtrof han estat produïts per organismes autòtrofs. science-bits.cat 19  Extreure nutrients dels aliments Animacions Els organismes heteròtrofs s’alimenten de matèria orgànica, que con- té els nutrients que les seves cèl·lules necessiten. Tanmateix, perquè les cèl·lules de l’organisme puguin incorporar els nutrients, cal que la matèria orgànica sigui fragmentada fins a aïllar les diminutes molècules que la constitueixen. La digestió és el procés per mitjà del qual els organismes he- teròtrofs converteixen els aliments en substàncies assimila- bles per les seves cèl·lules. Cada espècie s’ha especialitzat a digerir uns aliments en particular. enzim enzim nutrient nutrient aliment aliment Digestió interna Digestió externa A la boca, l’acció de les dents i la saliva comença a fragmentar els En els fongs, els bolets només són una petita part de l’organisme. aliments. La saliva conté enzims digestius: substàncies capaces La major part correspon a un conjunt de filaments que creixen i es de disgregar químicament les molècules de l’aliment. ramifiquen pel substrat, i que rep el nom de miceli. Molts fongs s’alimenten de restes d’organismes en el sòl dels boscos. El menjar és transportat cap a l’estómac, on els sucs gàstrics con- tinuen atacant químicament l’aliment. En arribar a l’intestí, on la Les cèl·lules del miceli no poden incorporar directament l’aliment digestió química continua, l’aliment ja ha sigut fragmentat fins al que conté el substrat. Per fer-ho, expulsen enzims digestius al medi punt que les partícules dels nutrients han estat extretes i poden els quals extreuen els nutrients orgànics del substrat. Els nutrients ser absorbides per les cèl·lules que en recobreixen les parets. orgànics sí que poden ser absorbits per les cèl·lules del fong. Un cop digerits, els nutrients són distribuïts per l’organisme per fer- los arribar a totes les seves cèl·lules. Utilitzar els nutrients Esquemes Un cop els nutrients es troben a l’interior de les cèl·lules d’un organisme —bé sigui autòtrof o bé sigui heteròtrof— aquests són utilitzats com a: Font de matèria: perquè un or- Font d’energia: les cèl·lules Regulació del funcionament: ganisme es pugui desenvolupar, utilitzen l’energia química dels determinats nutrients inorgà- les seves cèl·lules han de créixer i nutrients orgànics per mante- nics, com algunes sals minerals, dividir-se, i per fer-ho necessiten nir-se amb vida. La major part així com biomolècules orgàni- matèria. Els nutrients orgànics dels nutrients orgànics són uti- ques, com les vitamines, són són la base sobre la qual les cèl· litzats com a combustible per substàncies necessàries per re- lules fabriquen les biomolècules obtenir energia. gular i coordinar les reaccions que les constitueixen. químiques que es produeixen a les cèl·lules. 20 science-bits.cat Matèria per créixer i reparar-se No tots els nutrients orgànics s’utilitzen a les cèl·lules com a font Gràfica d’energia. Una petita porció d’aquests nutrients realitza un altre paper imprescindible per a la vida: ser la matèria amb la qual les cèl·lules construeixen les seves estructures, creixen i es reparen. proteïnes A dins de totes les cèl·lules, i per mitjà de reaccions quí- 15% miques complexes, els nutrients —principalment or- AIGUA àcids 72% nucleics gànics, però també inorgànics— es combinen i donen 7% lloc a la gran diversitat de biomolècules orgàniques hidrats 3% de carboni que formen un ésser viu. 2% greixos 1% sals Les principals biomolècules orgàniques són els hidrats de carboni, les proteïnes, els greixos i els àcids nucleics —com l’ADN—. Tanmateix, la major part de la massa d’un orga- nisme correspon a l’aigua, que representa entre Les principals biomolècules que el 50% i el 99% de la massa d’un ésser viu. constitueixen una cèl·lula. Obtenir energia dels nutrients + Activitat Analitza el consum d’oxigen Tots els éssers vius utilitzen nutrients orgànics com a font d’energia en 6 rosegadors diferents. per viure. A l’interior de totes les cèl·lules, l’energia química que conte- nen aquests nutrients s’extreu per mitjà d’una reacció química que rep el nom de respiració cel·lular. La respiració cel·lular es produeix quan els nutrients orgànics es combi- nen, de forma controlada, amb l’oxigen (O2) obtingut del medi. A més d’energia, aquesta reacció química produeix diòxid de carboni (CO2) i aigua (H2O). ENERGIA Esquema NUTRIENTS ORGÀNICS O2 CO2 H 2O L’oxigen s’utilitza en la respiració de totes les cèl·lules d’animals, plantes i Les cèl·lules de tots els la majoria de fongs. Tanmateix, en diverses espècies de bacteris, l’oxigen éssers vius realitzen la és substituït per altres substàncies. respiració cel·lular. science-bits.cat 21  Energia per a les cèl·lules Totes les cèl·lules fan la respiració cel·lular de manera contínua. Per Imatge mitjà d’aquesta reacció química, obtenen l’energia que necessiten per viure. A les cèl·lules eucariotes, la respiració cel·lular es pro- dueix a l’interior d’uns orgànuls especialitzats, ano- menats mitocondris. Podem entendre els mitocondris com les centrals producto- MITOCONDRI res d’energia de les cèl·lules eucariotes. Perquè la producció d’energia no s’aturi, cal que el subministrament d’oxigen i de nutrients orgànics —el combustible de la central— sigui continu. A les cèl·lules eucariotes, la respiració cel·lular es produeix dins dels mito- Respiració cel·lular i fotosíntesi condris. La fotosíntesi i la respiració cel·lular són reaccions químiques oposades. No obstant això, a les plantes i altres organismes fotoautòtrofs, aques- tes dues reaccions coexisteixen. Les cèl·lules de les plantes, com les de tots els éssers vius, rea- litzen la respiració cel·lular contínuament. Així doncs, una planta pot sobreviure força temps sense fer la fotosíntesi, és a dir, sense obtenir nou aliment; però les seves cèl·lules no poden so- Esquemes breviure sense la respiració cel·lular, exactament igual que qualsevol altre organisme. ENERGIA mitocondri ENERGIA (LLUM) GLUCOSA cloroplast CO2 GLUCOSA CO2 H 2O O2 O2 H 2O Fotosíntesi Respiració cel·lular L’energia de la llum s’utilitza per produir nu- Els nutrients orgànics es combinen amb trients orgànics a partir de diòxid de carboni l’oxigen per extreure dels primers l’energia i aigua. que les cèl·lules necessiten per viure. L’oxigen és el producte de rebuig de la reac- El diòxid de carboni i l’aigua en són els pro- ció química. ductes de rebuig. Només es produeix en presència de la llum, Aquest procés es produeix constantment a a l’interior de les cèl·lules que contenen l’interior de totes les cèl·lules dels organis- clorofil·la dels organismes fotoautòtrofs. mes, ja siguin autòtrofs o heteròtrofs. 22 science-bits.cat  Fotosíntesi Respiració Taula Aigua Glucosa Reactius Diòxid de carboni Oxigen Glucosa Aigua Productes Apunt Oxigen Diòxid de carboni Anomenem punt de com- Consumeix energia Sí, de la llum No pensació la intensitat de llum que fa que la planta Produeix energia produeixi, mitjançant la No Sí fotosíntesi, tant oxigen per a les cèl·lules com consumeix per a la seva pròpia respiració. La realitzen Fotoautòtrofs Tots els éssers vius Principals diferències entre els processos de respiració cel·lular i fotosíntesi. Desfer-se dels residus Galeria Les transformacions químiques que els nutrients experimenten en les cèl·lules produeixen substàncies que resulten perjudicials en cas Mecanismes d’excreció en animals i d’acumular-se al seu interior. plantes. Per tant, aquestes substàncies o productes de rebuig s’han d’expulsar de les cèl·lules cap al medi. Per exemple, en la respiració cel·lular, es produeix diòxid de carboni com a producte de rebuig. L’excreció és el procés pel qual els éssers vius expulsen al medi les substàncies de rebuig. Contínuament els éssers vius intercanvien matèria amb el seu entorn. Models de nutrició Animacions Com ja hem vist, hi ha dos grans tipus de nutrició entre els Explicació pas a pas dels dos grans éssers vius: la nutrició autòtrofa i la nutrició heteròtrofa. models de nutrició. Tot i que cada tipus de nutrició es caracteritza per uns pro- cessos exclusius, hi ha determinats processos comuns que caracteritzen la nutrició de tots els éssers vius: Incorporar els nutrients a les cèl·lules. Utilitzar els nutrients en reaccions químiques necessàries per a la vida. Expulsar productes de rebuig d’aquestes reaccions al medi. science-bits.cat 23  Elaborem Alimentar-se sota el Sol Heteròtrofs i fotosíntesi Imagina per un moment que les teves cèl·lules poguessin fer la foto- síntesi. T’hauries de preocupar ben poc per trobar nutrients orgànics: posant-te al Sol, i disposant de suficient CO2 i aigua, les teves cèl·lules començarien a fabricar glucosa. Perquè això succeís hauríem de salvar un obstacle aparentment in- salvable: les nostres cèl·lules, com les de qualsevol altre animal, fong o protozou, estan mancades de la maquinària cel·lular necessària per fer la fotosíntesi. En què consisteix la maquinària cel·lular que permet que determina- des cèl·lules de les plantes i les algues facin la fotosíntesi? És sorprenent, però hi ha diversos fongs i animals aquàtics que han aconseguit superar aquesta barrera i, en certa manera, es pot afirmar que fan la fotosíntesi. Galeria Per fer-ho, aquests organismes han incorporat al seu cos algues Els líquens són associacions de fongs unicel·lulars o cloroplasts d’algues, i han aconseguit generar les amb algues unicel·lulars que creixen condicions necessàries per mantenir-los actius. en ambients molt diversos. Entre els heteròtrofs que «cultiven» algues al seu interior destaquem: El gran grup dels coralls Alguns llimacs marins, com Elysia chlorotica, Elysia viridis o Elysia pusilla. El tridacna gegant Tridacna gigas (un tipus de cloïssa). El gran grup dels fongs liquènics o líquens. 24 science-bits.cat  Tasca Preparar una presentació Busca informació sobre algun d’aquests animals o fongs i prepara una presentació en relació amb aquests organismes i la seva nutrició. Primer, elabora el discurs a partir de la informació que es demana a cada secció. Llavors, distribueix-ne el contingut a les diapositives, valorant les que necessites. Les diapositives han de contenir només la informació principal del discurs. És important enriquir-les amb imatges quan calgui. 1 Títol: Presentació Contingut: Nom científic de l’espècie o del grup d’orga- nismes. Descripció de l’organisme: estructura del cos, capacitat de moviment, cicle vital, etc. 2 Títol: Hàbitat de l’organisme Contingut: Àrea de distribució: a quins llocs de la Terra es troba l’organisme. Característiques del medi que habita: tipus de medi (marí, terrestre, etc.), temperatura, salinitat, il·luminació… 3 5 Títol: Les fàbriques d’aliment Títol: La nutrició de les algues Contingut: Contingut: Nom científic de l’alga o grup d’algues utilit- Què necessiten les algues per fer la fotosínte- zades com a fàbrica d’aliment. si a l’interior de l’animal o fong? Descripció de l’alga: característiques cel· Com aconsegueix l’heteròtrof que les algues lulars, cicle vital, etc. es trobin en les condicions adequades? 4 6 Títol: Cultiu d’algues Títol: La nutrició de l’animal o fong Contingut: Contingut: L’animal o fong, com incorpora les algues en Què obté l’heteròtrof de l’alga? el seu cos i on les allotja? Necessita altres fonts de nutrients orgànics? Utilitza les algues o només els seus cloroplasts? science-bits.cat 25  EXERCICIS Què és la nutrició? 1. Veritats i mentides sobre la nutrició Indica si les afirmacions següents són certes o falses. Els organismes vius no intercanvien materials amb el medi, només els incorporen. Qualsevol substància de l’entorn pot ser nutri- ent per a algun ésser viu. Els nutrients només proporcionen matèria als éssers vius, l’energia l’obtenen directament del Sol. Tots els éssers vius utilitzen els mateixos nutri- ents. Els nutrients poden realitzar funcions de regu- lació en els éssers vius. Els éssers vius obtenen energia dels nutrients. Els nutrients proporcionen matèria per cons- truir i reparar les estructures dels éssers vius. Dos tipus de nutrients 2. Orgànics o inorgànics Completa aquestes frases amb el terme correcte, orgànics o inorgànics. Els nutrients.......... són la base de les biomolècu- les amb què es construeixen les cèl·lules. Els aminoàcids, que formen part de les proteï- nes, són nutrients........... L’aigua és un nutrient.......... imprescindible per a tots els éssers vius. Per als organismes vegetals, el diòxid de carbo- ni (CO2) és un nutrient........... Els nutrients.......... solen ser substàncies simples. Pràcticament tots els nutrients.......... han estat Només els nutrients.......... poden ser utilitzats produïts pels éssers vius. pels éssers vius com a font d’energia. 3. Contingut nutricional El menjar és una font de nutrients per als éssers humans i els altres animals. Menjant incorporem nutrients orgànics i inorgànics. a. Aquesta llista mostra la major part dels nutrients que hi ha en 100 grams d’arròs blanc bullit. Selecciona- hi els nutrients orgànics. q Magnesi: 0,04 g q Fòsfor: 0,07 g q Potassi: 0,08 g q Aigua: 73 g q Greixos: 0,7 g q Proteïnes: 2,3 g q Hidrats de carboni: 23,5 g 26 science-bits.cat  EXERCICIS EXERCICIS b. Amb les dades de l’apartat anterior, calcula la quantitat total de nutrients orgànics que contenen 180 grams d’arròs bullit. En 180 grams d’arròs bullit hi ha.......... grams de nutrients orgànics. c. Els humans, com tots els éssers vius, necessitem també nutrients en forma gasosa, com l’oxigen. Com els incorporem? q Respirant q Ingerint aliments q Bevent aigua 4. Quantificar substàncies orgàniques i inor- gàniques Què succeeix quan sotmetem la matèria d’origen biològic a altes temperatures? Pensa en què succe- eix quan cremem fusta: L’aigua, el principal component dels éssers vius, es vaporitza a mesura que les temperatu- res s’acosten als 100 °C. A temperatures més altes, al voltant dels 450 °C, les biomolècules o substàncies orgàniques —construïdes a partir de nutrients orgànics— experimenten una reacció química anomenada combustió. En aquesta reacció, els compostos orgànics es combinen amb l’oxigen de l’aire Quan el foc s’extingeix, si la combustió ha sigut i es transformen en vapor d’aigua i diòxid de completa, el tros de fusta ha quedat reduït a carboni, dos gasos. cendres. Són els minerals de la fusta, substàn- En la combustió es produeix una gran quantitat cies inorgàniques que no s’han vaporitzat ni d’energia en forma de llum i calor (les flames). transformat químicament en gasos. a. La quantitat de substàncies orgàniques i inorgà- niques és molt variable entre els diferents organis- mes i entre les estructures d’un mateix organisme. Deixant de banda l’aigua, quin dels dos tipus de substàncies creus que és majoritari en aquestes estructures biològiques? Un tronc de fusta Un os Un tros de carn Una fulla Una dent science-bits.cat 27  EXERCICIS En el laboratori podem quantificar les substàncies % matèria orgàniques i inorgàniques que conté una mostra. Pes Pes % aigua Matèria orgànica fresc (g) sec (g) (respecte a mineral (g) (respecte a pes fresc) pes sec) Anomenem pes fresc la massa total de la mostra biològica. 223 32 86 0,4 98,75 Anomenem pes sec la massa de la mostra sense l’aigua. Per calcular-lo, hem de vaporitzar tota l’aigua que conté la mostra. Anomenem pes de cendres la massa de la mostra que correspon a substàncies inorgàni- ques minerals. Per calcular-lo, hem d’eliminar les substàncies or- gàniques de la mostra per mitjà de la combustió. b. Utilitza el simulador per quantificar el percentatge de matèria orgànica que constitueixen aquestes estruc- tures en relació amb el seu pes fresc. % materia Pes Pes % aigua Matèria orgànica Estructura fresc (g) sec (g) (respecte a pes mineral (g) (respecte fresc) a pes sec) Húmer d’ovella Tronc de roure Carn magra de porc Espinacs Dent de tauró c. A continuació, ordena les estructures de percentatge més alt a percentatge més baix de substàncies orgàniques. Utilitza el percentatge referit al pes sec. 5. Compostos orgànics i energia Els éssers humans utilitzem diferents materials d’origen biològic com a font d’energia per a moltes activitats. L’energia d’aquests materials s’allibera mitjançant la reacció química de combustió. Per això ens hi referim com a combustibles. La fusta, el carbó, el petroli i els seus derivats són exemples de materials combustibles utilitzats habitualment com a font d’energia. a. Què tenen en comú els materials que són utilit- q Contenen una proporció molt alta de substàn- zats com a combustible? cies inorgàniques. q Contenen una proporció molt alta de sals q Contenen una proporció molt alta de substàn- minerals i aigua. cies orgàniques. 28 science-bits.cat  EXERCICIS EXERCICIS b. El carbó mineral és una roca sedimentària for- mada per l’acumulació de restes vegetals que han Tipus de carbó % de matèria orgànica quedat sepultades durant llargs períodes de temps —de milers a milions d’anys— i han patit una sèrie de canvis fisicoquímics. Torba 50 Hi ha diversos tipus de carbó que es distingeixen, Lignit 70 entre altres coses, per la proporció de matèria orgànica que contenen. Hulla 80 Ordena les varietats de carbó, segons la quantitat d’energia que alliberaran en entrar en combustió. Antracita 95 A: Torba B: Antracita C: Lignit D: Hulla Incorporar nutrients de l’entorn 6. Requeriments minerals Els éssers humans obtenim les sals minerals dels aliments i l’aigua que consumim. a. Quina informació ens dóna la taula? q La quantitat mitjana de sals minerals que un ésser humà necessita incorporar al llarg de la seva vida, segons l’edat i el sexe. q La quantitat mitjana de sals minerals presents en el cos humà segons l’edat i el sexe de l’individu. q La quantitat mitjana de sals minerals que un ésser humà necessita incorporar cada dia, segons l’edat i el sexe. Edat Calci Fòsfor Magnesi Ferro Zinc Iode Seleni (anys) (mg) (mg) (mg) (mg) (mg) (mg) (mg) < 0,5 400 300 40 6 5 0,04 0,01 Lactants 0,5 a 1 600 500 60 10 5 0,05 0,02 1-3 800 800 80 10 10 0,07 0,02 Nens 4-6 800 800 120 10 10 0,09 0,02 7 - 10 800 800 170 10 10 0,12 0,03 11 - 14 1.200 1.200 270 12 15 0,15 0,04 14 - 18 1.200 1.200 400 12 15 0,15 0,05 Homes 19 - 24 1.200 1.200 350 10 15 0,15 0,07 25 - 50 800 800 350 10 15 0,15 0,07 > 51 800 800 350 10 15 0,15 0,07 11 - 14 1.200 1.200 280 15 12 0,15 0,05 14 - 18 1.200 1.200 300 15 12 0,15 0,05 Dones 19 - 24 1.200 1.200 280 15 12 0,15 0,06 25 - 50 800 800 280 15 12 0,15 0,06 > 51 800 800 280 10 12 0,15 0,06 Requeriments diaris de minerals segons edat i sexe. science-bits.cat 29  EXERCICIS b. Indica si les afirmacions següents són certes o A partir dels 25 anys, disminueixen les necessi- falses. tats diàries de calci i fòsfor. Els homes necessiten incorporar menys zinc Homes i dones de la mateixa edat necessiten que les dones. les mateixes quantitats de iode i calci. Els homes adults requereixen menys magnesi Les dones joves necessiten més ferro que els que les dones adultes. homes joves. 7. Maneres d’obtenir nutrients inorgànics Completa els enunciats següents amb l’opció correcta. a. Els animals terrestres obtenen aigua del medi… q consumint aliments que contenen aigua. q bevent-ne directament. q bevent-ne i consumint aliments que conte- nen aigua. b. En general, els animals obtenen sals minerals… q consumint aigua que conté sals en dissolució. q consumint aliments que contenen sals. q consumint aigua i aliments que contenen sals. c. Les plantes obtenen l’aigua… q a través de les fulles i de les arrels. e. Les plantes incorporen diòxid de carboni… q a través de les fulles. q a través de les fulles i de les arrels. q a través de les arrels. q a través de les arrels. q a través de les fulles. d. En general, les plantes obtenen sals minerals… f. Els orificis a través dels quals les plantes incorpo- q a través de les fulles i de les arrels. ren gasos s’anomenen… q a través de les fulles. q pecíols. q a través de les arrels. q estomes. q estams. 8. Carència de sals minerals Les plantes necessiten incorporar determinades a. b. substàncies minerals amb les arrels per créixer sanes. Un d’aquests minerals indispensables per a les plantes és el magnesi (Mg). El magnesi és especialment important perquè forma part de la molècula de clorofil·la. Aquesta substància és el pigment que dóna a les fulles c. d. aquest color verd característic, i és imprescindible perquè les plantes puguin captar la llum solar i realitzar la fotosíntesi. a. Quina de les plantes de les fotografies sembla que pateixi una carència de magnesi? 30 science-bits.cat  EXERCICIS EXERCICIS b. Amb quin dels productes següents enriquiries el sòl sobre el qual creix una planta amb carència de magnesi per aconseguir que es recuperi? q Producte A q Producte B q Producte C q Producte D Composició (g/L) Extractes orgànics 112,5 NH4 0,06% SO4 0,02% Auxines 0,09 Gibberel·lines 0,10 NO3 0,00% MgO 0,00% Cinines 1,50 Nitrogen (N) 6,6 P2O5 17,00% Fe 0,10% Fòsfor (P2O5) 13,3 Potassi (K2O) 13,3 K2O 16,49% Mn 0,00% Calci (Ca) 2,0 Magnesi (Mg) 4,0 Ferro (Fe) 17,2 Zinc (Zn) 26,5 Manganès (Mn) 13,3 Coure (Cu) 13,3 A: Composició d’un adob per a plantes B: Composició d’un adob per a plantes Component % massa Sal potàssica de glifosat 38 Eteramina etoxilada 8 Aigua 54 Component (g/L) Lignosulfonat de sodi 127 Bicarbonat de potassi 40 Sulfat de zinc 11 Hidròxid de coure 7,5 C: Composició d’un insecticida per a plantes D: Composició d’un fungicida per a plantes 9. Sals minerals en els aliments a. Tots els aliments contenen sals Comí Plàtan Cigró Llet minerals. I n’hi ha que destaquen Elements Concentració Concentració Concentració Concentració pel fet de contenir una proporció minerals (mg / 6 g) (mg / 100 g) (mg / 200 g) (mg / 250 g) molt alta de determinats elements minerals. Potassi 107 362 1.750 349 Revisa les taules amb el contingut Calci 56 5 210 276 en minerals de diferents aliments Fòsfor 30 22 732 222 i completa la taula de la pàgina següent. Sodi 10 1 48 98 Magnesi 22 27 230 24 science-bits.cat 31  EXERCICIS b. Ordena els aliments en funció del contingut en fòsfor que tinguin, Llet Comí Plàtan Cigró mg / 100 g mg / 100 g mg / 100 g mg / 100 g de més a menys contingut. c. Ordena els aliments en funció del Potassi........................................................................................ contingut en potassi que tinguin, de més a menys contingut. Calci........................................................................................ Fòsfor........................................................................................ Sodi........................................................................................ Magnesi........................................................................................ d. El contingut en sals minerals d’aquests quatre Contingut en aigua aliments és molt divers. El comí i el cigró, dues llavors, (g/100g) Contingut en són els aliments amb una major proporció de sals aigua en 100 Llet 88 minerals. grams de llet, Comí 8 comins, plàtans Observa la taula i explica a què poden ser degudes i cigrons. aquestes diferències. Plàtan 76 Cigró 12 Obtenir nutrients orgànics 10. Autòtrofs o heteròtrofs? Classifica els éssers vius següents en funció de si fabriquen els nutrients orgànics que necessiten (autòtrofs o productors) o si els incorporen del medi (heteròtrofs o consumidors). Si cal, busca informació. a. Acàcia b. Ratolí c. Cargol d. Floridura e. Llevat f. Xampinyó g. Anabaena h. Varec i. Nenúfar j. Elodea k. Tomaquera l. Ésser Humà 32 science-bits.cat  EXERCICIS EXERCICIS 11. Incorporar o fabricar nutrients orgànics completament diferent, i tot gràcies a uns bacteris. Indica si les afirmacions següents són certes o falses. Aquests bacteris, que es van descobrir en aquests Els microorganismes només poden obtenir ecosistemes, tenen la capacitat de produir nutrients nutrients orgànics alimentant-se de matèria orgànics a partir dels nutrients inorgànics en la més produïda per éssers vius. absoluta foscor. Per fer-ho, utilitzen l’energia quími- Les algues poden obtenir nutrients orgànics ali- ca que contenen algunes substàncies que emanen mentant-se de matèria produïda per éssers vius. de les fonts hidrotermals, mitjançant un procés al qual es donà el nom de quimiosíntesi. Les plantes terrestres poden alimentar-se dels nutrients orgànics presents al sòl. Aquestes substàncies són l’única font de nutrients Els fongs poden fabricar nutrients orgànics a orgànics a les fonts hidrotermals: són l’aliment partir de nutrients inorgànics. dels cucs els quals, alhora, proporcionen aliment a altres animals, en un ecosistema completament Els fongs només poden obtenir nutrients separat del món de la llum. orgànics alimentant-se de matèria produïda per éssers vius. Avui en dia, sabem que els bacteris quimiosinte- Els animals només poden obtenir nutrients titzadors són molt més comuns del que es creia, i orgànics alimentant-se de matèria produïda per que es troben en altres ambients, com determinats éssers vius. tipus de sòls. Les plantes terrestres poden sobreviure arrela- «Deep Sea Hydrothermal Vents», Sea and Sky, des en un sòl on no hi hagi nutrients orgànics. www.seasky.org. (Text adaptat) a. On es troben les fonts hidrotermals de què parla el Organismes autòtrofs text? 12. Les fonts hidrotermals q A l’interior de les muntanyes volcàniques. q En alguns rius i llacs de muntanya. A finals dels anys 70, un equip científic que estava realitzant un estudi rutinari dels fons oceànics va fer q Al fons dels oceans. un descobriment que sacsejà els fonaments de tota b. Què emana de les xemeneies de les fonts hidroter- la comunitat científica. mals? A la dorsal oceànica del Pacífic oriental, no gaire q Aigua calenta provinent de fonts subterrànies. lluny de les illes Galápagos i a quasi 2.500 metres q Gasos molt calents de l’interior de la Terra. per sota de la superfície del mar, hi havia un es- q Aigua calenta repleta de substàncies quími- trany paisatge cobert per una espècie de xemene- ques dissoltes. ies. Aquestes «xemeneies» eren fonts hidrotermals que expulsaven núvols negres de fum, una barreja c. Per què és tan fosca l’aigua que emana de les fonts d’aigua, gasos i minerals dissolts que provenien de hidrotermals? les profunditats de l’escorça terrestre. q Perquè la llum no arriba fins a aquestes profun- Al voltant d’aquestes xemeneies s’hi desenvolu- ditats. pava amb tota l’esplendor un ecosistema que fins q Perquè conté petroli i carbó de l’interior de la llavors ningú no havia observat mai: dominaven Terra. el paisatge uns tubs calcaris de més de dos metres q Perquè conté una gran quantitat de minerals d’altura, d’on n’emergien cucs gegants de color dissolts. vermell, i al seu voltant milers de crustacis i mol· luscs bivalves recobrien el fons marí. d. Què és el que resulta tan sorprenent de les fonts hidrotermals? D’on obtenien l’aliment aquests animals? Fins q Que hi hagi emanacions d’aigua calenta de aleshores, la ciència havia acceptat que els únics l’interior de la Terra. organismes capaços de produir aliment ho feien q Que allotgin éssers vius capaços de suportar gràcies a l’energia de la llum del Sol mitjançant les condicions de vida que es donen en aques- la fotosíntesi. Tanmateix, les fonts hidrotermals tes profunditats. es trobaven en la foscor més absoluta, i tampoc rebien aportacions de matèria de les aigües q Que allotgin comunitats d’éssers vius total- superficials i il·luminades. Allà hi succeïa una cosa ment independents de la llum solar. science-bits.cat 33  EXERCICIS e. Quin procés permet que alguns organismes gene- rin nutrients orgànics a partir de nutrients inorgànics a les fonts hidrotermals? q L’autosíntesi q La fotosíntesi q La quimiosíntesi f. D’on obtenen l’energia els organismes productors de les fonts hidrotermals? q Dels nutrients orgànics que cauen des de la superfície. q De la llum solar que arriba de la superfície. q D’algunes substàncies químiques inorgàniques. Cucs vermells gegants del fons oceànic. g. Quin tipus d’organismes són capaços de generar h. On es troben els organismes quimiosintètics? nutrients orgànics sense utilitzar l’energia de la llum? q Només a prop de volcans marins. q Les plantes q Només en llocs tan especials com les fonts q Els fongs hidrotermals. q Els bacteris q En molts llocs comuns. Què és la fotosíntesi? 13. La fotosíntesi a la selva Treball de camp a la selva El Tomàs és un científic que estudia l’ecologia Taxa de fotosíntesi d’una espècie d’arbre que creix a la selva amazòni- No totes les plantes fabriquen nutrients orgànics a ca del Brasil. la mateixa velocitat. La fotosíntesi es produeix amb més o menys intensitat en funció de la disponibilitat dels factors que intervenen en la reacció: l’aigua, la llum solar i el diòxid de carboni. És possible conèixer la quantitat de nutrients orgà- nics que produeix una fulla si mesurem la quantitat de diòxid de carboni (CO2) que és extret de l’aire. Anomenem taxa de fotosíntesi la quantitat de CO2 que una superfície donada de fulla extreu de l’aire en un període de temps. Concretament, està interessat a saber si existeixen