Módulo D.4-Ecología Bosquejo PDF

11/26/2024 1 Módulo D.4-Ecología:El flujo de energía y el uso de los nutrientes en los ecosistemas Cibi 3001 2 Objetivos 1-Comparar el flujo de energía versus el de nutrientes en los ecosistemas 2-Indicar la importancia de los niveles tróficos y sus representantes 3-Indicar la...

11/26/2024 1 Módulo D.4-Ecología:El flujo de energía y el uso de los nutrientes en los ecosistemas Cibi 3001 2 Objetivos 1-Comparar el flujo de energía versus el de nutrientes en los ecosistemas 2-Indicar la importancia de los niveles tróficos y sus representantes 3-Indicar la importancia de la producción primaria neta y la biomasa 4-Indicar la importancia de las redes alimenticias 5-Indicar la importancia de los reservorios naturales de agua 6-Indicar la importancia de los ciclos de los nutrientes: nitrógeno (N), fósforo (P), azufre (S), carbono (C) 7-Indicar las consecuencias de la interferencia humana en los ciclos de los nutrientes 8-Mencionar varias alternativas para reducir las consecuencias de la interferencia con el ciclo de carbono 9-Indicar ejemplos variados sobre los temas estudiados 3 Capítulo en el libro de Audesirk 30 = Ecosistemas diversos 4 Un ecosistema es: El conjunto de todas las comunidades en una zona y su interacción con los componentes no vivos = Bióticos y abiֶóticos Una estructura dinámica en la que la energía fluye en una sola dirección mientras que los nutrientes son reciclados 5 Nutrientes versus energía Los elementos usados para construir las moléculas biológicas (C, O, N, H,S) se han estado reciclando en el planeta durante 3.5 billones de años Pueden ser transferidos de una parte hacia otra pero no desaparecen La energía se mueve en una sola dirección porque su flujo usualmente comienza con el proceso de fotosíntesis y se reparte por el ecosistema Gran parte de la energía es convertida en calor La vida requiere una producción constante de energía 6 El flujo de energía: los niveles tróficos 7 Los productores Son autotróficos, ya que producen su propio alimento Representan la base de los ecosistemas = primer nivel trófico Incluye a todos los organismos que generan energía Fotosíntesis usando energía solar: plantas, algas Bacterias que producen energía a partir de componentes inorgánicos sin necesidad de energía 1  11/26/2024 Bacterias que producen energía a partir de componentes inorgánicos sin necesidad de energía solar 8 El fitoplankton: los productores en los ambientes acuáticos Son microscópicos y se mueven con las corrientes Sirven de alimento para muchos tipos de consumidores 9 Los consumidores Son heterotróficos porque no producen su propio alimento y tienen que obtener energía de otros organismos Se dividen en varios niveles dependiendo de lo que consumen 10 El zooplankton: los consumidores pequeños en los ambientes acuáticos Se alimentan del fitoplankton Se mueven con las corrientes Sirven de alimento para muchos otros tipos de consumidores de diversos tamaños 11 Los consumidores primarios Se alimentan directamente de los productores Son herbívoros y representan el segundo nivel trófico 12 Los consumidores secundarios Se alimentan de los herbívoros Son carnívoros y representan el tercer nivel trófico 13 Los consumidores terciarios Son los carnívoros que se alimentan de otros carnívoros- representan el cuarto nivel trófico En el mar es frecuente observarlos en acción e inclusive puede haber otros niveles tróficos mayores entre peces de distintos tamaños 14 Y los omnívoros Pueden ser consumidores primarios, secundarios o terciarios, dependiendo de su alimento en un momento dado 15 Los que consumen detrito y los descomponedores El detrito está formado por los restos de otros organismos: partes de plantas que se caen, desperdicios, materia muerta Sus consumidores se llaman detrívoros (carroñeros), ingieren pedazos grandes y absorben la mayoría de los nutrientes Los descomponedores se alimentan del mismo tipo de material, pero no los ingieren en pedazos grandes, ya que lo tienen que degradar primero para obtener los nutrientes-no los consumen todos y quedan disponibles para otros organismos Es la categoría en que se ubica a los hongos y bacterias 16 Los descomponedores y los detrívoros son esenciales en un ecosistema, aunque no siempre nos fijamos en ellos 17 Sin los detrívoros y descomponedores… No podría existir ningún ecosistema ya que: Reciclan los nutrientes a partir de los distintos niveles tróficos 2  11/26/2024 Reducen los cuerpos y desperdicios de otros organismos a moléculas simples Sin los detrívoros y descomponedores la materia muerta se acumularía y no habría nutrientes disponibles en el terreno para los productores 18 Lo que determina la cantidad de consumidores que puede haber en un ecosistema es… …la cantidad de energía disponible a partir de los productores Una cantidad alta de energía sostiene ecosistemas grandes y complejos La cantidad de energía que se genera en una zona es la producción primaria neta Daños en las poblaciones de productores afectan a los consumidores 19 La producción primaria neta Representa a la energía que es almacenada por los productores y que es utilizada por los consumidores La energía disponible limita la cantidad de seres vivientes que pueden existir en un ecosistema 20 Los más y menos abundantes en un ecosistema Productores = los más abundantes Consumidores de nivel terciario o mayor= los menos abundantes De ahí que peligren, porque sus poblaciónes no son enormes 21 La producción primaria neta está limitada por distintos factores La temperatura Disponibilidad de: Luz Agua Nutrientes Los bosques tropicales tienen la mayor productividad porque tienen menos limitaciones 22 La biomasa (1) Es el peso seco del material biológico Representa una buena forma de estimar la cantidad de energía producida o producción primaria neta Es reducida por la deforestación 23 La biomasa (2) La producción primaria neta se expresa en gramos de biomasa por metro cuadrado por año 24 Las cadenas y redes alimenticias Una cadena alimenticia es lineal Una red alimenticia es más compleja y representa mejor las relaciones entre los diversos niveles tróficos 25 La transferencia de energía entre los distintos niveles es ineficiente Las reacciones bioquímicas celulares liberan calor No toda la energía de un nivel trófico pasa al próximo, ya que los individuos necesitan llevar a cabo alguna forma de metabolismo y producen desperdicios 3  11/26/2024 cabo alguna forma de metabolismo y producen desperdicios Solamente una fracción de la energía generada por los productores pasa a los consumidores primarios 26 Las pirámides de energía La mayor parte de la energía se pierde al pasar de un nivel trófico al próximo En realidad la energía almacenada por el próximo nivel es 10% de la energía almacenada en el nivel anterior 27 Los leones solamente almacenan 10% de la energía de las zebras Las zebras obtuvieron más energía por ser consumidores primarios Por lo tanto, los leones deben cazar a menudo para obtener la energía necesaria 28 Implicaciones de la pérdida de energía para el consumo humano de la carne de res 29 La acumulación de sustancias tóxicas en las redes y pirámides alimenticias (1) Tienen un patrón opuesto al de la energía, ya que tienden a acumularse a medida que pasan de un consumidor al otro porque el cuerpo tiene la tendencia de almacenar lo que pueda = amplificación biológica 30 La acumulación de sustancias tóxicas en las redes y pirámides alimenticias (2) Los consumidores al tope de la pirámide se exponen a cantidades mayores de agentes químicos que pueden afectar la reproducción, el sistema nervioso y en ocasiones causar la muerte Algunas sustancias tóxicas son solubles en la grasa del cuerpo, se almacenan fácilmente y no son degradados (bioacumulación) 31 La amplificación de los niveles de DDT El DDT es un insecticida que se usó mucho en EU en las décadas de los 1950s y 60s Se acumuló en los peces Las aves al tope de la pirámide que se alimentaban de los peces se afectaron grandemente, ya que el compuesto orgánico interfiere con la formación del cascarón de los huevos 32 Rachel Carson en su libro Silent Spring indicó que el DDT causaba daño ambiental 33 El uso extenso del DDT Inicialmente se utilizó de forma indiscriminada, incluyendo rociar a las mascotas y personas En Puerto Rico se utilizó para eliminar al mosquito que transmite la malaria Su uso está prohibido en Estados Unidos, pero a nivel mundial se ha seguido produciendo y usando: China, India, países africanos En algunos sitios todavía se utiliza para la agricultura En los países africanos se usa dentro de las casas para matar los mosquitos 34 La amplificación de los niveles de mercurio El mercurio es liberado en la minería de oro y al quemar carbón El mercurio pasa a los ambientes acuáticos y se acumula en los consumidores Los peces al tope de la pirámide tienen los niveles más altos El consumo de estos peces por parte del humano tiene consecuencias adversas para la salud y para las generaciones futuras, ya que afecta a los fetos en desarrollo 35 Otros componentes que pueden ser magnificados biológicamente 4  11/26/2024 Arsénico, niquel y selenio, ya que son metales pesados que pueden tener efectos dañinos similares al mercurio En Estados Unidos, la EPA había regulado las emisiones de las plantas generadoras de electricidad en el 2011 pero… …es posible que los esfuerzos hayan sido detenidos o revertidos por gobiernos recientes 36 El reciclaje natural del agua y los nutrientes 37 Los reservorios principales del agua son los océanos (1) Casi 97% del agua en el planeta se encuentra en los océanos 1.7-2% está en forma de hielo en los glaciares y picos nevados, y 1% se encuentra en forma de agua fresca disponible para el consumo Una pequeña cantidad se encuentra en los seres vivientes Otra pequeña cantidad se encuentra en la atmósfera en un momento dado 38 Los reservorios principales del agua son los océanos (2) Cada gota de agua cae desde las nubes en la atmósfera en forma de lluvia o nieve, se deposita en reservorios (ríos, lagos y acuíferos) y eventualmente regresa al mar El ciclo del agua es mantenido por el calor del sol y la evaporación 39 Solamente 1% del agua en el planeta se puede consumir, y sin embargo, toda la vida depende de ella 40 La crisis del agua potable puede ser un factor limitante para la población humana 41 42 Los ciclos de los nutrientes Los nutrientes se encuentran en el planeta en una cantidad fija Son reciclados en el ambiente mediante los ciclos biogeoquímicos En los ciclos los nutrientes se mueven de lo abiótico hacia lo biótico o vivo y luego regresan al ambiente Los nutrientes se pueden acumular en reservorios Los elementos más usados son carbono, nitrógeno y fósforo Otros elementos importantes son oxígeno y azufre 43 El reservorio principal del nitrógeno es la atmósfera El nitrógeno es importante para sintetizar ADN y proteínas en las células Pero…aunque la atmósfera es 78% N2, los organismos vivos no lo pueden utilizar directamente La forma principal en que el N2 se incorpora al mundo viviente es mediante los microorganismos en el suelo que fijan nitrógeno, produciendo amoníaco y nitratos Las tormentas también aportan componentes nitrogenados que caen en la lluvia Los productores incorporan los componentes nitrogenados en sus moléculas y de ahí pasan el nitrógeno a los consumidores Los descomponedores devuelven el nitrógeno al suelo y a la atmósfera 44 Interferencia humana con el ciclo de nitrógeno 5  11/26/2024 Ocurre de forma intencionada o accidental La producción de abono utiliza N2 de la atmósfera para convertirlo en nitratos El calor generado al quemar combustibles generan intermedios que producen nitratos 45 El reservorio principal del fósforo se encuentra en las rocas En los seres vivientes el fósforo es importante para sintetizar ácidos nucleicos, fosfolípidos, fosfatos y ATP para energía El fósforo pasa de los fosfatos en las rocas al suelo mediante la erosión y la lluvia Del suelo pasa a los organismos vivos y eventualmente regresa al ambiente, formando depósitos El ciclo de fósforo no incluye a la atmósfera porque los fosfatos no son gaseosos El fósforo también se usa para producir abono, por lo que el humano ha interferido con su ciclo natural 46 El reservorio principal del azufre se encuentra en rocas, sales o sedimentos en el fondo del mar En los seres vivientes el azufre se utiliza para sintetizar algunos amino ácidos El azufre se puede encontrar en la atmósfera en distintos compuestos, incluyendo ácido sulfúrico, y llega al suelo mediante la lluvia El azufre llega a la atmósfera mediante: Erupciones volcánicas Procesos bacterianos Evaporación de sulfatos en el agua Materia en descomposición Uso de combustibles 47 La interferencia humana Las poblaciones pequeñas no causan muchas interrupciones en los ciclos de la naturaleza Las poblaciónes grandes que desarrollaron el uso de diversas formas de tecnología pueden impactarlos grandemente 48 Consecuencias de la interferencia con los ciclos de nitrógeno y fósforo El uso de millones de toneladas de abono en la agricultura añade nitratos y fosfatos al ambiente Cuando llueve, parte de los nitratos y fosfatos llegan a los cuerpos de agua Los nitratos y fosfatos estimulan el crecimiento del fitoplankton Cuando el fitoplankton muere aumenta la población de los descomponedores Las descomponedores consumen mucho oxígeno, llevando a la muerte de los peces e invertebrados acuáticos Según indicado anteriormente, el proceso se llama eutroficación (eutrophication) 49 Otras consecuencias de la interferencia con el ciclo de nitrógeno y el de azufre (1) Los compuestos nitrogenados y de azufre que llegan a la atmósfera debido a procesos industriales se pueden combinar con el agua en la atmósfera produciendo ácido nítrico y ácido sulfúrico Los ácidos pueden caer sobre las ciudades, bosques y cultivos con la lluvia, nieve, neblina, polvo = deposición ácida (pH 5.0-5.5) 6  11/26/2024 50 Otras consecuencias de la interferencia con el ciclo de nitrógeno y el de azufre (2) El impacto del ácido: Los suelos pierden nutrientes Las plantas se debilitan al crecer en suelos acidificados Las coníferas sufren daños directos en sus agujas porque pierden elementos nutritivos Los animales acuáticos pueden morir Se afectan las redes alimenticias En las ciudades corroen estructuras 51 El impacto de la deposición ácida 52 Los reservorios de carbono están en la atmósfera y los océanos Los productores terrestres utilizan el CO2 de la atmósfera y los productores acuáticos usan el CO2 disuelto en el agua para sintetizar compuestos orgánicos Los compuestos formados durante la fotosíntesis pueden ser utilizados para sintetizar otras moléculas Las moléculas orgánicas son utilizadas y degradadas por los consumidores y descomponedores, liberando CO2 a la atmósfera Algunos microorganismos liberan metano (CH4) 53 La importancia del carbono El carbono es indispensable para hacer las moléculas que se encuentran en los seres vivos : carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos 54 El carbono también tiene un reservorio en los combustibles de origen fósil Se encuentra en forma de carbón, petróleo y gas natural en combinación con otros elementos: S, N, H, O Estos componentes se formaron a partir de los restos de los organismos prehistóricos bajo los efectos de las altas temperaturas y la presión 55 El carbono en los combustibles fósiles Los combustibles fósiles son formas de energía no renovable que liberan CO2 a la atmósfera 56 Consecuencias de la interferencia con el ciclo de carbono El CO2 , el metano y otros gases en la atmósfera afectan el clima al atrapar parte del calor de la energía solar que debe ser reflejada = efecto invernadero Es un proceso natural que ayuda a mantener la atmósfera tibia Sin el efecto del CO2 el planeta estaría demasiado frío para sostener vida Pero…las actividades humanas aumentan marcadamente los niveles de CO2, elevando la temperatura por encima de lo adecuado 34-40 billones de toneladas/año 7  11/26/2024 57 Entenderlo es sencillo, y sin embargo, ha sido un tema muy discutido y negado 58 Actividades humanas que liberan CO2 a la atmósfera Quema de combustibles fósiles- contribuye 80-85% Comenzó en gran escala con la Revolución Industrial del siglo 19 a partir del uso de carbón y luego se descubrió el petróleo Deforestación- los árboles son cortados y quemados para propósitos de agricultura y pastoreo Ocurre principalmente en las selvas tropicales con la eliminación de millones de acres anualmente 59 Los productores pueden absorber alrededor de la mitad de las emisiones durante la fotosíntesis, pero el resto pasa a la atmósfera 60 ¿Y el metano? Es producido por microorganismos en ambientes donde hay poco oxígeno, incluyendo el intestino de muchos animales Una gran fuente de metano es la capa de permafrost que se está derritiendo en las zonas árticas o tundra, lo que lleva a una gran actividad metabólica microbiana 61 El efecto de los niveles altos de CO2, el metano y otros gases en la atmósfera= cambio climático debido al calentamiento global 62 Los cambios climáticos- el efecto en la temperatura La temperatura del planeta ha aumentado 2oF (1.1oC) desde finales de los 1800s 16/17 de los años más calientes conocidos han ocurrido desde el 2000 Los resultados del alza en la temperatura: Se están derritiendo los glaciares Se están derritiendo los polos El agua ocupa más volumen al expandirse La expansión del agua junto al hielo derretido aumenta el nivel del mar 63 La consecuencia de que los glaciares se derritan y de que el nivel del mar suba El hielo del Himalayas y otras regiones son la fuente de agua potable cuando se derrite naturalmente de forma parcial durante la primavera Si se derrite en exceso anualmente, eventualmente se reduce la cantidad de agua disponible Un alza en el nivel del mar afecta zonas densamente pobladas 64 El agua derretida de los polos puede interferir con la corriente cálida del Golfo de Méjico, causando que algunos países sean más fríos y la vegetación cambie 65 Los cambios climáticos- mayor cantidad de eventos extremos Si sigue la tendencia actual, el aumento en la temperatura del planeta puede llegar a 3.2oC o 5.8oF El aumento en la temperatura puede promover una mayor cantidad de eventos extremos: Tormentas, con más huracanes de gran intensidad Mayor cantidad de lluvia o nieve en algunos sitios 8  11/26/2024 Mayor cantidad de lluvia o nieve en algunos sitios Mayor cantidad de sequías frecuentes y severas 66 El efecto de los cambios climáticos en los ecosistemas y las especies (1) Algunas zonas se hacen más secas Algunos animales se han ido moviendo hacia las regiones de los polos, tratando de encontrar su temperatura óptima Pero…los que ya viven en los polos no tienen adonde ir La disminución del hielo flotante pone en peligro las crías que nacen en tierra firme en relación a los depredadores y la posibilidad de ser atropelladas por los adultos 67 El efecto de los cambios climáticos en los ecosistemas y las especies (2) Ha ocurrido un desfase en las relaciones entre insectos y algunas plantas ya que las floración no coincide con la presencia de los polinizadores 68 El efecto de los cambios climáticos en los ecosistemas y las especies (3) Los corales están desapareciendo 69 El efecto de los cambios climáticos en los ecosistemas y las especies (4) Es lo más que nos debe preocupar, ya que los otros seres vivientes son víctimas de las acciones humanas Las especies que no se pueden mover rápidamente pueden llegar a la extinción 70 El efecto de los cambios climáticos en los ecosistemas y las especies (5) Pero…algunos animales se benefician del alza en la temperatura e invaden nuevos ecosistemas El pez globo ha invadido el Mar Mediterráneo No tiene enemigos naturales y altera el balance en el ecosistema al ser un depredador que se alimenta de moluscos, crustáceos y otros peces No es comestible ya que produce una toxina potente 71 Y recordemos que los daños causados por el aumento en los gases se amplifican ellos mismos (loops) 72 Alternativas para reducir la cantidad de CO2 en la atmósfera Reducir las emisiones- requiere bajar el consumo de combustibles fósiles mediante otras formas alternas de energía o gastar menos recursos Cada persona, familia, empresa o actividad puede reducir su huella de carbono (carbon footprint) Intervenir con los cambios- requiere utilizar alternativas que pueden tener riesgos Echar gases de azufre en la atmósfera Capturar y almacenar CO2 73 Fuentes alternas de energía que son renovables: la luz solar, el viento, el agua (lluvia, olas, 9  11/26/2024 Fuentes alternas de energía que son renovables: la luz solar, el viento, el agua (lluvia, olas, mareas), el calor (geotermal) 74 Reduciendo nuestra huella de carbono Menos consumo de electricidad en el hogar: apagar lo que no se está usando Uso de equipos con mayor eficiencia y bombillas LED No lavar con agua caliente (puede usar calentador solar) Caminar o usar bicicletas para recorrer distancias cortas Reducir el uso de autos y promover el transporte colectivo Reducir los viajes en aviones y cruceros Reducir el consumo de plástico Aumentar el consumo de vegetales y reducir el de carnes rojas Reducir la cantidad de basura que se genera: reciclar lo que se pueda, donar la ropa y artículos útiles 75 Y los riesgos o problemas de la intervención Utilizar azufre en la atmósfera Genera deposición de ácido, perjudicando al ambiente Le hace daño a la capa de ozono Puede causar daño respiratorio Remover CO2 de la atmosfera Es muy costoso Echar el CO2 en el mar No hay evidencia de que tenga un impacto suficiente No se sabe el efecto que pueda tener en los ecosistemas 76 Si entendiste el material presentado bajo este tema, debes poder: 1-Comparar el flujo de energía versus el de nutrientes en los ecosistemas 2-Indicar la importancia de los niveles tróficos y sus representantes 3-Indicar la importancia de la producción primaria neta y la biomasa 4-Indicar la importancia de las redes alimenticias 5-Indicar la importancia de los reservorios naturales de agua 6-Indicar la importancia de los ciclos de los nutrientes: nitrógeno (N), fósforo (P), azufre (S), carbono (C) 7-Indicar las consecuencias de la interferencia humana en los ciclos de los nutrientes 8-Mencionar varias alternativas para reducir las consecuencias de la interferencia con el ciclo de carbono 9-Indicar ejemplos variados sobre los temas presentados 10