Utilizando un Terrario Como Modelo Para Explicar el Funcionamiento de los Ecosistemas Prof. Mario Tacher MSP21-Nivel Elemental Universidad Interamericana Recinto de Bayamón

Objetivos  Construir un terrario y utilizarlo como modelo de ecosistema.  Identificar los productores, consumidores y descomponedores en el terrario .

 Visualizar el flujo de energía y reciclaje de la materia en el terrario.

 Visualizar los procesos de fotosíntesis y respiración celular dentro del terrario.

 Establecer la importancia de fotosíntesis como fuente primaria de energía en los ecosistemas y como agente reductor de CO2 atmosférico.

Preguntas Escenciales (PE) y Comprensión Duradera  PE2 ¿Por que la fotosíntesis es de vital importancia para casi toda la vida sobre la faz de la Tierra?

 CD2 Las plantas son los productores primarios en la base de la cadena alimentaria y hacen su propio alimento por medio de la fotosíntesis.

 PE3 ¿Cómo obtenemos la energía del Sol?

 CD3 La energía del Sol tiene una importancia crítica para todos los seres vivos que se encuentran en la Tierra. Esta se obtienen mediante luz, calor y a través de los alimentos entre otras.

Preguntas Escenciales (PE) y Comprensión Duradera  PE2 ¿Cómo ocurre el flujo de energía a través de los ecosistemas?

 CD2 El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel al siguiente.

Objetivos Adquisición  Construir modelos que expliquen la estructura y función de los sistemas biológicos.

 Argumentar y sostener que la fotosíntesis contribuye a la reducción de la contaminación atmosférica.

 Evaluar el rol de la fotosíntesis en el flujo de energía en un ecosistema.

 Crear un diagrama que represente el proceso de la fotosíntesis.

Objetivos Adquisición  Explicar cómo se produce el alimento mediante la

fotosíntesis o cómo se ingiere el alimento para obtener energía.

 Evaluar el papel de los productores en el mantenimiento

de un ecosistema saludable, reduciendo la contaminación atmosférica.

 Analizar la función de los productores, consumidores y descomponedores en un ecosistema.

Objetivos de Transferencia  T1. Al finalizar esta unidad, el estudiante comprende el papel que juegan las plantas en su entorno y cómo estas se han adaptado a su ambiente. También es capaz de explicar la importancia y relación entre las plantas, el Sol y el agua para el ciclo de vida en la Tierra. El estudiante demuestra una comprensión de la importancia de proteger los recursos naturales de Puerto Rico.

Objetivos de Transferencia  T1. El estudiante adquiere una comprensión de cómo el

cuerpo humano utiliza la energía y cómo ocurre el flujo de materia y energía a través de los ecosistemas. El estudiante demuestra respeto y aprecio por los humanos, el papel que desempeñan en el mundo que les rodea. Además los estudiantes reflexionan sobre el impacto que día a día las acciones humanas tienen sobre nuestros ecosistemas y recursos naturales.

Procesos y Destrezas  PD2: Se construyen y revisan modelos simples y se utilizan modelos para representar eventos y crear soluciones. Los modelos se usan y se desarrollan para describir ideas de fenómenos científicos.

Estándares e Indicadores Relevantes  Estándar: Conservación y Cambio  4.B.CB1.EM.3  Crea modelos de la estructura y función de los sistemas

biológicos. Ejemplos: modelos de célula (procariota, eucariota, animal y vegetal); sistemas como el cuerpo humano (énfasis en el sistema digestivo, reproductor, circulatorio, músculo esquelético y respiratorio. Se hace énfasis en reconocer las partes y una introducción a la función de cada una como parte del sistema; también se hace énfasis sobre la importancia de proteger, respetar y mantener saludable cada sistema); y modelos de ecosistemas (hacer énfasis en las relaciones entre los componentes y su función en los ecosistemas).

Estándares e Indicadores Relevantes  Estándar: Conservación y Cambio  5.T.CT2.CC.1

 Diseña un modelo del ciclo del agua y del ciclo de formación de las rocas.

 5.B.CB2.EM.1  Enumera y explica algunos usos que el ser humano da a los hongos y la función de estos en los ecosistemas.

Estándares e Indicadores Relevantes  Estándar: Conservación y Cambio  5.B.CB2.EM.3

 Desarrolla un modelo para describir el movimiento de la materia entre productores, consumidores (plantas, animales), descomponedores y el ambiente; establece la diferencia entre estos. Énfasis en su función dentro de la cadena o red alimentaria. El énfasis está en la idea de que la materia que no es alimento (aire, agua, materiales descompuestos en el suelo) se convierte en material alimenticio nuevamente por las plantas.

Estándares e Indicadores Relevantes  Estándar: Conservación y Cambio  6.B.CB1.CC.1

 Somete evidencia sobre cómo la fotosíntesis contribuye a la reducción de la contaminación atmosférica para conservar el ambiente.

Estándares e Indicadores Relevantes  Estándar: Interacciones y Energía  5.B.CB1.IE.3

 Apoya el argumento de que las plantas adquieren el material que necesitan para crecer principalmente del aire y el agua. El énfasis está en la idea de que la materia de las plantas viene mayormente del aire y el agua, no de la tierra. Una planta puede crecer sin la presencia de terreno. Los minerales los puede obtener por medio del agua. La agricultura hidropónica es un método para cultivar plantas.

Estándares e Indicadores Relevantes  Estándar: Interacciones y Energía  6.B.CB1.IE.1  Explica el rol de la fotosíntesis en el ciclo de la materia y el flujo de energía hacia dentro y fuera de los organismos. El énfasis está en registrar el movimiento de la materia y el flujo de energía.

 6.B.CB1.IE.2  Describe cómo el alimento se descompone (en los elementos que lo forman) y se reagrupa para formar moléculas nuevas que apoyan el crecimiento o liberan energía a través de reacciones químicas a medida que la materia se mueve dentro del organismo. El énfasis está en describir que las moléculas se rompen y se reagrupan y que durante este proceso se libera

Definición de Ecosistema  Consiste de todos los organismos (factores bióticos) interaccionando en un área dada y de todos los componentes físicos y químicos (factores abióticos) de los que dependen.

Factores Bióticos  Incluye todos los seres vivos y sus interacciones:  Interacciones intra-específicas: relaciones entre organismos de la misma especie.

 Interacciones inter-específicas: relaciones entre organismos de diferentes especies.

Factores Abióticos Presentes en los Ecosistemas:     

Temperatura Agua Luz solar Viento Rocas y suelos (complejidad física, pH, minerales).

Bosque Tropical Ecosistema Terrestre

El Terrario Como Ecosistema Artificial  Dibuje la composición de su terrario.

Dibujo # 2

Terrario  Identifique factores bióticos y abióticos asociados a su terrario.

Terrario  Mencione algún tipo de relación interespecífica y/o intraespecífica que esté ocurriendo en su terrario.

Dinámica de los Ecosistemas  La dinámica de los ecosistemas envuelve dos vertientes claves para entender su funcionamiento:

 El flujo de energía

 El reciclaje de la materia.

Flujo de Energía en los Ecosistemas:  Definición de energía: capacidad para realizar trabajo.  Los seres vivos la utilizan para reproducción, desarrollo y para procesos metabólicos que los mantienen vivos.

 Sin energía, no habría vida.

¿ Cómo

Entra la Energía en los Ecosistemas ?

 La energía entra en la mayoría de los ecosistemas en la forma de fotones de luz solar y es capturada por organismos fotoautótrofos.

 Fotoautótrofos: organismos que producen su propio alimento (i.e plantas, algas, procariótas fotosintéticos).

 Los fotoautótrofos transforman la energía del sol en energía química (carbohidratos) vía el proceso de fotosíntesis.

Ecuación que Resume el Proceso de Fotosíntesis 6 CO2 + 12 H2O + Fotones

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Photo by Nasim Mansurov (http://photographylife.com

Terrario  Identifique los organismos autótrofos en su terrario:

 ¿ Donde ocurre el proceso de fotosíntesis en su terrario ?

Fotosíntesis en los Cloroplastos

Bio.miami.edu

Célula Vegetal

Nuclear envelope Nucleolus Chromatin

Rough endoplasmic reticulum Smooth endoplasmic reticulum

NUCLEUS Ribosomes

Central vacuole

Golgi apparatus

Microfilaments CYTOIntermediate SKELETON filaments Microtubules

Mitochondrion Peroxisome Plasma membrane Cell wall Wall of adjacent cell

Chloroplast Plasmodesmata

Terrario  Describa el proceso de fotosíntesis en su terrario, indicando donde están los reactivos y productos de su ecuación. 6 CO2 + 12 H2O + Fotones

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Dibujo # 2

Flujo de Energía en los Ecosistemas:  Una vez incorporada en la planta (enlaces químicos de los carbohidratos), la energía pasa a los organismos consumidores (heterótrofos) en forma de compuestos orgánicos en su alimento.

Terrario  ¿ Están presentes organismos heterótrofos en su terrario ?

 ¿ Cuál o cuáles ?

Flujo de Energía en los Ecosistemas:  En las células de los heterótrofos se transforma la energía de los compuestos orgánicos en energía para llevar a cabo los procesos metabólicos (ATP) mediante el proceso de respiración celular en las mitocondrias.

 C6H12O6 + 6 O2

6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP + calor).

Terrario  Ilustre el proceso de respiración celular en su terrario.

 Indique donde están los reactivos y productos de la ecuación.

 C6H12O6 + 6 O2 calor).

6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP +

Flujo de Energía en un Ecosistema “Primera Ley de Termodinámica”

Transferencia de Energía Entre los Niveles Tróficos:  La transferencia de energía entre los niveles tróficos es usualmente poco eficiente.

 Nivel trófico: posición que ocupa un organismo en la cadena de alimento en un ecosistema.

Se va perdiendo energía a la vez que esta fluyea través de los diferentes niveles tróficos en un ecosistema.

Tet.jnlive.mobi

Terrario  Conteste asumiendo que su terrrarium nunca se abriera.

 ¿ Cuál sería la fuente de CO2 en su terrario ?

Terrario Pregunta de Análisis  ¿ Cuál otro ser vivo en su terrario produce CO2 ?

Terrario  Conteste asumiendo que su terrrarium nunca se abriera.

 ¿ Cuál sería la fuente de O2 en su terrario ?

Terrario  Ilustre en su terrario la integración de los procesos de fotosíntesis y respiración celular:

Reciclaje de la Materia en los Ecosistemas:  La segunda vertiente clave en el funcionamiento de los ecosistemas es el reciclaje de materia o elementos químicos.

¿ Cómo

se Mueve la Materia en los Ecosistemas ?

 Los elementos químicos (i.e. carbono, fósforo y nitrógeno) se mueven de forma cíclica entre los componentes bióticos y abióticos de un ecosistema.

 En los ecosistemas se puede aplicar la Ley de Conservación de Masa, que postula:

 “ La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”

Pasos del Reciclaje de la Materia en los Ecosistemas:  1- Los organismos fotosintéticos asimilan los elementos en forma inorgánica (i.e. nitratos, fosfatos) del suelo, aire y agua.

 2-Procesos metabólicos transforman los elementos inorgánicos en compuestos orgánicos formando las diferentes estructuras de la planta (i.e hojas, tallos, frutos y semillas).

Pasos en el Reciclaje de la Materia:  3-Parte de estas estructuras son consumidas por animales herbívoros integrando esta materia orgánica en su cuerpo.

 4-Otros animales se alimentan de los herbívoros.  5-Los desechos orgánicos de los animales son convertidos a materia inorgánica vía el proceso de descomposición bacterias y hongos).

 6-Los elementos son devueltos en forma inorgánica al aire, suelo y agua para ser reutilizados por los autótrofos.

Niveles Tróficos

Terrario  De ejemplos de compuestos orgánicos en su terrario

Membrana plasmática de una célula eucariótica.

Fibers of extracellular matrix (ECM)

Glycoprotein

Carbohydrate

Glycolipid

EXTRACELLULAR SIDE OF MEMBRANE

Cholesterol Microfilaments of cytoskeleton

Peripheral proteins

Integral protein

CYTOPLASMIC SIDE OF MEMBRANE

Terrario  De ejemplos de compuestos inorgánicos en su terrario

Diferencia entre Materia y Energía  A diferencia de la materia, la energía no se recicla, por tanto se necesita una fuente de energía constante, en la mayoría de los casos, el sol.

 Por el otro lado, al reciclarse la materia, se mantiene constante.  Fuera de meteoritos ocasionales, la materia que existe en nuestro planeta es prácticamente la misma desde su formación.

La Materia se Mueve en los Ecosistemas a través de Ciclos:  La mayoría de los componentes químicos en un ser vivo están en un constante intercambio donde se asimilan nuevos nutrientes y se excretan una vez utilizados.

 Estos procesos pueden ser visualizados en ciclos.

 Ya que el reciclaje de los nutrientes envuelven componentes bióticos y abióticos, se les conoce como ciclos biogeoquímicos.

Ciclo del Agua

Transport over land Solar energy

Net movement of water vapor by wind

Precipitation over ocean

Evaporation from ocean

Precipitation over land

Evapotranspiration from land

Percolation through soil

Runoff and groundwater

Terrario  Ilustre como ocurriría el ciclo del agua en su terrario.

Terrario  Ciclo del Carbono

Ciclo de Carbono

www.windows2universe.org

Terrario  Ilustre como ocurriría el ciclo del carbono en su terrario.

Ciclo del Fósforo Ciclo de Carbono

www.biology tutorvista.com

Terrario  Ilustre como ocurriría el ciclo del fósforo en su terrario.

Ciclo de Carbono

www.biology tutorvista.com

Terrario  Ilustre como ocurriría el ciclo del nitrógeno en su terrario.

Actividad  Establecer como las plantas aminoran la cantidad de CO2 atmosférico vía el proceso de fotosíntesis.