ciencias naturales 6° básico

CIENCIAS NATURALES 6° BÁSICO
GUÍAS DEL ESTUDIANTE
FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
Material elaborado por: Patricia Castañeda
FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
Ciencias Naturales 6º Básico
GUÍA 1. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE FOTOSINTESIS
En el reino vegetal existen plantas tanto terrestres como acuáticas. Algunos ejemplos de
plantas acuáticas comunes son los juncos, los nenúfares como los de la imagen, o las elodeas
que son tan comunes en los acuarios. ¿Has observado por qué todas poseen hojas verdes?
¿Te has preguntado cómo se nutren las plantas y qué relación tiene este proceso con la
entrada de energía a los ecosistemas?
Probablemente algunos pensarán que las plantas extraen nutrientes o se “alimentan de la
tierra”; esta hipótesis era la que se planteaba en la época de Aristóteles; sin embargo
después de casi 20 siglos, aproximadamente en 1600 Jean Baptiste van Helmont, médico y
alquimista belga, planteó otra hipótesis; él razonó así: “Si las plantas se alimentan tragando
tierra entonces, al cabo de un tiempo si tengo una planta en un macetero, ésta aumentará de
peso y disminuirá el de la tierra”.
a. ¿Qué diseño experimental podría servir para responder esta pregunta?
b. Propone un experimento y coméntalo con tus compañeros.
c. Fundamenta por qué el experimento que has propuesto serviría para probar tu hipótesis
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Análisis del experimento de Van Helmont
El experimento consistió en plantar un pequeño sauce en una maceta. Van Helmont pesó
el sauce y la tierra que había en la maceta. Regó rigurosamente y con abundante agua el
sauce durante 5 años. Luego, volvió a pesar al sauce y la tierra. El sauce había
incrementado su peso en 73,85 kg, mientras que la tierra había disminuido muy poco su
peso.
a. ¿Qué pudo concluir Van Helmont?
b. ¿Por qué crees tú que la tierra disminuyó tan pocos gramos en 5 años?
c. ¿Cómo la planta pudo formar tantas ramas y hojas? ¿De dónde obtuvo la energía para
realizar este crecimiento?
Probablemente habrás concluido que la planta no pudo haber obtenido la energía necesaria
desde la tierra para formar a lo largo de 5 años sus ramas y hojas.
También concordarás que las “plantas no se alimentan de otros seres vivos”.
¿De dónde obtienen entonces, la energía para formar ramas, hojas y raíces?
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Te invitamos a realizar el siguiente experimento:
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Obtención de energía para crecer y desarrollarse
Necesitarás:
1 hoja verde a pleno sol (ojalá unida a la planta)
1 cartón negro con una letra recortada
Lugol
Gotario
Recorta una letra en el cartón negro, tal como se muestra en el esquema y colócalo sobre
la hoja durante 48h a plena luz. Luego saca la hoja y desprende el cartón de su superficie y
ensaya en ella el test del lugol.
a. ¿En qué parte de la hoja hubo reacción positiva con el lugol?
b. ¿Por qué crees tú que hubo reacción positiva en esas partes y no en otras?
c. ¿Cómo podrías demostrar que el factor que tú señalas como responsable, de la
ausencia de reacción positiva frente al lugol, efectivamente lo es? Propone un
experimento al respecto.
La luz proveniente del sol está compuesta de muchas ondas que a nuestros ojos
representan diferentes colores, y las plantas son uno de los pocos organismos capaces de
utilizar gran parte de esta gama de colores.
Para lograr hacer uso de la luz, las plantas poseen pigmentos específicos. Uno de ellos es la
clorofila, que se localiza en los cloroplastos de las hojas y tallos jóvenes. Por lo tanto la luz
es un factor determinante en la obtención de energía luminosa.
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La molécula de clorofila se localiza al interior
de los cloroplastos, organelos exclusivos de
las plantas. En estos organelos ocurre la
absorción de la luz solar efectuada por la
clorofila y luego esta energía luminosa es
transformada en energía química, que queda
atrapada en los enlaces químicos de la
molécula de glucosa. Este proceso se conoce
como fotosíntesis.
La luz permite que la clorofila junto con otras
moléculas presentes en los cloroplastos,
sinteticen
(fabriquen)
dos
moléculas
esenciales para la síntesis de glucosa, como
son el ATP y el NADPH. Sin estas moléculas el
cloroplasto no podría formar sacarosa o
glucosa.
Las plantas acumulan la glucosa en forma de
almidón, es decir, el almidón está formado
por muchas moléculas de glucosa.
a. ¿Qué ocurriría con la fotosíntesis, si una
planta está deshidratada o con estrés
hídrico?
b. ¿Las plantas del desierto harán más
fotosíntesis al recibir más luz solar? Plantea
una hipótesis y discútela con tus
compañeros
c. ¿En qué órgano las plantas acumulan la
sacarosa y el almidón?
Cómo habrás aprendido, la fotosíntesis está regulada por diversos factores ambientales, y
gracias a ella existe vida en el planeta. Tanto los animales como los seres humanos, nos
alimentamos de los órganos en los cuales las plantas acumulan los hidratos de carbono
(sacarosa o almidón), es por esto que somos heterótrofos (nos alimentamos de otro). Las
plantas, en cambio, son organismos autótrofos (auto= a si mismo; trofo= alimento) capaces
de utilizar directamente la energía solar y transformarla, permitiendo así le entrada de ésta a
otros eslabones del ecosistema.
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FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
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GUÍA 2. FLUJO DE MATERIA Y DE ENERGIA ENTRE LAS TRAMAS TRÓFICAS
Te has preguntado ¿de dónde obtenemos la energía para realizar las distintas actividades
diarias? ¿De dónde obtiene la energía un animal, un pez, un ave, una bacteria, un insecto? Y
una planta, ¿de dónde obtiene la energía?
Seguramente recordarás que las plantas y las algas son capaces de utilizar la energía solar
para sintetizar (fabricar) hidratos de carbono, como el almidón y la sacarosa, los que son
utilizados por cada una de sus células para la obtención de energía, entendiendo por energía
la capacidad para realizar un trabajo, una actividad. Así, las plantas y las algas pueden crecer,
reproducirse y realizar todas sus actividades. Los animales en cambio, son heterótrofos.
Cuando hablamos de energía debemos considerar dos cuestiones importantes. Veamos
cuáles son estas dos consideraciones que siempre debemos tener presente:
a. ¿Quién representa la fuente de energía primaria en este esquema?
b. ¿Qué representan ambas flechas?
c. Para que el árbol de espino produzca abundante leña para fabricar carbón, ¿qué se requiere
que ocurra? Menciona algunas condiciones.
d. ¿La energía que emana del carbón desaparece?
e. ¿Cuáles serían tus dos conclusiones más importantes extraídas del análisis de esta figura?
Discute éstas con tus compañeros.
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Como podrás haber concluido, el sol es la fuente que entrega energía a las plantas quienes la
transforman en energía química que queda en los hidratos de carbono (almidón y sacarosa)
que la planta sintetiza gracias a la energía solar. La energía presente en los hidratos de
carbono permite a las plantas crecer y formar nuevas ramas, es decir, formar materia seca
que se transformará finalmente en carbón. En cada uno de los eslabones del esquema
mostrado, se observa la liberación de energía en forma de calor, el cual es aprovechado al
máximo cuando se quema el carbón y nos calentamos. Cada ser vivo obtiene materia y
energía en forma variada. A continuación analizaremos cómo ocurre esto entre los seres
vivos que habitan ecosistemas diferentes, ya sean marítimos o terrestres.
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a.
b.
c.
d.
e.
Observa el esquema y responde:
¿Qué representan las flechas de este esquema?
¿De qué se alimenta el insecto?
¿Quién come al insecto y quién come al sapo?
¿Hay algún ser vivo que pueda alimentarse del águila?
¿Cómo se llaman los animales que se alimentan de plantas y aquellos que se
alimentan de carnes?
Los seres vivos, al interior de un determinado ecosistema se agrupan en niveles tróficos
(trofo=alimento). Existen diferentes niveles tróficos dependiendo del eslabón que cada uno
de éstos ocupe. Analicemos esto a continuación:
Niveles tróficos
Productores: pertenecen a este eslabón las plantas, las algas y algunas bacterias
(cianobacterias). Todos estos organismos son autótrofos, fotosintéticos, es decir, sintetizan a
partir de materia inorgánica como el CO2 y el H2O, hidratos de carbono (almidón y sacarosa)
utilizando para ello la energía solar.
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Consumidores: pertenecen a este eslabón todos los organismos heterótrofos; es decir,
organismos que se alimentan de otro ser vivo. Existen dos tipos de consumidores: los
herbívoros o consumidores primarios, y los carnívoros o consumidores secundarios.
Descomponedores: pertenecen a este eslabón todos los organismos que se alimentan de
restos de otro organismo muerto o en descomposición. Los descomponedores cumplen la
función de transformar la materia orgánica presente en los seres vivos (proteínas, hidratos
de carbono, lípidos), en materia inorgánica (CO2, Nitrógeno, Fósforo, etc.). Entre los
organismos descomponedores se encuentran los hongos y muchas bacterias.
La relación alimenticia lineal entre un eslabón y otro forma una cadena trófica; sin embargo,
en la naturaleza lo más común es que se formen tramas o redes tróficas que son conjuntos
de cadenas interconectadas en un ecosistema.
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FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
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a.
b.
c.
d.
Observa el esquema y responde:
¿Quién representa un consumidor terciario?
¿El esquema representa una trama o una cadena trófica? Fundamenta tu respuesta.
¿Qué papel cumplen los descomponedores en el ecosistema?
¿Por qué se dice que la materia y la energía “fluyen” de un nivel trófico a otro?
A veces existen plagas de roedores que llegan a las grandes ciudades desde lugares
aledaños; esto normalmente se debe a la ausencia de sus depredadores naturales como las
lechuzas y las águilas. Es por esta razón que la caza de aves debe ser prudente y ojala no
existir, ya que las poblaciones naturales poseen mecanismos que les permiten regular su
tamaño. Cada vez que interviene el hombre consumiendo en forma desmedida un
determinado organismo, se produce un desequilibrio en las cadenas o tramas tróficas.
Flujo de Energía en el ecosistema
Dado que la energía entra a los ecosistemas mediante la absorción fotosintética, es que la
energía fluye en forma lineal desde los productores a los consumidores y de éstos a los
descomponedores; es decir, se traspasa de un individuo a otro en las cadenas o tramas
tróficas. Cada vez que nos alimentamos de verduras, legumbres, frutas, el aporte energético
es mucho más alto que cuando nos alimentamos de carne de animales herbívoros o
carnívoros, como son algunos peces o mariscos. En cada nivel trófico una parte de la energía
se libera en la respiración y se cede al medio en forma de calor, es por esto que se afirma que
en los ecosistemas la energía fluye en forma piramidal.
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FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
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Mientras más alto se llega en la pirámide existen menos individuos y menos energía. Una
forma de manifestar el nivel energético en cada eslabón es mediante la producción de
biomasa o materia seca. Generalmente la biomasa es mayor a nivel de los productores en
comparación con los descomponedores.
Todos los niveles tróficos son indispensables para mantener el equilibrio de materia y energía
en los ecosistemas. La materia que queda producto de la descomposición de los organismos,
es la fuente que permite el reciclaje de la materia inorgánica, así, a través del ciclo de la
materia, se mantiene la vida.
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GUÍA 3. CICLO DE LA MATERIA
Te has preguntado, ¿por qué el agua no se termina en nuestro planeta? O, ¿por qué siempre
hay oxígeno para respirar?
¿Qué sucede con las moléculas que forman parte
de la materia en descomposición o muerta? Por
ejemplo, la materia que constituye parte de la
lámina de esta hoja, ¿desaparece cuando cae al
jardín?
En esta guía, intentaremos ahondar en la respuesta
a éstas y otras preguntas. Te invitamos a realizar la
actividad que se señala a continuación.
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Descubriendo el Ciclo del agua
Necesitarás:
1 bolsa con hielo.
1 termómetro.
2 platos.
1 hervidor eléctrico.
1. Coloca unos cubos de hielo sobre un plato y controla la temperatura del hielo. Anota en tu
cuaderno ese valor.
2. Deja el plato a temperatura ambiente y observa lo que va sucediendo a medida que transcurre
el tiempo. Al cabo de 30 minutos, después que el hielo se ha derretido, vuelve a controlar la
temperatura del agua.
3. Coloca agua en el hervidor y haz que hierva. Controla la temperatura del agua con mucho
cuidado, antes y después que está hirviendo. Anota esos valores.
4. Coloca sobre el vapor de agua un plato que esté helado o a temperatura ambiente. Observa y
anota.
5. ¿Qué observaciones realizaste de esta actividad? ¿Qué sucede con la temperatura del agua en
sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso?
6. ¿Qué entiendes tú por fusión, evaporación y condensación? ¿Qué ocurre con la temperatura
durante estos procesos de cambio de estado?
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FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA
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El Ciclo del agua
Como podrás apreciar en la imagen, el agua es una molécula que cicla en la naturaleza. Toda
el agua que se elimina por transpiración de plantas y animales, el agua que es parte de lagos,
los ríos, los mares, etc. se evapora hacia la atmósfera en donde se condensa formando las
nubes. Por choque de nubes con diferentes cargas eléctricas y por cambios de temperatura,
el agua en estado gaseoso que se encuentra formando parte de las nubes, pasa a estado
líquido y precipita en forma de lluvias.
Responde las siguientes preguntas:
a. ¿En qué estado se presenta el agua en los glaciares y qué importancia tienen éstos en el
planeta? ¿Existen glaciares en Chile? Dónde están?
b. ¿Dónde va el agua de las alcantarillas? ¿Esta agua se evapora?
c. ¿Qué ventajas para la vida, proporciona el fenómeno de filtración del agua?
d. ¿Es correcto pensar que el agua del mar no se evapora por la presencia de sal?
Fundamenta tu respuesta.
e. ¿Qué ventaja representan los bosques en el ciclo del agua? ¿En qué zonas de Chile existen
bosques?
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Analicemos ahora el papel que juega el átomo de carbono en la naturaleza.
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a.
b.
c.
d.
e.
f.
Observa y responde las preguntas
¿Quiénes aportan CO2 a la atmósfera?
¿Mediante qué proceso el CO2 es incorporado a las cadenas tróficas?
¿Qué importancia tienen los bosques en la regulación del CO2 atmosférico?
¿Qué riesgo representan las fábricas, la combustión de bencina u otros combustibles?
¿Qué relación existe entre el petróleo y el carbono?
¿Qué relación existe entre el CO2 y el efecto invernadero?
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El Ciclo del Carbono
El carbón es un elemento que forma parte de los océanos, del aire, las rocas, de los suelos y
de los seres vivos, quienes aportan carbono a la atmósfera mediante la respiración, al liberar
CO2. A su vez, las plantas a través del proceso de fotosíntesis incorporan este CO2
atmosférico al interior de los cloroplastos en donde llega a formar parte de moléculas
orgánicas, tales como los hidratos de carbono de diferentes tamaños. Algunos de estos
hidratos de carbono, llegan a constituir parte de proteínas, de lípidos y de ácidos nucleicos.
De tal manera que, el carbono presente en estas moléculas orgánicas, es traspasado a otros
eslabones de la cadena trófica (herbívoros, carnívoros).
Otra parte importante del ciclo del carbono es el aporte que realizan los organismos
muertos. Cuando plantas y animales mueren la materia descompuesta queda enterrada y
tras millones y millones de años, se convierte en combustible fósil. Cuando los seres
humanos queman combustibles fósiles para dar energía a sus fábricas, plantas eléctricas,
automóviles y camiones, la mayoría del carbón penetra la atmósfera rápidamente en forma
gas (CO2). Cada año, cinco mil quinientos millones de toneladas de carbón son liberadas en
forma de combustibles fósiles quemados.
El CO2 es considerado además, un gas de invernadero que atrapa al calor que hay dentro de
la atmósfera. Sin éste y otros gases de invernadero, la tierra sería un lugar helado. Pero los
seres humanos han quemado tanto combustible que hay aproximadamente 30% más CO2 en
el aire de hoy que hace 150 años. De acuerdo a la información obtenida de las capas de hielo,
la atmósfera no había contenido una cantidad tal de carbono desde hace aproximadamente
420.000 años. El reciente aumento en los gases de invernadero en nuestra atmósfera, como
el CO2 está haciendo que nuestro planeta se caliente más.
Ref: http://www.windows2universe.org/earth/Atmosphere/chemical__composition
De acuerdo a lo que has leído ¿Por qué se dice que la materia cicla en la naturaleza? ¿Qué
significa la palabra “ciclo”?
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Ciclo del Oxígeno
El oxígeno en la atmósfera se encuentra como molécula, es decir, como O2. Esta molécula es
incorporada en los organismos aeróbicos, es decir, que respiran oxígeno, como plantas,
animales, hongos, algas, protozoos, etc., durante el proceso de respiración y como producto
de este proceso se libera dióxido de carbono (CO2).
Las plantas incorporan el CO2 durante el proceso de fotosíntesis, y producto de este proceso
ellas liberan O2 a la atmósfera, re-estableciendo así el O2 consumido en la respiración
aeróbica. La atmósfera posee casi un 20% de oxígeno, sin este gas no existiría una gran parte
de los seres vivos que habitan la tierra.
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Esquematiza y responde
a.
b.
c.
d.
Realiza un esquema en donde representes el ciclo del oxígeno
¿Qué papel cumplen los bosques y las plantas marinas en este ciclo?
Menciona 5 ejemplos de organismos aeróbicos
¿Cómo podría alterarse el ciclo del oxígeno?
Cuando un átomo cicla en la naturaleza, normalmente lo hace como molécula; así por
ejemplo el átomo de carbono cicla como CO2, el hidrógeno como H2O y el oxígeno como O2.
Dado que los átomos o las moléculas ciclan y éstas representan tanto a la materia como a la
energía, es común afirmar que la materia y la energía no se destruyen, sólo ciclan en la
naturaleza, por lo tanto, se conserva.
En las grandes ciudades, la contaminación de las fábricas, la combustión de los derivados del
petróleo, alteran los niveles de CO2, produciendo un aumento de éste y con ello un aumento
en el efecto invernadero. Otro ejemplo, es la tala de bosques lo que afecta el ciclo del agua,
ya que los árboles absorben grandes cantidades de agua y la retornan a la atmósfera
mediante el proceso de transpiración; al disminuir las extensiones de bosques, el agua de las
lluvias drenan a los ríos y mares, produciendo sequías y erosión de los suelos. Así toda acción
desequilibrada afecta al ciclo de la materia y con ello se afecta la calidad de nuestra vida.
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