BOTANICA APLICADA – TEMA 3 Tema 3: La función de los
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BOTANICA APLICADA – TEMA 3 3 Tema 3: La función de los vegetales en los ecosistemas. 1. Fotosíntesis La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila , como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera terrestre —la zona del planeta en la cual hay vida— procede de la fotosíntesis. La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz. La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica , aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad , la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa. Fase primaria o lumínica La fase lumínica de la fotosíntesis es una etapa en la que se producen reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila. La clorofila es un compuesto orgánico, formado por moléculas que contienen átomos de carbono, de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio. Estos elementos se organizan en una estructura especial: el átomo de magnesio se sitúa en el centro rodeado de todos los demás átomos. Molécula de clorofila La clorofila capta la luz solar, y provoca el rompimiento de la molécula de agua (H 2 O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, el enlace químico que mantiene unidos al hidrógeno y al oxígeno de la molécula de agua, se rompe por efecto de la luz. El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente, y la energía no utilizada es almacenada en moléculas especiales llamadas ATP . En consecuencia, cada vez que la luz esté presente, se desencadenará en la planta el proceso descrito. Fase secundaria u oscura La fase oscura de la fotosíntesis es una etapa en la que no se necesita la luz, aunque también se realiza en su presencia. Ocurre en los cloroplastos y depende directamente de los productos obtenidos en la fase lumínica. En esta fase, el hidrógeno formado en la fase anterior se suma al dióxido de carbono gaseoso (CO 2 ) presente en el aire, dando como resultado la producción de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos ; es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en moléculas de ATP que da como resultado el carbohidrato llamado glucosa (C 6 H I2 O 6 ) , un tipo de compuesto similar al azúcar, y moléculas de agua como desecho. Después de la formación de glucosa, ocurre una secuencia de otras reacciones químicas que dan lugar a la formación de almidón y varios carbohidratos más. A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento. Cada uno de estos procesos no requiere de la participación de luz ni de la clorofila, y por ende se realiza durante el día y la noche. Por ejemplo, el almidón producido se mezcla con el agua presente en las hojas y es absorbido por unos tubitos minúsculos que existen en el tallo de la planta y, a través de éstos, es transportado hasta la raíz donde se almacena. Este almidón es utilizado para fabricar celulosa , el principal constituyente de la madera. El resultado final, y el más trascendental, es que la planta guarda en su interior la energía que proviene del Sol. Esta condición es la razón de la existencia del mundo vegetal porque constituye la base energética de los demás seres vivientes. Por una parte, las plantas son para los animales fuente de alimentación, y, por otra, mantienen constante la cantidad necesaria de oxígeno en la atmósfera permitiendo que los seres vivos puedan obtener así la energía necesaria para sus actividades. Algas Bacterias al microscopio Bacterias Hojas verdes Importancia biológica de la fotosíntesis La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la biósfera por varios motivos: 1. La síntesis de materia orgánica a partir de la materia inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas , para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. 2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química , necesaria y utilizada por los seres vivos 3. En la fotosíntesis se libera oxígeno , que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. 4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva , que era anaerobia y reductora. 5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. 6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis. Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis. 2. Producción de Biomasa “Se considera biomasa a un grupo de productos energéticos y materia primas de tipo renovable que se originan a partir de materia orgánica formada por vía biológica “. Quedan pues fuera de este concepto los combustibles fósiles y las materias orgánicas derivadas de éstos (los plásticos y la mayoría de los productos sintéticos) ya que, aunque aquellos tuvieron un origen biológico, su formación tuvo lugar en tiempos remotos. La biomasa es una energía renovable de origen solar a través de la fotosíntesis de los vegetales. En la figura adjunta se puede ver la situación de la biomasa dentro de las energías renovables. Según la directiva 2003/30/CE: biomasa es “fracción biodegradable de productos de desecho y residuos procedentes de la agricultura, silvicultura y de las industrias relacionadas, así como de la fracción biodegradable de residuos industriales y municipales”. De forma general se puede decir que cualquier definición de biomasa debe englobar principalmente dos términos: orgánico y renovable. La biomasa como fuente energética Desde tiempos remotos el hombre ha utilizado la biomasa como fuente energética para realizar sus tareas cotidianas. Cuando el uso de combustibles fósiles comenzó a tomar fuerza, la biomasa se vio relegada a un plano inferior, donde su aportación a la producción de energía primaria era insignificante. En la actualidad debido a diversos factores, detallados a continuación, ha habido un resurgimiento de la biomasa como fuente energética. Los factores responsables de favorecer la biomasa como fuente energética son: • El encarecimiento del precio del petróleo. • El aumento de la producción agrícola. • Necesidad de buscar usos alternativos a la producción agrícola. • Cambio climático. • Posibilidad de utilizar los conocimientos científicos y técnicos para optimizar el proceso de obtención de energía. • Marco económico favorable para el desarrollo de plantas que utilizan biomasa como combustible, gracias a las subvenciones a la producción que reciben las plantas generadoras de energía con esta fuente. • Dificultad normativa para desarrollar otro tipo de proyectos, dejando a la biomasa como la alternativa más razonable para rentabilizar una inversión económica. 3. Equilibrio de gases en la atmósfera La atmósfera controla el clima y el ambiente en que vivimos. Muchos seres vivos utilizan los gases atmosféricos en sus procesos vitales. Así pues, las plantas emplean el dióxido de carbono en la fotosíntesis y animales y plantas respiran oxígeno. La composición actual de la atmósfera se debe a la actividad de la biosfera (fotosíntesis). Sin embargo, la actividad humana está modificando su composición. El aumento de las emisiones de dióxido de carbono procedente de los combustibles fósiles o de metano procedente de la ganadería acentúan el efecto invernadero. Los óxidos de nitrógeno o de azufre procedentes de las chimeneas de las industrias causan la lluvia ácida. Los seres humanos también dependemos de la atmósfera para sobrevivir, ya que respiramos oxígeno, pero además utilizamos la energía del viento para mover molinos, barcos a vela o en los aerogeneradores que producen electricidad. 4. Generación del suelo La roca, al ser meteorizada, queda alterada en el mismo lugar donde afloró en la superficie terrestre. Se va formando por este proceso un manto homogéneo y rico en nutrientes, por lo que es colonizado rápidamente por seres vivos, como plantas o las lombrices de la imagen. La acción de estos seres transforma este manto homogéneo apareciendo zonas diferenciadas llamadas horizontes. Suelo, geológicamente hablando, es la capa más superficial, móvil y suelta de la corteza terrestre, resultado de la meteorización y de la acción de los seres vivos. La ciencia que estudia los suelos se llama Edafología. La formación de un suelo depende de factores tan diversos como son: • La roca madre Es la roca que genera el suelo. Cuanto más dura sea esta roca, más tardará en meteorizarse y transformarse en suelo. • El clima En climas húmedos las rocas se meteorizan antes debido a la acción del agua. Esto permitirá que se forme mejor que en un clima seco. • El relieve Cuando el relieve es suave los productos de la meteorización quedan donde se encontraba la roca madre, generando un suelo. Si el relieve es abrupto los fragmentos de roca meteorizada son arrastrados rápidamente hacia otros lugares. Por eso en estas zonas es más difícil que se forme un suelo con todos los horizontes, es decir, un suelo evolucionado. 5. Descomposición de la materia orgánica Para que las plantas tengan nutrientes en el suelo, es imprescindible que la materia organica muerta se descomponga. Los encargados de esta descomposición son bacterias y, principalmente, hongos. Los hongos NO SON PLANTAS. son organismos eucariontes y saprótrofos, es decir que se alimentan de materia orgánica muerta: restos de plantas y animales, sustancias de desecho, productos sintéticos y cualquier elemento soluble que difunda en el medio. Necesitan compuestos carbonados ricos en energía elaborados por otros organismos; son descomponedores por excelencia cumpliendo un papel muy importante en los ciclos de los nutrientes junto con las bacterias, actinomycetes y protozoos. Cualquier especie fúngica es capaz de descomponer sólo ciertos compuestos orgánicos (celulosa, quitina, queratina, lignina, proteínas, hidrcarburos, etc.) y un cierto número de microorganismos incluyendo a bacterias y protozoos, son requeridos para llevar a cabo la completa descomposición del residuo, existiendo una secuencia que depende de sus habilidades nutricionales. Algunas especies inician el proceso de descomposición, pero su actividad se detiene ante la acumulación de determinados metabolitos (productos del metabolismo) o por la incapacidad de proseguir el desdoblamiento por falta de enzimas adecuadas, siendo reemplazadas por otros que continúan y terminan el proceso. Asimismo, los hongos pueden vivir a expensas de tejidos vivos de un organismo, absorbiendo azúcares y aminoácidos simples de las células vivas del hospedante (biótrofos), por lo que ocasionan enfermedades; o bien le causan la muerte por toxinas o la destrucción de tejidos por enzimas y luego utilizan la materia orgánica (necrótrofos). También pueden intercambiar sustancias asociándose con otros organismos (simbiosis), tales como cianobacterias o algas verdes para formar los líquenes, o pueden encontrarse en el suelo vinculados con raíces de plantas superiores, formando micorrizas. Morfológicamente pueden ser unicelulares o más comúnmente estar formados por hifas, que en conjunto forman el micelio; pudiéndoselos encontrar en todo tipo de ambientes, terrestres o acuáticos, ocupando diferentes nichos ecológicos, con producción de esporas de distinto tipo y origen, dispersadas por el viento, agua o vectores tales como insectos o vertebrados. Son organismos aeróbicos o anaeróbicos, (es decir que dependen o no del oxígeno para vivir), por lo que muchos de ellos son utilizados por el hombre para la elaboración del vino, pan, quesos, ácidos grasos, antibióticos y otros productos químicos. 6. Regulación del clima Las plantas regulan el clima de la Tierra mediante la fotosintesis. En la fotosíntesis el CO2 que es producido por diferentes actividades humanas y de otros animales, llega a los cloroplastos donde reacciona con agua que es recolectada por medio de la raíz. Los rayos del sol que son colectados por la clorofila detonan la reacción del agua y CO2. La reacción es la siguiente: 6(CO2) + 12(H2O) -------> C6H12O6 + 6(O2) + 6(H2O) +ATP Como puedes ver se produce ATP( Trifosfato de adenosina), glucosa, agua y oxigeno que es liberado al ambiente. En conclusión: Los arboles toman CO2 del ambiente y lo transforman en energía para su propia subsistencia, si el CO2 no es tomado por los arboles el CO2 llegara a la atmósfera y formara una capa que evitara que los rayos del sol salgan de la Tierra (esto se llama EFECTO INVERNADERO) y si estos rayos no salen de la tierra la temperatura se incrementarían lo que seguramente agravaria aun más el cambio climático.(huracanes, tormentas, derretimientos de los polos, etc) Además de todo esto, las plantas al retener y absorver humedad tambien suavizan el clima de su alrededor, provocando un cambio microclimatico. 7. Participación en el ciclo del agua El agua existe en la Tierra en tres estados: sólido (hielo, nieve), líquido y gas (vapor de agua). Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio: el agua de la superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se filtra por la tierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. La circulación y conservación de agua en la Tierra se llama ciclo hidrológico, o ciclo del agua. Cuando se formó, hace aproximadamente cuatro mil quinientos millones de años, la Tierra ya tenía en su interior vapor de agua. En un principio, era una enorme bola en constante fusión con cientos de volcanes activos en su superficie. El magma, cargado de gases con vapor de agua, emergió a la superficie gracias a las constantes erupciones. Luego la Tierra se enfrió, el vapor de agua se condensó y cayó nuevamente al suelo en forma de lluvia. El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea. Este proceso es la percolación. Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. Al evaporarse, el agua deja atrás todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que también purifica el agua, y es parte del ciclo: la transpiración de las plantas. Las raíces de las plantas absorben el agua, la cual se desplaza hacia arriba a través de los tallos o troncos, movilizando consigo a los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores, se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua. Este fenómeno es la transpiración. La transpiración es el transporte y evaporación de agua desde el suelo a la atmósfera a través de las plantas, principalmente a través de las hojas. Mientras los estomas están abiertos y el agua se evapora en las hojas, las raíces incorporan agua desde el suelo y el transporte ascendente del agua en la planta es continuo. El 10% de vapor de agua de la atmósfera se debe a este fenómeno, mientras que el 90% restante se debe a la evaporación de las superficies acuosas, océanos, lagos, ríos principalmente. La transpiración de las plantas, eleva la humedad del aire circundante y aumenta las precipitaciones, por lo que las zonas boscosas tienen un mayor índice de pluviosidad que los terrenos a los que se les ha despojado de su bosque natural debido a las talas masivas a los que se les ha sometido. El volumen de agua transpirada por las plantas es variable y depende de varios factores. Así por ejemplo, los cultivos tradicionales, como el maíz, pueden transpirar diariamente entre 5 y 10 litros por metro cuadrado de terreno ocupado; y especies de humedales como la espadaña tienen una transpiración diaria, en verano, muy elevada, entre 15 y 20 litros por metro cuadrado y especies arbóreas como el roble, pueden transpirar 150.000 litros por año. El efecto combinado de la transpiración de las plantas y la evaporación del suelo recibe el nombre de evapotranspiración. 8. Protección contra la erosión Se dice que uno de los principales problemas ocasionados por las actividades humanas excesivas es la erosión. ¿Qué significa esto? ¿Por qué la erosión es un problema? Conocer qué es y cómo se origina la erosión es el primer paso para comprender por qué nos ocasiona problemas. La erosión no es más que la pérdida del suelo (polvo y piedras que se van poco a poco). Este fenómeno ocurre cuando no hay protección en la superficie del terreno; por lo tanto, la lluvia, al caer, puede azotar y arrancar partes del suelo y arrastrarlas a su paso; el viento puede levantar las partículas más livianas y eliminar la cubierta superior del suelo; también los vehículos y animales que pasan constantemente sobre un suelo desprotegido y con pendiente lo desprenden, así como la agricultura intensiva, que desgasta las capas superiores cuando se ara, lo que destruye las plantas con todo y sus raíces. La falta de suelo provoca dos problemas principales. El primero se manifiesta en la agricultura, porque al perderse el suelo también se pierden muchos nutrientes para las plantas; por lo tanto, los suelos muy erosionados ya no pueden producir alimentos y deben ser abandonados. El segundo problema se presenta si la erosión ocurre en las pendientes inclinadas; entonces, puede ocasionar deslaves que ponen en peligro la vida de quienes se encuentren a su paso. Las raíces y su función ecológica Las raíces permiten a las plantas sujetarse al suelo y adquirir el agua y nutrientes necesarios para realizar sus funciones vitales, en primera instancia; al mismo tiempo, desempeñan una función ecológica importante porque su estructura forma una especie de malla que protege la tierra, evitando que se desprenda ante los elementos que la golpean; adicionalmente, al adherirse a las partículas del suelo, lo mantienen unido como si tuviese una especie de pegamento y, por último, absorben el exceso de agua que al acumularse debilita el terreno haciendo que se desprenda, como en el caso de las pendientes inclinadas. Todavía algo mejor: entre mayor es la cantidad de raíces a lo largo y a lo ancho, más protegido queda el suelo porque más grande es la malla que lo cubre. De ahí que se diga que las raíces son retenedoras de suelos. Su importancia es tal que, aun cuando se eliminen los vegetales que cubren un suelo, sus raíces enterradas pueden mantenerlo sujeto durante meses o incluso años, mientras permanezcan dentro de aquél sin desintegrarse. 9. Recursos vegetales, clasificación. Recursos vegetales son todos los elementos del reino de las plantas y afines (Monera, Fungí y Protista) que el hombre utiliza para satisfacer sus necesidades; por ejemplo. Las bacterias empleadas en las fermentaciones; las cianobacterias, como la Spirulina (espirulina), de alto valor alimenticio; los diversos Tipos de hongos comestibles; y desde luego, las plantas con semilla (gimnospermas y angiospermas), que suministran elementos esenciales para la nutrición y numerosas materias primas para la industria moderna. Existen dos grandes grupos de recursos vegetales: los no forestales, representados por comunidades de plantas herbáceas (pastizales), y los forestales, constituidos por los bosques templados, los bosques tropicales y los matorrales. México puede considerarse un país forestal, ya que el 70% de su territorio presenta vegetación formada por comunidades de matorral, bosques templados y bosques tropicales. Clasificación de los recursos vegetales Recursos forestales Recursos no forestales Bosques Matorrales Pastizales Bosques templados Bosques tropicales
