Agua y biodiversidad (PDF, 1.7 Mb)

Ciclo de conferencias “El saber del agua”: El Agua y la Vida AGUA Y BIODIVERSIDAD Gloria Vilaclara FES-­‐Iztacala, UNAM Las propiedades del agua son propicias para la vida fincada en moléculas orgánicas de cadenas de carbono (ligados a H, O, N, P, S y otros elementos menos abundantes), en el intervalo de temperaturas de la Tierra, pues asegura las condiciones necesarias dentro de los organismos para su desarrollo: aporte de consBtuyentes químicos disueltos; entorno adecuado para los procesos químicos y eléctricos; substrato o producto en procesos bioquímicos, etc. En suma, la vida orgánica tal como la conocemos opera en un medio acuoso, siendo totalmente dependiente del agua. Las propiedades del agua son propicias para la vida fincada en moléculas orgánicas de cadenas de carbono (ligados a H, O, N, P, S y otros elementos menos abundantes), dentro del intervalo de temperaturas de la Tierra, pues asegura las condiciones necesarias dentro de los organismos para su desarrollo: aporte de consBtuyentes químicos disueltos; entorno adecuado para los procesos químicos y eléctricos; substrato o producto en procesos bioquímicos, etc. En suma, la vida orgánica tal como la conocemos opera en un medio acuoso, siendo totalmente dependiente del agua. Por ejemplo, el agua es escindida y resulta fuente de energía (H) durante la generación de nueva materia orgánica (fotosíntesis oxigénica), proceso que en la historia evoluBva de la Tierra desde su aparición hace más de 3000 ma, ha llevado a tener un excedente de oxígeno (21% de O2 en la atmósfera terrestre); a su vez, el agua se regenera durante el proceso de respiración celular: Fotosíntesis oxigénica:
6CO2 + 6H2O + Luz
anhídrido carbónico + agua +
energía
C6H12O6 + 6O2
glucosa + oxígeno (se elimina
o se incorpora)
Respiración aerobia:
Además, el agua presenta una variabilidad importante en su distribución en los grandes ecosistemas planetarios, los biomas, encontrándose en forma heterogénea en ambientes y microambientes que propician la evolución de las poblaciones de organismos (diversificación de especies) a través de mecanismos de adaptación y especialización. Biomas terrestres Biomas acuáBcos (oceánicos y de aguas epiconBnentales) ¿Y cuáles son estas propiedades que hacen al agua tan imprescindible para la vida orgánica? El agua es una substancia extraordinaria, fundamental para la vida, por las propiedades que emanan de la parBcular estructura de la molécula que la conforma: Hidruro de oxígeno, H2O. Molécula polar El agua es una substancia extraordinaria, fundamental para la vida, por las propiedades que emanan de la parBcular estructura de la molécula que la conforma: Hidruro de oxígeno, H2O. Molécula polar La polaridad de la molécula de agua genera otras propiedades: 1 – El agua es un solvente universal para substancias unidas por fuerzas iónicas (sales), pues por su elevada constante dieléctrica manBene separados los iones al solvatarlos (o hidratarlos, es decir, las moléculas de agua se disponen alrededor de cada ión, orientando en su dirección la carga contraria). Adicionalmente, pequeñas canBdades de materiales disueltos dan como resultado un aumento de la acBvidad química del agua (por ejemplo, el pH ácido del agua de lluvia producto de la disolución del CO2 H2CO3). Halita, NaCl La polaridad de la molécula de agua genera otras propiedades de gran interés para la vida: 2 -­‐ Se establecen atracciones intermoleculares(“enlaces débiles”) llamadas puentes de hidrógeno entre moléculas, que cambian el comportamiento químico esperable a priori: Temperaturas (°C) de ebullición vs. PM de los hidruros del mismo grupo en la tabla periódica H2O
PM: 18
Carbajal y González, 2012 La polaridad de la molécula de agua genera otras propiedades: 2 -­‐ Se establecen puentes de hidrógeno entre moléculas, que cambian el comportamiento químico esperable a priori: Los puentes de hidrógeno entre moléculas de pequeño tamaño son de gran importancia porque confieren al agua propiedades que se corresponden con una mayor masa molecular, como son las elevadas temperaturas de fusión (0°C) y ebullición (100°C), precisamente dentro del intervalo de temperaturas de la Tierra. Carbajal y González, 2012 Producto de la cohesividad de las moléculas de agua por el establecimiento de puentes de hidrógeno, el agua posee un muy elevado Calor específico (CE), es decir, la capacidad de almacenar grandes canBdades de calor. CE = 1 cal/g °C, consecuencia de la gran capacidad para almacenar energía en los puentes de hidrógeno. Producto de la cohesividad de las moléculas de agua por el establecimiento de puentes de hidrógeno, el agua posee un muy elevado CE, o capacidad de almacenar grandes canBdades de calor, por lo que las grandes masas de agua funcionan como amorBguadoras y reguladoras de los cambios térmicos en el ambiente. El agua también posee una alta conducBvidad térmica que permite la distribución rápida y regular del calor cuando el medio es homogéneo… Pero no siempre lo es, pues presenta otra propiedad determinante en la estructuración de los ecosistemas acuáBcos que se combina con su capacidad de almacenar calor: Variación de la densidad del agua con la temperatura. Incrementa la energía cinéBca de las moléculas con el aumento de la temperatura Sólido líquido gasesoso La formación de entramados cristalinos al enfriarse, expande la estructura molecular, por lo que el hielo flota sobre el agua líquida. Máxima compactación (densidad 1 g /cm3) de las moléculas de agua cercano a los 4°C. A medida que incrementa la temperatura se van rompiendo los puentes de hidrógeno, el agua se expande y la densidad disminuye. Llegando al punto de ebullición, el agua se vaporiza El agua también posee una alta conducBvidad térmica que permite la distribución rápida y regular del calor cuando el medio es homogéneo… Pero no siempre lo es, pues presenta otra propiedad determinante en la estructuración de los ecosistemas acuáBcos que se combina con su capacidad de almacenar calor: Variación de la densidad del agua con la temperatura. Incrementa la energía cinéBca de las moléculas con el aumento de la temperatura Sólido líquido gasesoso La formación de entramados cristalinos al enfriarse, expande la estructura molecular, por lo que el hielo flota sobre el agua líquida. Máxima compactación (densidad 1 g /cm3) de las moléculas de agua cercano a los 4°C. A medida que incrementa la temperatura se van rompiendo los puentes de hidrógeno, el agua se expande y la densidad disminuye. Llegando al punto de ebullición, el agua se vaporiza Variación de la densidad del agua con la temperatura: Estructura de la columna de agua Diagrama profundidad vs. Bempo en el embalse Valle de Bravo, Edo. Mex. Variación de la densidad del agua con la temperatura: Estructura de la columna de agua Diagramas profundidad vs. Bempo en el embalse Valle de Bravo, Edo. Mex. Variación de la densidad del agua con la temperatura: Estructura de la columna de agua Cambios en las
especies dominantes
Chroococcales
Bacillariophyceae
Woronichinia naegeliana,
Fragilaria crotonensis,,
Cyclotella ocellata
Microcystis wesenbergii
Tensión superficial del agua Insecto hemíptero paBnador, epineustónico (Gerris sp.) Generalmente son indicadores de aguas limpias, pues aprovechan la elevada tensión superficial en la interfase agua/aire, la cual disminuye en aguas cargadas con materia orgánica. Cladócero hiponeustónico Tensión superficial del agua