Todo junto: el recorrido de la materia y la energía
Objetivo. Explicar por qué la materia circula y la energía se pierde. Recorrer los cuatro ciclos con un ejemplo cada uno. Ubicar un contaminante dentro de una red trófica.
para partir
El Inventario Nacional de Gases de Efecto Invernadero del Ministerio del Medio Ambiente reporta que los bosques y suelos de Chile absorben cada año decenas de millones de toneladas de CO₂, tantas que el sector de uso de la tierra aparece en el inventario con signo negativo: retira más carbono del aire del que emite. Ese número existe porque alguien contó átomos entrando y saliendo de un ciclo, que es exactamente lo que hemos estado estudiando.
Esta unidad tuvo cuatro partes y se ven distintas, pero son la misma historia contada en cuatro tramos: la materia da vueltas y vuelve, mientras que la energía entra una vez y se va como calor. Hoy recorremos el circuito completo, de punta a punta, y dejamos el mapa cerrado.
Antes de partir, decide para ti si estas ideas son verdaderas o falsas. Volvemos a ellas al final:
- La energía también da vueltas por el ecosistema, igual que la materia.
- Las plantas hacen fotosíntesis y los animales hacen respiración, cada uno lo suyo.
- Un contaminante se va diluyendo a medida que sube por la cadena trófica.
La regla que ordena toda la unidad
Si te llevas una sola idea, que sea esta: la materia circula y la energía fluye. Los átomos de carbono que hoy están en tu mano estuvieron en el aire, en una hoja y en un animal, y van a volver al aire. La Tierra no recibe átomos nuevos, así que los que hay se usan y se reusan.
La energía no puede hacer eso. Entra como luz del Sol, pasa por los seres vivos y sale como calor, que ya no sirve para volver a construir nada. Por eso hace falta que el Sol siga saliendo todos los días, mientras que nadie tiene que traernos carbono de afuera.
Cada vez que la energía pasa de un ser vivo al siguiente, una parte se ocupa en moverse, en calentarse y en mantener el cuerpo andando, y esa parte se escapa como calor. El calor está tan repartido que ningún ser vivo lo puede volver a usar para fabricar materia. Por eso la pirámide de energía se angosta hacia arriba y hay pocos depredadores tope.
La energía circula por el ecosistema y vuelve al Sol, igual que el carbono vuelve a la atmósfera.
Los cuatro ciclos, uno por uno
Cada ciclo es el recorrido de un elemento, y todos tienen la misma estructura: un depósito grande donde se guarda, un camino de entrada a los seres vivos y un camino de vuelta.
| Ciclo | Depósito principal | Cómo entra a los seres vivos | Cómo vuelve |
|---|---|---|---|
| Carbono | Atmósfera y océano | Fotosíntesis | Respiración, descomposición, combustión |
| Nitrógeno | Atmósfera (N₂) | Bacterias fijadoras que lo convierten en nitratos | Descomposición y bacterias desnitrificantes |
| Agua | Océanos | Absorción por raíces y bebida | Transpiración, sudor, evaporación |
| Fósforo | Rocas y sedimentos | Meteorización de la roca y absorción por raíces | Descomposición y sedimentación |
El fósforo es el distinto: no tiene fase gaseosa, así que su ciclo es lento y depende de que la roca se desgaste. Por eso el fósforo suele ser el nutriente que se acaba primero en un suelo.
Empareja cada proceso con el ciclo al que pertenece:
Toca un término y luego su definición para emparejarlos.
El motor que mueve la materia
Los ciclos no giran solos: los mueven dos reacciones que son una el revés de la otra.
Fotosíntesis: CO₂ + agua + luz → glucosa + O₂
Respiración celular: glucosa + O₂ → CO₂ + agua + energía
La fotosíntesis toma carbono del aire y lo deja guardado en una molécula, y la respiración lo devuelve al aire liberando la energía guardada. El error que más se repite es creer que las plantas solo hacen fotosíntesis: las plantas también respiran, todo el día y toda la noche. Hacen las dos cosas, y de día fabrican más de lo que consumen, que es la razón por la que crecen.
Una planta encerrada en un frasco oscuro durante tres días pierde masa. ¿Cuál es la mejor explicación?
Quién come a quién, y cuánto llega
Una red trófica es el mapa de por dónde pasa la materia entre los seres vivos: productores que la fabrican, consumidores que se la comen y descomponedores que la devuelven al suelo. La pirámide de energía muestra lo otro: de un nivel al siguiente llega aproximadamente un 10% de la energía, porque el resto se fue en calor y en actividad.
Video: cadenas y redes tróficas (Ciencias con la Bióloga Elena)
Ese 10% explica dos cosas de una vez. Explica por qué las cadenas tienen cuatro o cinco eslabones y no veinte, y explica por qué hay muchísimo pasto y poquísimos pumas: para sostener un depredador tope hace falta una base enorme debajo.
Video: pirámides de energía (Aprende con TALÍA LUND)
Video: flujo de energía y materia a través de los ecosistemas (Khan Academy en Español)
El quintral es una planta que solo logra dispersar sus semillas cuando el monito del monte se come su fruto. Si el monito desapareciera del bosque, ¿qué esperarías que ocurriera?
En un pastizal, los productores fijan 20.000 kcal. Aplicando la regla del 10%, calcula cuánta energía llega a los consumidores primarios, a los secundarios y a los terciarios.
- 1) Consumidores primarios: 20.000 × 0,1 = 2.000 kcal.
- 2) Consumidores secundarios: 2.000 × 0,1 = 200 kcal.
- 3) Consumidores terciarios: 200 × 0,1 = 20 kcal.
- 4) Interpreta: de cada 1.000 kcal que fija el pasto, al depredador tope le llega 1. Esa es la razón de que los grandes depredadores sean pocos y de que necesiten territorios enormes.
Resultado: 2.000, 200 y 20 kcal. Se pierde el 90% en cada paso, y siempre como calor.
El pasajero que no se diluye
Un contaminante entra al ecosistema por las mismas puertas que la materia buena, pero cuando no se puede eliminar hace algo distinto: se queda. Bioconcentración es cuando un organismo lo absorbe directo del agua o del aire; bioacumulación es cuando se le va juntando a lo largo de su vida; y biomagnificación es cuando la concentración sube al pasar de un nivel trófico al siguiente.
La biomagnificación se entiende justamente con el 10%: el depredador se come muchas presas, absorbe casi toda su carga de contaminante y pierde en calor la energía, no el mercurio. Se queda con el contaminante de todas ellas junto. Por eso el pez espada trae mucho más mercurio que la sardina, y no porque nade en un mar más sucio.
Un lago recibe una descarga con un metal pesado. Al medirlo se encuentra en el agua a 0,001 partes por millón, en las algas a 0,04, en los peces pequeños a 0,5 y en las aves que se comen esos peces a 25. Explica qué proceso está ocurriendo y por qué las aves quedan tan por encima del agua.
Cierra el recorrido de la unidad completando el resumen.
En un ecosistema la materia y la energía , porque el calor no se puede volver a usar. El carbono entra a los seres vivos por la y vuelve al aire por la , la descomposición y la combustión. De un nivel trófico al siguiente llega alrededor de un de la energía. Un contaminante que no se elimina hace lo contrario: su concentración al subir de nivel, y a eso se le llama .
El proyecto: tejer esta red con lana
La red de la Fig. 1 se puede tejer de verdad, y eso es lo que hace el proyecto que viene a continuación de esta unidad. Ocupa dos sesiones y su producto es esa misma red armada en la sala: cada persona recibe un organismo del bosque valdiviano, escribe su tarjeta y sostiene un hilo de lana hacia lo que come y otro hacia quien se lo come. Cuando estén todos los hilos puestos, la red queda a la vista y se puede tomar con las manos.
Con la red tejida se hacen dos cosas. Se cortan hilos para simular la extinción de una especie y se mira quiénes se quedan sin sostén, que es lo que se llama una cascada trófica. Después se reparten fichas y se hacen pasar de nivel en nivel aplicando la regla del 10%, así que el 90% que se va como calor se ve caer dentro de una caja.
Se califica con rúbrica, que se entrega impresa el primer día, y la parte individual es una explicación oral corta: qué comes, quién te come y qué le pasa a la red si tu organismo desaparece.
Lo que trae cada uno:
| Material | Para qué | Cuánto |
|---|---|---|
| Ovillo de lana | Los hilos de la red. Sirve la más barata | Uno cada cinco personas |
| Cartulina o cartón firme | La tarjeta de tu organismo | Media hoja |
| Plumones | Que la tarjeta se lea desde el otro lado de la sala | Los que tengas |
| Fichas | El conteo del 10%: porotos, garbanzos o fideos | Unas cincuenta, en bolsa |
| Tijera | Los cortes de la extinción | Una por mesa |
Video: red trófica, ¿qué es la cadena alimenticia? (EduCaixaTV)
síntesis
Para cerrar
Las tres afirmaciones del inicio eran falsas. La energía no circula, fluye en una sola dirección. Las plantas hacen las dos reacciones, fotosíntesis y respiración. Y un contaminante no se diluye al subir: se concentra.
Con esto queda cerrado el recorrido de la materia y la energía en un ecosistema que funciona. Lo que sigue es tomar la red de la Fig. 1 y tejerla con lana para ver con las manos qué la sostiene, y después entrar a qué pasa cuando la actividad humana toca estos mismos ciclos y estas mismas redes.
Piensa sobre tu aprendizaje
- De los cuatro ciclos, ¿cuál te costó más y por qué?
- ¿Cambiaste de opinión en alguna de las tres afirmaciones del inicio?
- Si tuvieras que explicarle esta unidad a alguien en una sola frase, ¿cuál sería?
referencias
Bibliografía
- 01Ministerio del Medio Ambiente de Chile. Sistema Nacional de Inventarios de Gases de Efecto Invernadero. https://snichile.mma.gob.cl
- 02Clark, M., Douglas, M. & Choi, J. (2018). Biology 2e, cap. 46 Ecosystems. OpenStax. https://openstax.org/books/biology-2e
- 03Ministerio de Educación de Chile (2016). Programa de Estudio Ciencias Naturales, 1° medio.
- 04Organización Mundial de la Salud. El mercurio y la salud. https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/mercury-and-health
- 05Campbell, N. & Reece, J. (2007). Biología (7ª ed.). Editorial Médica Panamericana.