El ambiente físico
47
-
Upload
steven-moreno -
Category
Documents
-
view
127 -
download
1
Transcript of El ambiente físico
Abundante sobre la mayor parte de la superficie terrestre
Sus propiedades térmicas son favorables para la vida
Cambiar la temperatura del agua requiere gran cantidad de energía calórica
Rápida conductora del calor
Calor Específico
Conductividad Térmica
•Las temperaturas de los organismos y de los ambientes acuáticos tienden a mantenerse constantes y homogéneas
•Resiste el cambio de estado entre las fases sólida, líquida y gaseosa
•El agua se vuelve menos densa a medida que se enfría por debajo de los 4ºC
H2O DISOLVENTE UNIVERSALH2O DISOLVENTE UNIVERSAL
La cantidad de agua que contiene el suelo y la disponibilidad depende de su estructura
En conjunto estas partículas constituyen el esqueleto del suelo
No desempeña un papel importante en sus transformaciones químicas
En conjunto estas partículas constituyen el esqueleto del suelo
No desempeña un papel importante en sus transformaciones químicas
•Los suelos que más retienen agua son los arcillosos y limosos
La disponibilidad de agua en el suelo está determinada sólo parcialmente por la cantidad de agua presente
El agua muy cercana a la superficie de las partículas se adhiere fuertemente a estas
La potencia de estas fuerzas se denomina potencial hídrico
La atracción capilar retiene el agua con una tensión de aproximadamente 0,1 atm
La cantidad de agua retenida contra la gravedad se denomina capacidad de campo del suelo
La mayoría de las plantas pueden ejercer una atracción de unas 15 atm sobre el agua del suelo
Cuando el potencial hídrico del suelo excede las 15 atm la mayoría de las plantas no pueden extraer agua: coeficiente de marchitamiento
Los procesos vitales sólo tienen lugar dentro del rango de temperaturas en el cual el agua es líquida:
Cianobacterias fotosintéticas: 75ºC Arqueobacterias: 110ºC
Las altas temperaturas imparten una elevada energía cinética a los sistemas vivientes
0-100ºC
El calor aumenta la energía cinética de las moléculas y por tanto acelera las reacciones químicas
La velocidad de cualquier proceso biológico aumenta entre dos y cuatro veces por cada 10ºC: Q10
Las enzimas y otras proteínas se tornan menos estables a altas temperaturas y pueden perder su estructura
Las enzimas funcionan bien sólo cuando adoptan la forma correcta
El calor aumenta la energía cinética de las moléculas y por tanto acelera las reacciones químicas
La velocidad de cualquier proceso biológico aumenta entre dos y cuatro veces por cada 10ºC: Q10
Las enzimas y otras proteínas se tornan menos estables a altas temperaturas y pueden perder su estructura
Las enzimas funcionan bien sólo cuando adoptan la forma correcta
Las proteínas de las bacterias termófilas tienen proporciones diferentes de aminoácidos
La estructura de estas proteínas se mantienen estables a temperaturas mayores a los 95ºC
Cuando las células vivas se congelan, la estructura cristalina del hielo puede dañar estructuras celulares
Mantenimiento de la temperatura corporal por encima del punto de congelamiento o resistir el congelamiento o tolerara sus efectos
Sustancias disueltas que interfieran la formación del hielo
Altas concentraciones de glicerol y glucoproteínas en organismos marinos
Algunos invertebrados terrestres pueden contener hasta 30% de glicerol cuando llega el invierno
Agua salada (≈ 3,5% de sales) -1,9ºC
Glicerol al 10% Reduce punto de congelamiento del agua 2.3ºC
Otra solución al congelamiento: el sobre-enfriamiento
El hielo se forma alrededor de un objeto, denominado núcleo
En ausencia de núcleos el agua puede enfriarse hasta 20ºC por debajo de su punto de congelamiento
El sobre-enfriamiento ha sido registrado hasta -8ºC en reptiles y -18ºC en invertebrados
Concentración de iones hidroxilo (H+), ya sea en el ambiente o en el organismo
La acidez se mide en una escala de pH
El pH del agua pura es 7, lo que significa que la concentración de hidroxilos es 10-
7 (0,0000001) moles por litro
Los ácidos fuertes (H2SO4) se disocian más fácilmente cuando están disueltos en el agua
La mayoría de las aguas naturales contienen ácidos débiles (H2CO3) y tienden a mostrar valores de pH cercanos al neutro
Las regiones con precipitación pluvial ácida, o que reciben drenajes de minas de carbón pueden alcanzar pH de 3
Los ácidos fuertes (H2SO4) se disocian más fácilmente cuando están disueltos en el agua
La mayoría de las aguas naturales contienen ácidos débiles (H2CO3) y tienden a mostrar valores de pH cercanos al neutro
Las regiones con precipitación pluvial ácida, o que reciben drenajes de minas de carbón pueden alcanzar pH de 3
Los iones hidroxilo son altamente reactivos
Algunas cianobacterias fotosintéticas pueden sobrevivir a un pH de hasta 4
Bacterias acidófilas pueden tolerar pH cercanos a cero, manteniendo su pH interno entre 6 y 7
Los hidroxilos disuelven metales pesados y aumenta la precipitación de nutrientes como el calcio (Ca+2)
RIO TINTO
Los organismos vivientes están compuestos por elementos unidos entre si en moléculas orgánicas
Forman la estructura del organismo y contienen la energía necesaria para mantener el organismo
En los sistemas biológicos una de las transformaciones más frecuentes es la reducción química del carbono
La oxidación quita los electrones de los átomos de Carbono liberando potencial energético
El CO2 es una forma oxidada del Carbono
Para liberar esta energía las plantas y los animales oxidan el Carbono nuevamente a CO2: Respiración
Fotosíntesis: CO2 C6H1206
La Fotosíntesis y la Respiración comprenden la reducción y la oxidación complementarias del Carbono y el Oxígeno
Las plantas asimilan más Carbono en la fotosíntesis que el que oxidan en la respiración
El CO2 tiene una concentración atmosférica muy baja (≈0,03%)
Las plantas evaporan más o menos 500 g de agua de sus hojas por cada gramo de Carbono asimilado
El Oxígeno a menudo es limitante para los animales de hábitats acuáticos
Baja solubilidad y baja velocidad de difusión
Por debajo del límite de penetración de la luz, en sedimentos y suelos anegados, no se puede producir oxígeno por fotosíntesis
Concentración en la
atmósfera:
0,21 cm3 /cm3
Concentración en el agua:
0,01 cm3 /cm3
A medida que los organismos utilizan el Oxígeno, su hábitat puede experimentar carencia de Oxígeno disuelto
Las capas más profundas del agua en lagos y los sedimentos cargados de materia orgánica se denominan Anóxicos
Elemento FunciónNitrógeno (N) Componente estructural de las proteínas y los
ácidos nucleicos
Fósforo (P) Componente estructural de los ácidos nucleicos, los fosfolípidos y los huesos
Azufre (S) Componente estructural de muchas proteínas
Potasio (K) Principal soluto en las células animales
Calcio (Ca) Componente estructural de huesos y del material entre las células de las plantas leñosas; regulador de la permeabilidad celular
Magnesio (Mg) Componente estructural de la clorofila; participa en la función de muchas enzimas
Hierro (Fe) Componente estructural de la hemoglobina y de muchas enzimas
Sodio (Na) Principal soluto en los líquidos extracelulares de los animales
Las plantas adquieren los nutrientes minerales en las formas solubles en el agua del suelo
Nitrógeno (NH4+, NO3
-), Fósforo (PO43-),
Calcio Ca2+, Potasio K+, etc.
Su disponibilidad varía con su forma química y con la temperatura, la acidez y la presencia de otros iones
Los iones difunden desde donde son más abundantes hacia donde son menos abundantes
Este movimiento tiende a igualar las concentraciones de los iones entre el organismo y su entorno
El agua también se mueve a través de las membranas: Ósmosis
La tendencia de una solución a atraer agua se conoce como su Potencial Osmótico
Las membranas pueden ser semipermeables o presentar transporte activo
La presión osmótica del agua de mar es de 12 atm y la del agua dulce es prácticamente cero
Los tejidos de los peces de agua dulce tienen mayores concentraciones de sales que el agua circundante: Hiper-osmóticos
Peces marinos: Hipo-osmóticos
La absorción de energía radiante depende de la naturaleza de la sustancia absorbente
El agua sólo absorbe débilmente la luz en la región visible del espectro
Las hojas contienen varios tipos de pigmentos que absorben la luz y aprovechan su energía
Clorofila y Carotenoides
Contenido de energía de la región fotosintéticamente activa del espectro (400 a 700nm)
Constante solar: 1.400 W/m2
Un hábitat templado en un día claro en verano podría recibir 350 W/m2 de región fotosintéticamente activa
La tasa de fotosíntesis varía en proporción directa con la intensidad luminosa
Compensación:
1 - 2 W/m2
Saturación:30 - 40 W/m2
En el mar el contenido energético de la luz disminuye hasta un 50% a los 10 m y cae a menos del 7% a los 100 m
En la profundidades predomina la luz verde
Las algas que crecen en la superficie absorben mejor la luz azul y roja (algas verdes: Ulva)
En aguas profundas, las algas tienen pigmentos adicionales que les permite utilizar más eficazmente la luz verde (algas rojas: Porphyra)
Ulva
Porphyra
Zonificación de acuerdo al oxígeno en un cuerpo de agua
El agua es 800 veces más densa que el aire
Proporciona soporte a los organismos acuáticos
Los animales y las plantas también contienen huesos, proteínas y sales disueltas, entre otros.
Necesidad de mecanismos que permitan la flotación
Vejigas natatorias en peces
Algunos Kelps grandes tienen bulbos llenos de gas
Muchas algas unicelulares (fitoplancton), contienen gotitas de aceite
(densidad aceite: 0,90-0,93 g/cm3)
Esqueletos y musculatura reducida
Bajas concentraciones de sales en sangre y líquidos corporales (1/3 a 1/2 del agua de mar) en vertebrados acuáticos
Los tiburones y rayas carecen de vejiga natatoria (el carbonato y el fosfato de calcio, tienen densidades cercanas a tres veces la del agua)
La alta viscosidad del agua puede obstaculizar el movimiento de algunos organismos
El aire ofrece mucho menos resistencia al movimiento (1/50 de la viscosidad del agua)
Por el contrario la atmósfera ofrece menos flotación
La alta viscosidad del agua puede obstaculizar el movimiento de algunos organismos
El aire ofrece mucho menos resistencia al movimiento (1/50 de la viscosidad del agua)
Por el contrario la atmósfera ofrece menos flotación
Para sobrevivir en un ambiente complejo y cambiante los organismos deben ser capaces de:
Percibir el cambio ambiental Detectar y localizar los objetos Deambular por el territorio
Las modalidades sensoriales de un organismo dependen de:
Las características físicas de la información disponible en el medio
La forma en que el organismo se relaciona con el ambiente
La historia evolutiva de las especies
La mayoría de los organismos se basan en la luz para percibir el ambiente
Elevados niveles de energía en la porción visible
La luz viaja en línea recta y por lo tanto permite la localización y la resolución precisa de los objetos
Los insectos pueden detectar el movimiento rápido (alas que baten 300 veces/s)
Los humanos no podemos distinguir las imágenes de una película (30 cuadros/s)
La mayoría de los organismos se basan en la luz para percibir el ambiente
Elevados niveles de energía en la porción visible
La luz viaja en línea recta y por lo tanto permite la localización y la resolución precisa de los objetos
Los insectos pueden detectar el movimiento rápido (alas que baten 300 veces/s)
Los humanos no podemos distinguir las imágenes de una película (30 cuadros/s)
Muchos animales que son activos durante la noche, se basan en otras modalidades sensoriales
Las fosetas de las serpientes de la familia Viperidae detectan la radiación infrarroja de sus presas
El sonido es generado por ondas de presión en el aire creadas por movimiento e impacto de los objetos
Las ondas de presión se propagan en todas las direcciones
La intensidad del sonido que proviene de una fuente puntual varía direccionalmente
El olfato es la detección de moléculas que difunden a través del aire o del agua
Son transportadas por corrientes de aire y son persistentes
Algunos animales acuáticos han desarrollado capacidad sensorial para detectar campos eléctricos
En otros hábitats donde la visibilidad es mala, las especies utilizan aletas y barbilla alargadas
En contraste, algunos organismos perciben sólo escasamente su entorno y se basan en el azar para chocar contra las cosas
