flujos de materia y energía en los ecosistemas marinos luz solar es la fuente primaria de energía...
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13Cuaderno del profesorado
Flujos de materia y energía en los ecosistemas marinos
La presente actividad se incluye en la obra denominada “El litoral de Las Palmas de Gran Canaria: Un recurso educativo y medioambiental” que ha sido elaborada entre los años 2002 y 2006 en el Departamento de Biología, como un proyecto de investigación pro-movido por la Unidad Administrativa de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Pal-mas de Gran Canaria y la Obra Social Fundación La Caixa mediante convenio con la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, a través de la Fundación Canaria Univer-sitaria de Las Palmas cofinanciado con fondos FEDER del Programa Operativo Local.
Dirección, responsable científico del proyecto:
Pedro Sosa Henríquez, Catedrático de Universidad del Departamento de Biología de la Universi-dad de Las Palmas de Gran Canaria.
Autores de los contenidos:
Pedro Sosa HenríquezAlicia Escandell BermúdezFrancisco Javier Batista HernándezAna Yoldi MurilloMónica Fanlo DauphinLourdes Medina Pérez
Colaboradores:
Ignacio Reyes DíazLeopoldo O´Shanahan RocaRafael Caballero CassasaAlejandro Godoy NuezAntonio Martín Artiles
Dirección técnica:
Matías Ramos Trujillo, Jefe de la Unidad Administrativa de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria.Rita Gómez Balader, Técnico Superior de Gestión de la Unidad Administrativa de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria.Antonio Rodríguez Santana, Unidad Administrativa de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria.
Edición:
Diseño y maquetación: Oceanográfica: divulgación, educación y ciencia S.L.Fotografías e ilustraciones: Oceanográfica: divulgación, educación y ciencia S.L.Impresión: Imprenta San José S.L.L.
© Contenido: Pedro Sosa Henríquez (et al.)© Edición: Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria.
Depósito Legal: GC-579-2006ISBN OC: 84-690-0473-5ISBN Volumen: 84-690-3035-35
Impreso con papel y tintas ecológicos
Flujo de materia y energíaen los ecosistemas marinos
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Descripción
En esta actividad de aula, el estudiante elaborará cadenas tróficas con organismos
marinos y deberá entender la relación alimenticia de los mismos formando parte de
una red ecológica.
Objetivos
· Distinguir entre cadenas y redes tróficas.
· Reconocer los distintos niveles tróficos de los ecosistemas litorales y marinos y
explicar las interacciones que se producen entre ellos.
· Estudiar los factores que pueden afectar a las cadenas alimenticias marinas.
· Conocer la importancia de todos los elementos que forman parte de una red
rófica marina
· Elaborar cadenas y redes tróficas marinas.
Conceptos-contenidos
Concepto de ecosistema. Nutrición autótrofa y heterótrofa. Niveles tróficos:
productores, consumidores y descomponedores. Cadenas y redes tróficas. Flujo
de materia y energía. Concepto de plancton, bentos y necton. Eutrofización.
Materiales e instrumental
Cuaderno de trabajo. Diccionario de la Lengua Española.
Áreas implicadas Propuesta de trabajo Tiempo
Ciencias Naturales.
Realizar primero de forma individual y,
posteriormente en gran grupo para debatir y
contrastar las respuestas.
2 Horas
Sugerencias
Es posible observar plancton en el laboratorio obteniendo muestras de estos
organismos mediante el arrastre a cierta profundidad (de 1m) de una manga o
red de plancton. Se han de conservar las muestras en alcohol al 70%.
FLUJOS DE MATERIA Y ENERGÍA
EN LOS ECOSISTEMAS MARINOS
El término “ecosistema” se ha convertido en una palabra de dominio común. Sin embargo, no siempre se utiliza correctamente, tal vez porque se desconoce su significado.
Cualquier ecosistema está constituido por una biocenosis y un biotopo. La biocenosis la conforman los seres vivos de ese ecosistema, y el entorno o ambiente que los rodea recibe el nombre de biotopo. Al igual que una familia no es sólo la suma de sus miembros, un ecosistema es algo más que biocenosis y biotopo, ya que entre los componentes de un ecosistema se establecen interacciones, intercambios de materia y energía y relaciones de interdependencia que integran un todo dinámico.
Si bien existen diferentes tipos de relaciones entre los seres vivos que forman un ecosistema, nos centraremos en las de mayor trascendencia a nivel energético, las relaciones de alimentación.
En los ecosistemas las relaciones de alimentación o relaciones tróficas dan lugar a la transferencia y transformación de la energía de un organismo en otro, siguiendo una cadena a la que se denomina cadena trófica.
La luz solar es la fuente primaria de energía para cualquier ecosistema. Esta energía es utilizada por los organismos autótrofos para formar componentes orgánicos a partir de los inorgánicos por el proceso de fotosíntesis. En el mar estos organismos son los vegetales (las algas y fanerógamas marinas) y las bacterias (cianobacterias). Todos ellos constituyen el nivel trófico de los productores, organismos autótrofos, es decir, son capaces de sintetizar la materia orgánica que necesitan.
El resto de los seres vivos de un ecosistema se alimenta directa o indirectamente de estos productores y constituye el nivel trófico de los consumidores. Se trata de organismos heterótrofos, es decir desde el punto de vista alimenticio son dependientes de otros seres vivos.
En la base de una cadena trófica se sitúan los organismos productores, seguidos de los herbívoros o consumidores primarios, que se alimentan exclusivamente de vegetales. A continuación se encuentran los carnívoros o consumidores secundarios, que se alimentan de los herbívoros. A su vez, los consumidores terciarios o superdepredadores se nutren de los carnívoros. Pero además de productores y consumidores, existe un tercer nivel en las cadenas tróficas que es el de los descomponedores. Se trata de organismos que se alimentan de restos vegetales y animales, y llevan a cabo la mineralización de los compuestos orgánicos. Los compuestos inorgánicos resultantes son devueltos al mar para ser reutilizados por los productores, con lo que se consigue cerrar el ciclo de la materia en los ecosistemas.
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¿Qué significa el término trofos?1Trofos: término de origen griego que significa “alimento”; puede
aparecer como prefijo o como sufijo. Viene referido en este caso a
las relaciones alimentarias de los diferentes organismos.
Indica un ejemplo de organismo autótrofo marino. ¿Por qué es
autótrofo?
2 Por ejemplo, un alga (Ulva rigida), o una fanerógama
(Cymodocea nodosa). Es autótrofo porque obtienen energía quí-
mica y materia orgánica mediante la realización de la fotosíntesis a
partir de materia inorgánica.
¿Cuál es la fuente de energía y la materia prima de la que se nutren
los vegetales marinos? ¿En qué se transforma la materia prima?
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La fuente de energía es la luz solar. Las materias primas: agua, CO2 y
sales minerales. La materia prima inorgánica se transforma en hidra-
tos de carbono y O2.
Indica tres ejemplos de organismos heterótrofos marinos. Sitúalos
en el nivel trófico que les corresponda.
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Por ejemplo: los burgaos (Monodonta edulis), consumidores prima-
rios; la estrella de mar (Marthasterias glacialis), consumidores secun-
darios; el rascacio (Scorpaena scrofa), consumidores secundarios.
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Las proteínas están constituidas por unidades elementales, los ami-
noácidos. Los organismos heterótrofos necesitan ingerir alimentos que
les proporcionen proteínas. Así, y mediante la digestión, se produce la
rotura o hidrólisis de las proteínas, para más tarde, atravesar la pared
intestinal en forma de aminoácidos y cadenas cortas de péptidos. De
esta forma se incorporan inicialmente al torrente sanguíneo y, desde
allí, son distribuidos hacia los tejidos que los necesitan para formar las
proteínas. En el caso específico de la estrella de mar, al comerse un bi-
valvo está adquiriendo los nutrientes necesarios para su crecimiento.
¿Cuál es la fuente de materia y de energía de la que se nutren
los heterótrofos marinos? ¿Qué tipo de nutrición presentan?
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La fuente de materia y energía son las sustancias orgánicas sintetizadas
por otros organismos de los que se alimentan. Nutrición heterótrofa.
En el texto se decía que en las cadenas tróficas hay transferencia y
transformación de la materia de un ser en otro. ¿Podrías comentar esta
frase para el caso concreto de una estrella de mar que se come a un
bivalvo, explicando la transformación de las proteínas, por ejemplo?
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Son heterótrofos. Un descomponedor es un organismo especializado
(habitualmente bacterias y hongos) que obtiene energía a partir de
los cuerpos muertos o productos de desecho de otros organismos.
Sus procesos metabólicos liberan nutrientes inorgánicos, que enton-
ces quedan disponibles para ser vueltos a usar por las plantas y otros
organismos.
Los descomponedores, ¿son organismos autótrofos o heterótrofos?
Razona tu respuesta.
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“El plancton”Al conjunto de organismos acuáticos vegetales y animales,
en su mayoría de pequeño tamaño, incluso microscópicos,
que flotan a la deriva porque su movilidad no les permite
contrarrestar la fuerza del mar se les denomina plancton. El
fitoplancton es la fracción de plancton con capacidad para
realizar la fotosíntesis y está constituido fundamentalmente
por algas microscópicas. El zooplancton es la fracción animal
del plancton y está formado principalmente por protozoos,
crustáceos y multitud de larvas.
Las relaciones tróficas de los ecosistemas marinos establecen
interacciones y dependencias entre los seres vivos de las diferentes
comunidades. Todos los organismos marinos, en función de su
modo de vida, pertenecen a una u otra comunidad, siendo las más
importantes, el plancton, el bentos y el necton.
Son productores. Se sitúan en la base de la cadena trófica marina. Trans-
forman la energía lumínica del sol y el dióxido de carbono en materia
orgánica y oxígeno, contribuyendo a retirar el CO2 de la atmósfera.
¿En qué nivel trófico situarías al fitoplancton? ¿Por qué?8
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¿En qué nivel trófico situarías al zooplancton? ¿Por qué?9
“El bentos”Al conjunto de organismos vegetales y animales que viven en
estrecha relación con los fondos marinos se les denominan
organismos bentónicos o bentos. Si se trata de vegetales hablaremos
de fitobentos y cuando se trate de organismos animales nos
referiremos a ellos como zoobentos. En los ecosistemas litorales la
mayoría de los seres vivos son bentónicos.
Pon tres ejemplos de organismos bentónicos que hayas visto durante
la salida. Señala si forman parte del fitobentos o del zoobentos.
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Fitobentos: algas y sebas fundamentalmente.
Zoobentos: esponjas, sacabocaos, anémonas, holoturias, cabosos,…
Son consumidores primarios. Se considera que se alimenta
de fitoplacton.
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¿Se te ocurren componentes del necton que no sean peces?
Anótalos.
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Crustáceos: cangrejos nadadores.
Moluscos : pulpo, calamar y nautilus.
Reptiles: tortugas marinas.
Mamíferos:
Cetáceos los Odontocetos (cetáceos con diente) como los delfines;
y los Misticetos (cetáceos con barbas) como las ballenas;
Pinnípedos (focas, morsas, lobos marinos).
Al conjunto de organismos nadadores cuya movilidad y fuerza les
permite desplazarse activamente contrarrestando los movimientos
del mar, se le denomina necton. Esta comunidad acuática está
integrada principalmente por peces.
“Las redes tróficas”En el medio marino las cadenas tróficas no son independientes unas
de otras sino que se imbrican entre sí constituyendo un entramado
complejo al que se denomina red trófica.
“El necton”
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Lee atentamente el texto12
Son las 10:30 de la mañana, mes de febrero, hay marea baja y la pla-ya está tranquila. Paseando por los charcos que están frente al Muro Marrero veo las rocas verdes, llenas de limo, decíamos de pequeños, y también puedo ver a algunos niños, pocos ya que aún es temprano. Los niños están con sus cubos intentando mariscar algo. Me acerco y juego con ellos. Cerca del agua observo cangrejos, burgaos, algún caboso e incluso puedo llegar a ver una hermosa esponja tubular de color amarillo. Sin embargo, no encuentro lapas, pero sé que en algunas ocasiones están visibles aunque en poca cantidad.
Me sorprende levantar alguna roca y ver estrellas de mar y ofiuras. Sé que en la zona de La Puntilla suelen ser muy abundantes pero aquí no las había visto nunca. Es un día estupendo porque están los char-cos rebosantes de vida. Hasta en un charco cercano veo un conejo de mar, sale un chico con el traje de neopreno con un pulpo adherido totalmente a su brazo y nos cuenta que cerca de la barra hay fulas, lubinas y un banco de pejeverdes.
Ya empieza la marea a subir y llegan restos de sebas, aunque en rea-lidad lo que hemos visto por los charcos son algas pardas, Dyctiota y Padina. Se nota que es invierno; desde hace un par de meses una garza anda rondando la zona... Ahí está posada en la playa; está aprovechando la tranquilidad reinante. También a lo lejos se puede ver algún chorlitejo, algo raro a estas horas y en este lugar.
Clasifica los organismos subrayados, atendiendo a su nutrición autó-trofa o heterótrofa y a su nivel trófico.
Productores (autótrofos)
Consumidores(heterótrofos)
Dyctiota PadinaLimo Sebas
Primarios Secundarios Terciarios
BurgaosConejo de marLapa
EsponjaCangrejosEstrella de marOfiuraPulpoPejeverdeLubinaFulaCabosoGarzaChorlitejo
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Ahora elabora diversas cadenas tróficas y represéntalas conectándo-las entre ellas. El resultado será una red trófica.
Dado que las posibilidades son variadas, se exponen a continuación los hábi-
tos alimenticios de las diferentes especies y el nivel trófico al que pertenecen.
Productores: A este grupo pertenecen los organismos autótrofos fo-
tosintéticos. Ejemplos: “limo” (Chaethomorpha linum), seba (Cymo-
docea nodosa), mujo picón (Cystoseira abies-marina), Padina pavo-
nica,…
Consumidores primarios: En este grupo se encuentran los organismos
exclusivamente herbívoros como: lapas, conejo de mar, burgaos, sale-
mas, erizos,…
Consumidores secundarios: En este nivel trófico se incluyen los anima-
les de hábitos omnívoros como esponjas (filtradores), fula negra (aun-
que preferentemente se alimenta de microfauna asociada a las algas,
como pequeños invertebrados) o los cangrejos (carroñeros, aunque
también comen algas). Además, pertenecen a este grupo los carnívo-
ros: cabosos, ofiuras y pejeverdes, que se alimentan preferentemente
de pequeños invertebrados y pulpos, estrellas y lubinas, que son depre-
dadores más voraces e incorporan a su dieta invertebrados de mayor
tamaño y peces. También la garza, que es piscívora y el chorlitejo, que
se nutre de pequeños moluscos, poliquetos e insectos, pertenecen a
este grupo.
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Cambia los organismos de la siguiente viñeta para establecer una
red trófica que exista realmente en la playa de Las Canteras.
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¿Qué organismos se mantendrían porque son frecuentes en la
playa de Las Canteras? Busca sus nombres.
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Los organismos que hemos nombrado en el ejercicio anterior son
frecuentes en la playa de Las Canteras, así que cualquier red trófica
elaborada con ellos es válida.
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Microalgas
Animales del plancton
Ballena azul
Pardela
Caballas
Delfín
Tiburón
Atún
CamarónCangrejoRestos de materia orgánica
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¿Qué ocurriría si por algún accidente el agua se llenara de
hidrocarburos? Esto puede ocurrir por el vertido de petróleo o
derivados. ¿Qué seres vivos morirían primero? ¿Por qué?
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Los hidrocarburos, al ser de menor densidad que el agua, formarían una capa inmiscible en la superficie del mar obstaculizando el paso de la luz solar y los intercambios con la atmósfera, lo que impediría que los organismos primarios realizasen la fotosíntesis, afectando así a toda la cadena. La población afectada más directamente sería el plancton que, a su vez, es la base de alimentación de muchas otras especies. Se produciría una reducción drástica del contenido de oxí-geno en el agua de mar, acumulación de sustancias tóxicas por parte de los organismos: algas impregnadas, especies filtradoras, inverte-brados, peces, muerte de organismos por recubrimiento y asfixia o mediante contacto o ingestión.
Hay organismos que han generado mecanismos de protección contra hidrocarburos, existen peces que pueden sobrevivir a concentracio-nes importantes, pero algunas larvas de peces se ven afectadas por niveles muy bajos. Por ejemplo, para los moluscos bivalvos (mejillo-nes, almejas,...) pequeñas concentraciones son suficientes para cau-sarles la muerte.
Por lo general, a los peces les afecta en menor proporción cantidades masivas de hidrocarburos, pero a las comunidades bentónicas (fau-na que vive en el fondo marino y que posee menor movilidad) les provocan grandes mortandades. Otro de los grupos más afectados son las aves; éstas, al impregnarse con el petróleo, ven impedido el vuelo, mueren de hipotermia o sufren ingestiones de fuel a través de su alimento.
Cuando el petróleo se diluye hasta concentraciones no letales, sus efectos se hacen notar en forma de enfermedades crónicas, pérdida de fertilidad, deformaciones y alteraciones del comportamiento.El petróleo está formado por miles de compuestos distintos, algunos potenciales cancerígenos, irritantes y causantes de afecciones hepá-ticas, renales y nerviosas.
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¿Qué significa eutrofización?17
El aumento de materia orgánica daría lugar a un incremento de la población de bacterias descomponedoras, como Escherichia coli, aumentando a su vez la materia inorgánica y provocando una explosión de productores e influyendo en la cadena trófica. La elevada actividad descomponedora provocará un descenso de los niveles de oxígeno y con ello cambios en las poblaciones del ecosistema original. Hay además un incremento en la concentración de nitrógeno, que produciría un creci-miento y extensión (bloom) de determinadas algas oportunistas que son indicadoras de niveles altos de contaminación en el agua.
Si un domingo, un equipo de voluntarios decide limpiar los charcos
de La Puntilla y quita todo lo que encuentre verde sobre las rocas,
¿ocurrirá algo? Explica tu respuesta y señálalo en la red trófica.
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Imagínate que durante un tiempo se vierte al mar contaminantes
desde los bares que hay en La Puntilla, por ejemplo porque se rompen
las conducciones de aguas fecales. ¿Puedes decir qué ocurrirá en el
ecosistema?
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La eutrofización o enriquecimiento en nutrientes de las aguas, debido sobre todo al aumento de fosfatos y nitratos, produce un crecimiento excesivo de algas y otras plantas acuáticas. Estas, al morir se depositan en el fondo, generando residuos orgánicos al descomponerse que consumen gran parte del oxígeno disuelto, pudiendo afectar a la vida acuática. Algunas de las algas que se desarrollan anormalmente, emiten sustancias tóxicas que pueden matar a los mariscos y peces, o hacer que estos no sean aptos para el consumo humano. El crecimiento de algas puede afectar también al uso recreativo del mar.
La eliminación de esta capa de algas supondría una agresión sobre los productores. Esto traería consecuencias en los niveles tróficos que dependen de ellos, o sea, en los consumidores primarios y secunda-rios. En el caso concreto de los charcos de Las Canteras, los ramonea-dores (lapas, burgaos, litorinas, conejos o vaca de mar, etc.) serían los más afectados, ya que estas algas son su principal alimento. La consecuente reducción de las poblaciones de herbívoros menciona-dos, produciría un descenso de los consumidores secundarios como: estrellas, ofiuras, cabosos, pulpos, peces, etc. En resumen, todos los niveles tróficos se verían afectados.
