Ecosfera ecologia - Nota: 100 PDF

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Que es una ecosfea, como funciona, siclos de carbono, hidrógeno, etc.....

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Universidad Autónoma de Baja California Sur. Área de Conocimiento de Ciencias del Mar. Departamento Académico de Biología Marina. Ecología General Introducción Todos los seres vivos tienen una manera de vivir de acuerdo a sus estructuras anatómicas, fisiología y el tipo de hábitat, de esta manera los factores bióticos y abióticos se combinan para formar una gran variedad de ambientes en distintas partes del planeta Tierra. En un ecosistema las poblaciones y las interrelaciones se basan básicamente en términos de flujo de energía y ciclos de materia. Los ecosistemas son sistemas dinámicos considerados abiertos debido a las interacciones y adaptaciones logradas entre los organismos y su hábitat, además de tener un continuo intercambio de materia y energía. La ecosfera es un claro ejemplo de desarrollo sostenible que funciona a base de energía, aunque requieren poca cantidad. La luz, junto con el dióxido de carbono del agua, permite que las algas produzcan oxígeno. Los camarones respiran el oxígeno del agua y se nutren de las algas y las bacterias. Las bacterias transforman los deshechos animales en nutrientes para las algas. Los camarones y las bacterias también producen dióxido de carbono que utilizan las algas para producir oxígeno. La temperatura también afecta sobre la salud de la ecosfera. Mantener una temperatura constante aumentará la viabilidad. Para poner a prueba la dinámica e interacción en un sistema cerrado como la ecosfera, se decidió utilizar como productor primario a una macroalga rhodophita,( Spyridia filamentosa) , y un invertebrado del Phylum Mollusca, en específico un nudibranquio (Stylocheilus striatus) bajo la presencia de microalgas (Isochrysis galbana) y cianobacterias (lyngbya sp)

Antecedentes La ecosfera original nace fruto de la investigación aeroespacial de la Nasa. Se buscaban sistemas cerrados en el espacio donde los astronautas pudieran vivir en viajes largos. Querían encontrar un entorno autosuficiente, produciendo alimentos y oxígeno para la tripulación y mantener el agua y aire limpio y reutilizable. Fruto de estos experimentos nacieron las Ecosferas del grupo internacional Ecospheres. Esta ecosfera consiste de un ecosistema totalmente cerrado; un mundo parcialmente en miniatura completo y autosuficiente integrado en un contenedor de cristal. Una ecosfera es un elemento de aprendizaje que nos proporciona información interesante acerca de la vida en nuestro planeta, así como una muestra de la tecnología para la futura exploración del espacio.

Funciona como una pequeña batería biológica, que almacena energía luminosa transformada químicamente. La ecosfera original fue resultado de una investigación de la NASA, con camarones, algas y gorgonias, dando como resultado el primer ecosistema totalmente cerrado y autosuficiente. Simplemente se deberá proporcionar a la ecosfera un aporte de luz indirecta natural o artificial con lámparas uv, que permita mantener el ciclo biológico. Por tratarse de un sistema cerrado e independiente, los recursos vivientes de las ecosferas funcionan sin contaminar el medio ambiente, de manera que la ecosfera no necesita limpieza y sólo requiere un cuidado mínimo. La expectativa media de vida de las Ecosferas es de dos a cinco años. ¿Cómo funciona una ecosfera? La ecosfera representa el desarrollo sostenible que funciona a base de energía, aunque requiere poca cantidad. Es una pequeña batería biológica, que almacena energía luminosa transformada bioquímicamente. Un exceso de energía luminosa puede alterar el equilibrio del sistema, debido a que estimularía un excesivo crecimiento de las algas, por consiguiente las algas utilizarán rápidamente los limitados nutrientes existentes en el sistema, de forma que el sistema no podrá producir la cantidad de nutrientes necesarios para el mantenimiento del mismo. Por lo tanto lo más importante a mantener en cuenta son los llamados ciclos biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos describen el movimiento y la conversión de materiales por actividades bioquímicas donde los elementos circulan entre la parte biótica y abiótica de la ecosfera Ciclo de nitrógeno El nitrógeno es uno de los componentes esenciales de la materia orgánica que se encuentra en la elaboración de tejidos celulares de plantas, aunque estos solo pueden asimilar el nitrógeno en forma mineral (salvo las plantas carnívoras, que son capaces de asimilar nitrógeno orgánico). El ciclo de nitrógeno es el proceso por el cual el nitrógeno varía entre sus diversas formas químicas. Esta transformación puede llevarse a cabo a través de procesos biológicos y físicos. Este comprende la fijación de N 2 gracias a las bacterias libres y las bacterias simbiontes, la amonificación, nitrificación y la desnitrificaciòn. El nitrógeno metabólico llega al agua por la disolución y filtrado de los terrenos y su reciclamiento permanece por la mineralización de los organismos muertos que forman la reserva

más importante. Gracias a los agentes oxidantes o reductores presentes en los suelos húmedos y en el agua, el nitrógeno se transforma en subproductos como amonio (NH 4+), nitritos (NO2) y nitratos (NO3-) que son consumidos por la vegetación y fitoplancton. Una parte del nitrógeno que contienen el agua es conducida por río al mar , donde se acumula en el sedimento profundo para después partir de los sedimentos y ser llevado por convección térmica interna a los consumidores en zonas superficiales donde da mayor luz solar. En acuarios, el ciclo de nitrógeno en ocasiones es más corto puesto que está más perturbado que en el medio natural. En estos participan desechos orgánicos y metabólicos como cadáveres de animales o plantas y todo tipo de excreción de los organismos que viven en el sistema; estos desechos constituyen la materia orgánica sometida a la mineralización. Los consumidores están en forma de micro y macroorganismos que ingieren los desechos orgánicos que y los preparan para las bacterias del Ciclo. Los descomponedores en forma de bacteria aerobias, son los responsables de la mineralización de la materia orgánica muerta; dividiéndola en 3 partes: amonificaciòn donde se destruyen las cadenas carbónicas con un desprendimiento de CO2 y amoniaco; La nitrificación que es la fase de oxidación de amoniacos; Y la nitración que es la etapa final donde hay una oxidación de los nitritos; todos estos gracias a las bacterias aerobias. En general la fase de nitrificación en sistemas nuevos es inexistente debido a que el material nuevo no presenta bacterias nitrosas, pero esto no afecta de manera peligrosa al sistema, en cambio cuando existe un exceso de materia orgánica se produce el fenómeno inverso creando un desnitrificaciòn lo que transforma los compuestos oxigenados del nitrógeno en amoníaco o nitrógeno libre.

Ciclo del carbono El carbono es uno de los elementos más importantes de la naturaleza, combinado con oxígeno forma dióxido de carbono y monóxido de carbono; la atmósfera contiene alrededor de 0.03 % de dióxido de carbono, este también es el elemento básico de los compuestos orgánicos (hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) y forma parte de sales llamadas carbonatos, como el carbonato de sodio y el carbonato de calcio, entre otras. Los océanos contienen alrededor del 71% del carbono del planeta en forma de carbonato y bicarbonato; un 3% adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el fitoplancton. El ciclo comienza durante la fotosíntesis, los organismos productores (vegetales terrestres y acuáticos) absorben el dióxido de carbono, ya sea disuelto en el aire o en el agua, para transformarlo en compuestos orgánicos. Los consumidores primarios se alimentan de esos productores utilizando y degradando los elementos de carbono presentes en la materia orgánica y gran parte de ese carbono es liberado en forma de CO2 por la respiración, mientras que otra parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los consumidores secundarios (carnívoros), que a su vez, se alimentan de herbívoros de esa manera el carbono pasa a los animales colaborando en la formación de materia orgánica. Los organismos de respiración aeróbica aprovechan la glucosa durante ese proceso y al degradarla, el carbono que la forma se libera para convertirse nuevamente en dióxido de carbono que regresa a la atmósfera o al agua. Por otro lado, los desechos de plantas, animales y del restos de organismos sufren un proceso de putrefacción con ayuda de descomponedores (hongos y bacterias) y se desprende CO 2. Al morir los organismos, los restos de sus estructuras se depositan en el fondo del mar y con el paso del tiempo, el carbono se disuelve en el agua y es utilizado nuevamente durante su ciclo.

Ciclo del oxigeno El oxígeno es el elemento químico más abundantes en los seres vivo, forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas; como O 2, su presencia en la

atmósfera se debe a la actividad fotosintética de organismos primitivos. La atmósfera posee un 21% de oxígeno, y es la reserva fundamental utilizable por los organismos vivos, forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. El ciclo del oxígeno está vinculado al del carbono, ya que el proceso por el cual el carbono es asimilado por las plantas (fotosíntesis) supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración humana ocasiona el efecto contrario. Una parte del ciclo natural del oxígeno de gran interés para todos los organismos vivos es la conversión en ozono (O 3). Las moléculas de O 2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno (O) que reaccionan con otras moléculas de O2, formando ozono. Esta reacción se produce en la estratosfera y es reversible, de forma que el ozono vuelve a convertirse en oxígeno absorbiendo radiaciones ultravioletas.

Ciclo del fosforo El fósforo es uno de los minerales más importantes, pero es también uno de los que tienen mayores probabilidades de escasear, la falta de fósforo produce una disminución de la productividad vegetal y a su vez animal; es un mineral que se encuentra en los suelos en forma de iones de fosfato (P2O5). Este al igual que muchos otros minerales se depositan en las rocas y se libera de ellas en un proceso que se repite continuamente. Proviene de rocas fosfatadas que se degradan lentamente por erosión, gotas de agua, cristales de hielo, los rayos solares y raíces de las plantas que se adhieren a ellas liberando así el mineral y convirtiéndola en sal en solución en las extensiones de agua. Las plantas absorben el fósforo y otros minerales a través de sus raíces para después pasar por varias cadenas alimentarias y volver al suelo o al agua a gracias a los descomponedores. En la descomposición bacteriana de cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (H3PO4) que pueden ser utilizados directamente por plantas verdes, para formar fosfato orgánico. Los ríos acarrean gran cantidad de sales de fósforo hacia los mares; algunas se depositan en los bajíos y se incorporan a rocas sedimentarias. Las corrientes marinas que ascienden desde las profundidades del océano llevan a la superficie cierta cantidad de fósforo, que es absorbido rápidamente por el fitoplancton y se desplaza a lo largo de las cadenas alimentarias oceánicas. Para finalizar, parte del fósforo presente en océanos vuelve a la tierra a través del guano de aves que se alimentan de peces, este actúa como abono para plantas y el ciclo continúa.

Ciclo del azufre El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones, este está presente en prácticamente todas las proteínas por lo tanto es de suma importancia para la los seres vivos. El ciclo del azufre se da a través del suelo, las plantas lo toman en forma de sulfatos y son incorporados a las proteínas, después pasan a los animales herbívoros y a los carnívoros a través de la cadena trófica. Posteriormente, con la muerte de los animales y vegetales, las bacterias descomponedoras, liberan el azufre en forma de ácido sulfhídrico y las sulfobacterias lo transforman en sulfatos para entrar al ciclo nuevamente. En ecosistemas acuáticos el azufre se mueve también en forma de sulfatos; el ácido sulfhídrico se libera a la atmósfera por acción de las bacterias, una vez en la atmósfera se oxida al reaccionar con el oxígeno y el vapor de agua atmosféricos produciendo sulfatos que regresa tanto al suelo como a los cuerpos de agua a través de la lluvia.

OBJETIVO GENERAL

●Construir una ecosfera con un sustrato rocoso, alga como productor primario , ( Spyridia filamentosa) , y un consumidor nudibranquio (Stylocheilus striatus) bajo la presencia de microalgas (Isochrysis galbana) y cianobacterias (lyngbya sp). OBJETIVOS ESPECÍFICOS

● Identificar los efectos de los elementos bióticos y abióticos dentro del sistema. ● Conocer y comprender el flujo de energía y la dinámica en la ecosfera. ● Lograr la supervivencia del nudibranquio y la macroalga durante 30 días. Material -Agua marina, -Nudibranquio, -Cianobacterias, -Sustrato rocoso, -Sustrato arenoso, -Microalgas. -Macroalgas -3 Peceras de cristal con forma oval de 2mm de grosor, con una capacidad de 4 L. Propuesta Se utilizará un sustrato de agua marina (pH8 con 50 mL de agua dulce para inhibir o reducir la velocidad de descomposición por bacterias) en una porción de 2 ½ L (porción de 50% del volumen total) (sustrato del que se extraerán todos los elementos que contendrá la ecosfera) extraída de La bahía de la Paz BCS, (lugar donde se encuentran y se extraerán todos los elementos de la ecosfera) filtrada con filtros de diatomeas de 5 Y 1 micras (ubicados en el laboratorio de genética acuícola del CiBNor). También se utilizará sustrato arenoso/rocoso (porción de 25% del volumen total) mezclado con materia orgánica (alga seca) extraída de la playa Balandra. Se introducirá un nudibranquio (Stylocheilus striatus, (Quoy and Gaimard, 1824). Este es de tamaño moderado que no rebasa los 57 mm en su etapa adulta

presentando ocelos dorados y azules, su crecimiento es lento, proporcional a la velocidad de su alimentación, por consiguiente su tasa metabólica es tardía, y su capacidad de sustentarse respecto a la cantidad de oxígeno disuelto es enérgica ya que como estrategia adaptativa, tiene expuestas sus branquias (sobrevive en niveles de concentración oxigénicas más bajas que las normales atmosféricas. con 16% del 21% normal con la temperatura correcta), facilitando así, el intercambio gaseoso (este último se extraerá de la playa Balandra). El nudibranquio se encuentra entre 1 y 34 metros de profundidad. Junto a esto, se introducirán también microorganismos activos productores de productos inorgánicos, dióxido de carbono y oxígeno (bacterias específicas del sustrato base rocoso, “cianobacterias”; lyngbya sp), extraídos de la playa Balandra, estas a su vez sustentaran la alimentación específica del nudibranquio. Microalgas ( Isochrysis galbana, obtenidas de un cultivo en el laboratorio de genética acuícola del CiBNor) las cuales sirven, como productoras de oxígeno (150 millones de células / L) se consideran la mejor opción no sólo por su rápida reproducción, por ser de fácil acceso al ser cultivadas en el laboratorio de CiBNor, pues son organismos flagelados que permanecen independientemente suspendidas en el agua, así brindan ventaja excesiva para este proyecto, ya que de ser otro organismo no flagelado se estancaria rápidamente y morirían en el fondo debido al nulo movimiento del agua. Se agregarán nutrientes que serán aprovechados por la microalgas y por el nudibranquio (medio de cultivo F/2 de Guillard). Algas rojas (Spyridia filamentosa. 5 g peso húmedo),como hábitat, producción primaria y sustento oxigénico; Según un estudio realizado por Buesa 1977, acerca de la tasa fotosintética y respiratoria de ciertas plantas marinas tropicales donde se realizó el estudio con 39 especies diferentes dentro de las cuales se encuentra Spyridia filamentosa, se determinó que la tasa fotosintética de estas era de 6.6 mg O2 g-1 h-1 dado por la media, que podría ser un valor cercano a lo que produce la S. filamentosa. Se mencionan que es constante la tasa respiratoria de los organismos durante todo el día. Puede que la tasa de fotosíntesis sea similar, puesto que ésta, según el estudio no varía significativamente con especies de diferentes regiones. Obviamente la temperatura afecta tanto en la tasa fotosintética como en la producción de oxígeno de esta alga. Por último, luz indirecta natural o artificial, que permitirán la reproducción activa de las microalgas y además permitirá mantener el ciclo biológico en el interior de la ecoesfera y un 25% de “atmósfera” (porción del volumen total), aire para que se lleve a cabo correctamente el intercambio gaseoso. La temperatura no deberá rebasar los 22 ° C para que el ritmo vital o metabólico de los organismos presentes disminuya dando así más tiempo de vida a la ecoesfera. Metodología En la pecera de 4L, se agregaran todos los organismos al igual que el sustrato; en el siguiente orden, se introdujo el sustrato rocoso y el sustrato arenoso para que la roca quedará cubierta con la arena que contenía porciones de materia orgánica sustentando a las bacterias de alimento, se introdujo la porción de algas hasta dejar el rizoide cubierto por la arena. Posteriormente se inocularon 250 mL de microalga mezclados con los nutrientes F/2 y los 2 ½ Litros de agua de mar con el chorro directo hacia la roca para retirar la arena y dejar la roca a la vista; una vez todo lo anterior introducido en la pecera, se procedió a introducir el nudibranquio previamente sacado de un recipiente limpio lleno de agua filtrada.

Se oxigenó el sistema con una bomba de oxigeno pequeña durante un par de dias la cual ayudó a que los organismos y el nuevo ecosistema se ambientaran. Para finalizar; se procede a sellar la ecosfera con una tapa de vidrio del mismo grosor que la pecera, silicon caliente y conchas de bivalvos como decoración (opcional).

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