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Recursivos Educativos: Lección 2 Lecciónes: Contents Lección 1: El Ciclo hidrologico y el concepto de cuenca Lección 2: Ecología y Ecosistemas de Quebradas Introducción a los Ecosistemas Objetivos
Introducción a los Ecosistemas ¿Qué significan los ecosistemas? La palabra ecosistema combina dos palabras: ecología y sistemas. Conecta a la idea de eco, la casa de la naturaleza, con la del sistema, las interacciones a lo largo del tiempo entre seres vivos y los elementos inertes de la casa. Uno de los problemas que enfrentan muchos maestros con el término es la pregunta, ¿Cuán grande es un ecosistema? Casi todos hemos visto fotografías de la tierra desde el espacio y escuchado referirse al planeta entero como un ecosistema. Este ecosistema es llamado global o biósfera. ¿Qué es un ecosistema? Algunos ejemplos. Un ecosistema es el término que representa una idea más que un lugar o grupo de cosas. Un ecosistema engloba todas las interacciones entre los organismos que comparten un área y entre esos organismos y su ambiente físico. Estas interacciones pueden ser autosuficientes -- eso es, el ecosistema puede seguir operando-- mientras el sistema sea abastecido con energía. El ecólogo Eugene Odum enfatiza este punto mencionando la historia de la nave espacial Apolo trece, para representar un ecosistema. Existe una película sobre esta nave espacial. Si no está familiarizado con la película, la historia de la problemática estación espacial Rusa MIR es muy similar. Esta nave tenía seres vivos y no vivientes, como un ecosistema. Las tripulaciones de ambas naves estubieron muy cerca de perder toda la energía y consecuentemente perder el suministro de oxígeno, también la habilidad de calentar la nave. Tomamos por seguro el suministro de oxígeno (así como agua y alimento) que el planeta provee para nuestra subsistencia. Otra ilustración de un ecosistema que cualquiera puede crear es un acuario o un recipiente con agua de una quebrada o una charca, con unos cuantos animales y unas plantas. Teóricamente, si el acuario está montado apropiadamente, debería ser posible para sus habitantes vivir un largo tiempo aún con una tapa sellada. Desafortunadamente, cuando este experimento se ha probado, los organismos dentro del acuario usualmente mueren. Es difícil que los ecosistemas artificiales que creamos puedan mantener el balance adecuado como el de los ecosistemas naturales. Como en el ejemplo anterior de la nave espacial, si el acuario es sellado totalmente del mundo exterior, tiene que producir todo el alimento necesarío para los organismos; reciclar todos los desechos y producir suficiente oxígeno por medio de la fotosíntesis para balancear el dióxido de carbono. Se debe observar que los ecosistemas no están aislados, de hecho, dependen de cosas fuera de su juricdicción - energía solar o tierra o agua o aire. Nuestra quebrada, la Quebrada Grande, puede ser considerada un ecosistema; y estamos aprendiendo que tan fuerte es el enlace entre la quebrada y los ecosistemas que la rodean, tales como los ecosistemas de bosque e incluso los ecosistemas agrícolas. Las actividades que se llevan acabo dentro del sistema y ocasionalmente fuera de la cuenca afectan el ecosistema de la quebrada. Ya realizamos la actividad "Caja de la Vida", así que sabemos que la tierra (suelo), el aire, el agua y la energía solar son las cuatro cosas esenciales para casi todo tipo de ser vivo (excepto por las fuentes de agua caliente en el fondo del mar). Los ecosistemas que estudiaremos tendrán estas cuatro cosas. El término ecosistema es una conveniencia. Podríamos trazar una línea alrededor de una sección del mundo y llamarlo un ecosistema. Podríamos describir como se comportan los organismos en este sistema; como interactuan, crecen, se adaptan, que comen, cuanto viven, que pasa con ellos cuando mueren, de que requieren para estar saludables o para reproducirse. Explicando como opera el sistema estamos pensando sistemáticamente. Encontramos conecciones. Muy frecuentemente los elementos del sistema son raros y difíciles de entender. Un buen ejemplo es la historia de como las flores de muchos árboles del bosque lluvioso en Costa Rica son polinizadas y las semillas dispersadas. El ecosistema engloba todas las interacciones entre los organismos que viven en un área en particular y entre estos organismos y su ambiente físico. Los ecosistemas muy frecuentemente tienen un gran surtido de organismos que interactuan entre ellos y que son interdependientes en varias formas. Por ejemplo, los árboles floreados dependen de ciertos polinizadores y los polinizadores dependen de árboles específicos. Casualmente, los bosques tropicales están compuestos de mucho más especies que otros ecosistemas de bosque. Por ejemplo, el bosque típico del oeste de los Estados Unidos, contiene de 5 a 12 especies de árboles. El bosque lluvioso típico puede tener más de 300 especies de árboles. Las lagunas y pantanos del Refugio de Vida Silvestre Rafael Lucas Rodríguez (Parque Nacional Palo Verde) o del Parque Nacional Corcovado son otros ejemplos de ecosistemas que podrían ser considerados, especialmente porque tienen límites definidos. Los ecosistemas estuarinos, bahías donde drena agua dulce al océano, sostienen una vida abundante y diversa. ¿Qué es una comunidad? En un sistema, tal como un pantano, todos los organismos vivientes que se encuentran en ese ambiente particular son denominados una comunidad. Los organismos de una comunidad pueden ser divididos en tres categorías basadas en como obtienen su alimento: productores, consumidores y descomponedores (Figura 3). La mayoría de las comunidades tienen representantes de los tres grupos, los cuales interaccionan extensamente entre ellos.
¿Cuáles son las fuentes de energía de un ecosistema? La luz solar es la fuente de energía que impulsa todos los procesos de la vida en la Tierra. Los productores manufacturan moléculas orgánicas complejas usando sustancias inorgánicas simples (dióxido de carbono y agua), usando la energía de la luz solar para hacerlo. Los productores capturan la energía del sol por medio de la fotosístesis. Foto significa luz y síntesis ensamblaje, conección, o manufactura. La energía del sol es almacenada en forma de enlaces químicos en las moléculas. El dióxido de carbono, el agua y la luz solar son usados por las plantas para producir azúcar y como un subproducto oxígeno. Como los animales no pueden convertir energía de esta forma, dependen de la energía almacenada en las plantas. Mientras que las plantas son los productores más significativos sobre la tierra, las algas y ciertos tipos de bacterias son productores más importantes en ambientes acuáticos. En la comunidad del pantano, zacates, algas y bacterias fotosintéticas, son los productores importantes. ¿Cómo se mueve la energía por el sistema? Los animales son consumidores, o sea, usan los cuerpos de otras plantas y animales como su fuente de energía. Los consumidores que comen productores se llaman consumidores primarios (un paso más allá de productores) lo que significa que son exclusivamente herbívoros (comen plantas). Las vacas, venados y guatuzas (o larvas de mariposa y monos) son ejemplos de consumidores primarios. No todos los animales comen plantas directamente. Los animales que comen otros animales están a dos pasos de las plantas, así que se llaman consumidores secundarios o carnívoros. Los jaguares son un ejemplo de consumidores secundarios, así como lo es la boa. Otros consumidores, llamados omnívoros, comen una variedad de plantas y organismos animales. Los saínos y pizotes son omnívoros. Cuando se descomponen los cuerpos de los organismos, estos se dispersan en fragmentos y material disuelto a los que en conjunto se les llama materia orgánica, o detritos orgánico. Algunos consumidores llamados detritívoros, consumen este material orgánico de origen vegetal y animal. Los detritívoros son especialmente abundantes en hábitats acuáticos, donde se entierran en el fondo del sedimento y consumen la materia orgánica que se acumula ahí. Los detritívoros trabajan en conjunto con los descomponedores para degradar los organismos muertos y los productos de desecho. Los descomponedores degradan material orgánico y usan los productos de la descomposición para suplirse de energía. Al ejecutar esta función esencial, normalmente liberan moléculas inorgánicas simples, tales como dióxido de carbono y sales minerales, que entonces pueden ser reusados por los productores. Las bacterias y los hongos son importantes ejemplos de descomponedores.
Figura 3. Ejemplos de Productores, Consumidores y Descomponedores encontrados en Sarapiquí. Si hacemos un diagrama uniendo algunos de estos organismos como productores, consumidores y descomponedores, ilustramos una cadena alimenticia. En una cadena alimenticia, podemos ver como la energía y el material orgánico hacen su camino por el ecosistema. La figura 3 muestra una cadena alimenticia simple, que podría encontrarse en el bosque. Ambas la energía y el material orgánico se mueven constantemente por el sistema. Este es un principio importante que los estudiantes deben entender. La luz solar entra al ecosistema en un número de formas, más significativamente por la fotosíntesis. Dos cosas hacerca de como se mueve la energía por el sistema, que son interesantes y muy importantes son : Primero, hay energía que se pierde al pasar por el sistema. Cada vez que un organismo se come a otro, una porción de la energía es perdida en forma de calor. Segundo, los descomponedores juegan un papel muy importante, degradando material orgánico y haciendo los nutrientes disponibles para otros organismos. La figura 4 representa como los científicos en el presente piensan que funciona la cadena alimenticia en las quebradas de La Selva. Note que el sol indirectamente proporciona la energía para el ecosistema de la quebrada, por medio de las hojas que entran a la quebrada desde los alrededores, y las algas (Periphyton) que crecen en las quebradas.
Hemos empezado a ver como la energía del sol se mueve en una dirección por el ecosistema. En contraste, al observar la cadena alimenticia, hemos visto que el material del cual están compuestos los seres vivos, se mueven en numerosos ciclos desde el ambiente físico viviente y de regreso, llamamos a estos, ciclos biogeoquímicos. Cuatro ciclos biogeoquímicos -- Carbono, Nitrógeno, Fósforo, y Agua-- son reprentativos de todos los ciclos biogeoquímicos y son de particular importancia para los seres vivos. Estudiamos el ciclo del agua anteriormente; ahora estudiaremos los ciclos de carbono, nitrógeno y fósforo y haremos algunas notas sobre el ciclo del azufre. El Ciclo de Carbono El movimiento del carbono por el sistema natural es conocido como ciclo del carbono, y es uno de los grandes ciclos en el sistema natural. El dióxido de carbono (CO2) es un buen ejemplo del material que es reciclado despacio y rápido. En el caso del reciclaje rápido del carbono, los animales exalan CO2. El carbono del CO2 es usado por las plantas en la fotosíntesis y se convierte en la base par construir muchas moléculas biológicas, incluyendo azúcares, proteinas y grasas. Una vez ensambladas en estos materiales, el carbono podría ser ingerido por animales cuando consumen alimento ya sea vegetal o animal. Sin embargo, algunas veces el carbono es almacenado por un largo tiempo por las plantas. En bosques tropicales incluyendo los de Costa Rica, son vistas por algunos como grandes áreas de almacenaje de carbono. En La Selva, el trabajo está en camino para determinar como el carbono es almacenado en el bosque, y que efectos tendría el incremento de la temperatura global en la capacidad de almacenaje. Tal vez su clase podría investigar en la OET cuales son los resultados de este estudio (Proyecto Carbono). El Ciclo del Nitrógeno El nitrógeno es indispensable para todos los seres vivientes porque es una parte esencial de las proteinas, las cuales son importantes componentes estructurales de las células y sirven como enzimas y hormonas y ácidos nucleicos, los cuales almacenan información genética sobre las características de un organismo. Sabiendo que la atmósfera de la tierra es un 80 por ciento nitrógeno, parecería que la escases de nitrógeno para los organismos vivientes sería imposible. Pero el nitrógeno molecular es tan estable que no se combina con otros elementos; por lo tanto, los seres vivientes no pueden tomar nitrógeno gaseoso directamente de la atmósfera y combinarla con otros elementos para producir las proteinas y ácidos nucleicos. El nitrógeno molecular debe primero ser fraccionado. La reacción que se requiere para romper la molécula de nitrógeno para combinarla con otros elementos como oxígeno o hidrógeno requiere de una gran cantidad de energía. Hay cinco pasos en el ciclo del nitrógeno. Los cincopasos del ciclo del nitrógeno Adaptado de Raven et al. 1997
Los seres humanos afectan el ciclo del nitrógeno al producir fertilizantes de nitrógeno usando nitrógeno gaseoso. El sobreuso de fertilizantes en el suelo podría causar problemas a la calidad del agua. La lluvia lava fertilizantes de nitrógeno a los ríos y quebradas, donde estimula el crecimiento de algas. Al morir las algas, la descomposición roba de oxígeno disuelto al agua, lo cual causa que otros organismos acuáticos incluyendo peces, mueran por sofocación. El Ciclo del Fósforo El fósforo no existe en estado gaseoso, y cicla de la tierra a los sedimentos en el fondo del mar y de regreso en un periodo bien largo. La erosión de rocas fosfóricas es una de las formas en que el fósforo inorgánico es liberado para que las plantas lo absorban. El fósforo es importante para la vida, porque muchos de los procesos en las células vivas utilizan y dependen del fósforo como uno de los componentes moleculares. Los ácidos nucleicos son en parte compuestos de fósforo. El fósforo circula por las comunidades acuáticas en la misma manera que lo hace por las comunidades terrestres, al consumir un organismo al otro. El fósforo disuelto entra a la comunidad acuática vía absorción por algas y plantas, el cual luego es consumido por una variedad de peces y moluscos. Finalmente, los descomponedores degradan los desechos y organismos muertos liberando fósforo inorgánico en el agua, donde está disponible para ser usado por los productores acuáticos. Los seres humanos afectan el ciclo natural del fósforo, acelerando la pérdida a largo plazo, de los depósitos en la tierra, y contribuyendo más y más en los ambientes acuáticos. La mayoría de los nutrientes del bosque lluvioso son almacenados en la vegetación en lugar del suelo. Cuando la vegetación es destruida, el fósforo que estaba ahí frecuentemente termina en las quebradas y los agricultores y rancheros añaden más fósforo al suelo para compensar. El fósforo que es llevado por las quebradas y ríos al océano podría ser depositado en el fondo del mar y permanecer ahí por millones de años. Las aguas de desecho también contribuyen fósforo al ecosistema de la quebrada, ya sea por desagues de aguas negras o fosfatos de jabones y detergentes. En el monitoreo de quebradas, hacemos pruebas en busca de nitrógeno en forma de amonio y nitrato y fósforos en forma de ortofosfatos. El Ciclo del Azufre Aunque no estamos en busca de azufre en el programa Adopte Una Quebrada, las modificaciones que han hecho los seres humanos al ciclo del azufre están creando algunos problemas, incluyendo la lluvia ácida. Los seres vivos requieren de niveles bajos de este nutriente para la estructura y función de las proteinas. Las plantas incorporan azufre en su tejido, y pueden pasar el azufre a los animales que se alimentan de ellas, o el azufre puede ser retornado al suelo por el agua. Sin embargo, el ciclo del azufre es uno de los más perturbados por el hombre. El azufre está presente en niveles bajos en el ambiente (y ocacionalmente en niveles altos a causa de liberaciones volcánicas) y contribuye a las condiciones ácidas de la lluvia. Azufre adicional es liberado continuamente de las industrias, combinada con el vapor de agua, formando vapores de ácido sulfúrico y lluvia contaminada ( Alexander et al. 1997).
Un grupo de economistas han trabajado para determinar cuanto nos costaría si perdiéramos algunos de los servicios que nos provee nuestro ambiente, y tubiéramos que reemplazarlo con alguna cosa que pudieramos crear. Por ejemplo, si los humedales se perdieran o de alguna manera desaparecieran, entonces la función de los tratamientos de desechos que los humedales proveen costaría $1,378,410,000,000 (en dolares de E.U.). Este cálculo es basado en el total de hectáreas de humedales y multiplicado por el costo de renovar el fósforo y nitrógeno en un litro de aguas de desecho (Constanza et al. 1997) Un ejemplo de un ecosistema que tiene muchas funciones beneficiosas es la zona ribereña-- el área de vegetación a lo largo de la quebrada. Entre las funciones ecológicas de áreas boscosas en las zonas ribereñas, encontramos:
Mantener una faja de vegetación ribereña es una solución potencial al difícil problema de la contaminación difusa. Como fué mencionado en el capítulo uno, la contaminación puntual puede ser considerada como contaminación que viene de un punto específico, tal como un tubo. La contaminación puntual es más fácil de localizar e identificar que la contaminación difusa. La contaminación difusa, es la contaminación que viene de la escorrentía, al fluir el agua sobre la tierra. De acuerdo con Welsch (1995), un sistema de amortiguamiento exitoso para el control de contaminantes difusos agrícolas, debería incorporar las siguientes características:
Se puede notar que los beneficios de áreas ribereñas boscosas, pueden ser significativos para ambos los seres humanos y el ecosistema. Puntos Importantes de la Lección Dos
Además de las actividades incluidas, una actividad tal como la sugerida en la introducción puede ser instructiva tanto para el estudiante como para el profesor. Actividad 1: La caja de la vida Tomado del proyecto Wet Tiempo: 30 minutos Materiales:
Antecedentes: Cuatro cosas son necesarias para que exista vida. La caja de la vida contiene las cuatro:
Procedimiento: 1. Colecte el material necesario para ensamblar varias Cajas de la Vida.
Rotule las cajas "La Caja de la Vida". Ponga una roca dentro de cada caja.
Ponga una botella de agua, dentro de cada caja.
Ponga la tapa sobre la caja antes de empezar la actividad.
Esta es una actividad muy divertida, porque es como un misterio y permite a la persona que lo guía ser dramático y hasta teátrico. La discusión que viene con la actividad es muchas veces entretenida. Por ejemplo, un estudiante que lee mucho podría llamar la atención sobre el hecho que en el fondo del mar hay criaturas que no dependen de la energía solar, que estas plantas y animales han adoptado formas de obtener la enegía de respiraderos termales. Algunos educadores podrían ser desafiados por las excepciones al definir la actividad de la Caja de la Vida. Especialmente cuando son mencionadas por los estudiantes. En lugar de tomarlo como un desafío, el hecho que fué mencionado por un estudiante es en realidad una gran oportunidad. Podría discutir la gran cantidad y diversidad de vida o algún otro concepto. Una pregunta de un estudiante como este, demuestra que los estudiantes están entendiendo el tema que usted está presentando, así que tómelo como un complemento.
Para extender el misterio, usted podría preguntar a los estudiantes que tipo especial de agua y aire necesitan los seres humamos. Probablemente no tomará mucho tiempo a los estudiantes figurarse que la gente, así como otros organismos, necesitan agua y aire limpio para estar saludables. Actividad 2: Nicho la cinta azul Tomado del Project Wild Aquatic Esta actividad pone al estudiante en la posición del maestro--una posición en la que puede aprender bastante. El educador podría dividir esta actividad en dos sesiones. Tiempo: Una sesión larga si es posible, o preferiblemente dos sesiones de 30 a 45 minutos. Materiales: Una variedad de artículos de arte, por ejemplo, pinturas, papel maché, goma, alambre, cuerda, pinceles, etc. Antecedentes: En una comunidad cada animal tiene un papel-- una ocupación que ejecuta mientras vive su vida biológica. Este papel o ocupación es llamada nicho ecológico. El nicho incluye cosas tales como la preferencia del animal por un alimento, hospedaje y espacio. Si el nicho es la ocupación del animal, entonces el hábitat es su dirección. Esta actividad está diseñada para ser enfocada en nichos y hábitats ribereños. Hábitats ribereños son las áreas a la orilla del río, donde la tierra y el agua se unen. Son áreas importantes y valiosas ya que sostienen una variedad de vida animal y vegetal. Cada planta y animal en el ecosistema ribereño tiene un papel importante o nicho. Algunos son depredadores, algunos consumidores, algunos descomponedores y algunos son herbívoros y otros omnívoros. Las plantas y animales en los hábitats ribereños están interconectadas, con cada especie contribuyendo a la función del sistema en general. La zona ribereña incluye el agua y la vegetación asociados con el agua. Los hábitats ribereños son ambos terrestres y acuáticos y el ancho del área ribereña depende de la cantidad de agua disponible, los tipos de suelo, minerales, el nivel del agua subterránea, estructuras geológicas y muchos otros factores. Por ejemplo, un río grande en un área más nivelada con un nivel del agua subterránea más cercana a la superficie podría tener una área ribereña más amplia. Muchos de los animales que viven en zonas ribereñas no pueden sobrevivir sin las condiciones especiales que proveen estas áreas. Por ejemplo, la zona ribereña a menudo provee diferente vegetación que la de los alrededores, un porcentaje más alto de sombra, alta humedad y es caracterizada por una gran variedad de formas de vida. Por ejemplo las ranas son comúnmente encontradas en áreas de aguas tranquilas en zonas ribereñas. Las ranas son depredadoras, una vez maduras más allá del estadío de renacuajo. Necesitan humedad, luz solar, pasto u otro refugio vegetal. Sus huevos deben ser depositados en aguas que son permanentes durante un año para eclosionar, crecer a renacuajos y finalmente transformarse en insectívoros, ranas que respiran aire. Los nichos de otros animales son afectados por ambos, renacuajos y ranas. Los peces y las aves acuáticas depredan a ambos renacuajos y ranas. Los mapaches, tigrillos y otros animales comen renacuajos y ranas, así como a los peces. Son las interrelaciones de todos estos nichos y hábitats las que contribuyen a la importancia, exclusividad y belleza de las zonas ribereñas. Las áreas ribereñas son fácilmente afectadas por los cambios naturales y los causados por los seres humanos. Por ejemplo, la vegetación y vida silvestre son dramáticamente afectadas por inundaciones. El excesivo uso de áreas ribereñas por los seres humanos, el ganado y vida silvestre podría resultar en la destrucción de la vegetación ribereña y la desestabilización de los bancos de la quebrada, causando un incremento en la tasa de erosión. Procedimiento:
Opcional Agregue otros conceptos como depredador, preza, consumidor, productor, descomponedor, herbívoro, carnívoro, omnívoro, cadena alimenticia.
Actividad 3: Felipe el Pez, Modificado del Project Wet Sin agua la vida sería imposible. La usamos de varias formas-- para beber, bañarse, recreación, agricultura, industria, etc. Dependemos de un suministro continuo de agua limpia, aún así, cada vez que la usamos la cambiamos y cada vez que llueve pueden ocurrir cambios debido a la escorrentía y la contaminación difusa. El bienestar de Felipe es drásticamente amenazado en esta actividad, en ambas contaminación puntual y difusa, el cual adversamente afecta el hábitat de Felipe. Tiempo: 30-45 minutos Materiales:
Procedimiento:
Contaminación puntual o difusa Mientras los estudiantes leen sus tarjetas, discuta si cada evento que afecta a Felipe es el resultado de contaminación puntual o difusa. Recuerde que la contaminación puntual viene de una fuente discreta pero identificable y normalmente puede ser tratada al punto de minimizar los efectos contaminantes. La contaminación difusa es usualmente el resultado de la escorrentía que lleva sedimentos o contaminantes de la superficie de la tierra al cuerpo de agua.
Extensión Siga el camino del viaje de un camarón desde la cabecera del río al estuario y de regreso; hay una gran cantidad de cosas de las que se puede hablar. Las plantaciones de banano y otros obstáculos tales como represas podrían interferir en la migración en una forma u otra. ¿Qué aspecto de la plantación del banano podría interferir?. Si el número de camarones empieza a bajar debido a estas interrupciones, ¿Qué ocurre con el ecosistema?. Los camarones son la parte primordial en la dieta de las nútrias. ¿Qué esperaría usted que ocurra si la población de camarones es reducida? Manuscrito
Haga una copia del manuscrito cada vez que la use, corte en las líneas punteadas, y distribuya un manuscrito a cada uno de los nueve estudiantes. |
