1

Tema 3: Funcionament dels sistemes naturals

2

Tema 3: Funcionament dels sistemes naturals

1. El Sol: el principi de l’energia2. Vegetals: producció primària3. Biomassa, producció,

productivitat4. Els heteròtrofs5. Herbívors: consumidors

primaris6. Carnívors7. Omnívors8. Piràmides ecològiques9. Descomponedors10.Cicles de la matèria o

biogeoquímics

3

3.1 El Sol: el principi de l’energia

Energia solar:1.Llum infraroja (energia calòrica)* aire* aigua* terraProvocarà moviments, canvis2. Llum visible (Energia fotosintètica)Permetrà fabricar energia química necessària per fabricar biològicament compostos orgànics complexos3. Radiació ultraviolada

4

3.1 El Sol, el principi de l’energia

“Dependència verda”: tant els vegetals com les algues tenen clorofil·la en els cloroplasts que els hi permet amb llum trencar la molècula d’aigua (alliberant oxigen) i obtenir energia per unir àtoms de carboni del CO2 produint glúcids, lípids i proteïnes que seran magatzems d’energia química

5

3.1 El Sol, el principi de l’energia

Disc se Secchi

En medis aquosos la llum es perd a mesura que anem en profunditat. L’augment de matèria orgànica disminueix la capa fòtica i el disc de Secchi s’observa només a 10-20 m de fondària. Si l’aigua fos totalment neta es podria fer fotosíntesis fins a uns 200m.

6

3.1 El Sol, el principi de l’energia

En un ecosistema es poden distingir cinc etapes fonamentals al llarg del flux de matèria i energia: a) Incorporació d’energia i compostos inorgànics.b) Síntesi de matèria orgànica a partir de matèria inorgànica i d’energia.c) Consum d’aquesta matèria orgànica per aquells organismes que no poden produir-la.d) Desintegració de la matèria orgànica fins portar-la novament a l’estat de compostos inorgànics.e) Transformació d’aquests components inorgànics en altres compostos minerals que poden ser aprofitats per els productors de matèria orgànica

.

7

3.2 Vegetals: Producció primària

La producció primària bruta (PPB) correspon a l’energia captada de la llum i utilitzada per fabricar glucosa (endosomàtica).Però el valor important és la Producció primària neta (PPN), que surt en restar les restes vegetals i la respiració (exosomàtica).Es calcula mesurant el canvi de pes/temps, és a dir, (biomassa inicial – biomassa final) / temps

La PPB (en quan fixació i reducció de CO2) en ecosistemes terrestres és aproximadament de300 g C/m2

8

3.2 Vegetals: Producció primària

Cianobacteris

Visió satèl·lit de fitoplàncton a IrlandaEn els oceans la producció primària és de 100 g C/m2 per culpa del llarg recorregut dels nutrients sedimentats fins que tornen a la superfície

Algues

9

Biomassa: és el pes de la matèria viva acumulada en un moment determinat.Pel seu estudi, cal fer un bon mostreig i conèixer l’àrea.

El pes es pot donar en:Pes sec: deshidratarPes humit: normal

Les unitats poden ser kg/ha, gr/m2 o mgr/m3.

3.3 Biomassa, producció i productivitat

10

3.3 Biomassa, producció i productivitat

Producció: és el canvi de biomassa en el temps

P = Biomfinal-Biominicial/t

En alguns ecosistemes és molt baixa i en altres molt alta

Tipus: 1. Producció primària: canvis de biomassa de productors2. Producció secundària: canvis de biomassa en

consumidors primaris

Es pot expressar p.e. en gr/m2·dia o gr C/m2·dia

11

3.3 Biomassa, producció i productivitat

Producció bruta (PB): pes de tot allò que s’ha incorporat del nivell tròfic inferior sense tenir en compte les pèrdues. PPB: fotosíntesi total

Producció neta (PN) canvi de pes en el tempsPPN: fotosíntesi - respiració

12

3.3 Biomassa, producció i productivitat

Eficiència tròfica: el percentatge d’energia que passa d’un nivell tròfic a un altre una vegada ha fet totes les seves funcions. Aquest valor s’aproxima al 10% (valors entre 2 i 24%).

Pèrdues: 1. Es mata però únicament serveix d’aliment una part.2. Tot el que es menja no és assimilat (defecació)3. Els nutrients es perden en produir energia per al consumidor (respiració)

13

3.3 Biomassa, producció i productivitat

Producció: Augment de massa del nivell tròfic:

1. Augment de pes individual dels organismes (creixement)

2. Augment del número d’individus (reproducció)

14

3.4 Els heteròtrofs

Una vegada ja tenim matèria orgànica en quantitat poden haver-hi individus que visquin d’alimentar-se d’aquest productes aprofitant una bona part, ja sigui amb digestió externa i absorció (osmòtrofs) o digestió interna i assimilació (fagòtrofs)

15

3.4 Els heteròtrofs

També poden haver.hi d’altres que es mengen a altres heteròtrofs i donar lloc a una cadena curta d’espècies.Tots aquests es denominen consumidors primaris als primers, consumidors secundaris als segons i així fins un o dos nivells més si ho permet l’abundància de producció primària

Recorda: Regla del 10%: la quantitat d’energia que passa d’un nivell tròfic a un altre superior

16

3.4 Els heteròtrofs

Copèpode (crustaci carnívor)Diatomea (alga fotosintètica)

Cardumen de peixosDofins

Cadena tròfica o alimentària

17

3.4 Els heteròtrofs

Cadenes trofiques

Xarxa tròfica

Les cadenes estan connexionades parcialment cosa que permet tant un equilibri com la possilitat que siguin funcionals i amb certa plasticitat donant lloc a una autèntica xarxa tròfica

18

3.5 Herbívors: Consumidors primaris

Fibrobacter i bacteris fonamentalment anaeròbics permeten la digestió dels herbívors. La fermentació de glucosa per obtenir energia desprèn CO2, CH4 i àcids grassos volàtils (AGV) que passaran a la sang del herbívor i serviran com font energètica, també produeixen aminoàcids i algunes vitamines B. Com solen ser molt especialitzades cal una sintrofia metabòlica (els productes d’uns són els substrats d’altres). Així, hi ha una xarxa simbiòtica important.

Juntament amb els bacteris hi podem trobar fongs i protozous ciliats

19

3.5 Herbívors: Consumidors primaris

Dietes desequilibrades?La qualitat de les proteïnes dels aliments depenen de la seva capacitat de proveir de tots els aminoàcids essencials necessaris per cobrir els requeriments, i de la seva digestibilitat.

La dieta vegetal està desproporcionada respecte el percentatge de tots els essencials i la seva digestibilitat és d’un 60-70%. La dieta proteica animal està més proporcionada i amb digestibilitat d’un 90%

20

3.6 Carnívors

Adaptacions:1. Colors críptics (es confonen

amb el medi)2. Silenciosos 3. Molt ràpids atac curt4. Verinososa) Acció a la sang

* hemolítics* coagulant* anticoagulant

b) acció mortal sobre cèl·lules de ronyó i fetge principalment

c) Inhibició activitat neuronal i/o muscular

21

3.6 Carnívors

Adaptacions:1. Òrgans dels sentits per

percebre la presa. Ulls frontals

2. Dentadura potent, forts canins per desgarrar.

3. Musculatura molt desenvolupada

4. Mida gran però àgils5. De vida llarga6. Poca reproducció, en tot

cas, menor que les preses.7. Tub digestiu curt (qualitat

alta del menjar)

22

3.6 CarnívorsRelació depredador-presa

El número de depredadors depèn sempre del número de preses, però no al revés

23

3.7 Omnívors: Una mica de tot?

Ñandu

Els omnívors mengen dels diferents nivells tròfics depenen de la facilitat i necessitat d’adquirir els aliments. A vegades canvien per disponibilitat dels aliments

24

3.8 Piràmides ecològiquesTipus de piràmides:

1.Piràmides de nombres: Cada nivell és proporcional al nombre d’individus.

Poden ser invertides

2. Piràmides de biomassa: cada nivell és proporcional a la suma del pes dels individus totals.

Poden ser per moments invertides (plàncton).

3. Piràmides de producció o energia: cada nivell és proporcional l’augment de massa/temps.

MAI pot ser invertida

25

Explica el significat d’aquesta piràmide

3.8 Piràmides ecològiques

Biomassa dels productors 20.810Producció secundària bruta = producció primària neta = 11.977Aproximadament el 10% de 11.977 passa a ser producció secundària neta = 1.890

26

Com més alt està una espècie en la piràmide tròfica més rendiment o eficàcia treu a l’aliment (cada gram és més digerible i té més valor nutritiu). Si una espècie quasi no es mou per alimentar-se serà més eficient i això permetrà piràmides tròfiques més altes (zones litorals)

3.8 Piràmides ecològiques

27

Els organismes que acceleren el pas de matèria orgànica a inorgànica s’anomenen descomponedors i són essencials per posar a disposició dels vegetals minerals i altres compostos per començar de nou el cicle de la matèria

3.9 Descomponedors

28

Els fongs necessiten la matèria orgànica per viure per això són heteròtrofs. Poden ser:•Sapròfits: restes d’animals o vegetals morts•Paràsits: s’alimenten de matèria orgànica en organismes vius

Mildiu

3.9 Descomponedors

29

3.10 Cicles de la matèria o biogeoquímics

La matèria segueix un cicle ramificat i cada pas té la seva velocitat i cada material té també la seva velocitat de transició específica

30

3.10 Cicles de la matèria o biogeoquímics

1. El carboni

Tema: Efecte hivernacle

31

3.10 Cicles de la matèria o biogeoquímics

2. El nitrogen

Tema: Fertilitzants, fixació de nitrogen, nitrificació.

32

3.10 Cicles de la matèria o biogeoquímics

3. El sofre

Tema: Pluja àcida

33

3.10 Cicles de la matèria o biogeoquímics

4. El fòsfor

Element normalment limitant a la majoria d’ecosistemes*Afloraments*Guano