3° Semestre - Ecosistemas: interacciones, energía y dinámica - Progresiones de Aprendizaje - CNEyT
“Los ecosistemas terrestres están sostenidos por el flujo continuo de energía, que se origina principalmente del Sol, y el reciclaje de materia y nutrientes dentro del sistema. Son sistemas complejos e interactivos que incluyen tanto las comunidades biológicas (bióticas) como los componentes físicos (abióticos) del ambiente. Al igual que con los organismos individuales, existe una estructura jerárquica; grupos de los mismos organismos (especies) forman poblaciones, diferentes poblaciones interactúan para formar comunidades, las comunidades viven dentro de un ecosistema, y todos los ecosistemas de la Tierra conforman la biosfera. Los ecosistemas son dinámicos y experimentan cambios en la composición y abundancia de la población y cambios en el entorno físico a lo largo del tiempo”. (National Research Council, 2012).
La vida requiere constantemente de materia y energía, dando lugar a las variaciones en los ecosistemas debido a la interdependencia de organismos vivos y el ambiente. Las interacciones entre los organismos y el medio ambiente dan lugar a los flujos de materia y energía de los sistemas vivos, por ejemplo, los alimentos proporcionan lo necesario para las funciones de la vida, el material para el crecimiento y la reparación de tejidos. Las redes alimentarias están integradas por productores, consumidores y descomponedores que en un ecosistema interactúan entre sí en complejas jerarquías de alimentación. Estas interacciones facilitan o limitan el tamaño de las poblaciones manteniendo el equilibrio entre los recursos disponibles y los que los consumen.
Las combinaciones de los factores físicos como la luz, la temperatura, el agua, el suelo, así como los espacios de refugio y reproducción proporcionan los entornos en los que se desarrollan los ecosistemas (desiertos, selvas, arrecifes, etc.) y en los que viven las diferentes especies del planeta. En los sistemas vivos, así como entre ellos y el ambiente, se presentan flujos en los que siempre la materia y la energía se conservan. Para reconocer los cambios en los ecosistemas es posible rastrear sus flujos de materia y energía. Por ejemplo, para reconocer las perturbaciones que experimenta el planeta debido al cambio climático es útil el análisis de los flujos de la materia (ciclo del carbono) y la energía (balance térmico terrestre) en los ecosistemas.
Aplicación disciplinar
El concepto central de ecosistemas: interacciones, energía y dinámica es relevante en las disciplinas científicas tales como la biología, la ecología, la física y la química.
El sostenimiento de la vida requiere aportes sustanciales de materia y energía. La compleja organización estructural de los organismos acomoda la captura, transformación, transporte, liberación y eliminación de la materia y la energía necesaria para sostenerlos. A medida que la materia y la energía fluyen a través de diferentes niveles organizativos -células, tejidos, órganos, organismos, poblaciones, comunidades y ecosistemas- de los sistemas vivos, los elementos químicos se recombinan de diferentes maneras para formar diversas sustancias. El resultado de estas reacciones químicas es que la materia y la energía se transfiere de un sistema a otro, a través de la interacción de las sustancias.
Progresión de aprendizaje del concepto central “Conservación de la energía y sus interacciones con la materia”
Para Ciencias Naturales, Experimentales y Tecnología, las progresiones de aprendizaje son ideas que permiten la apropiación del concepto central, ordenadas progresivamente (de lo más simple a lo más complejo). Estas ideas se complementan con los conceptos transversales y las prácticas de ciencia e ingeniería, para mayor referencia sobre estas relaciones (véase cuadro 1), así como con los propósitos, contenido científico asociado y prácticas sugeridas (véase cuadro 2).
El propósito de la progresión de aprendizaje es ayudar a las y los estudiantes a apropiarse del concepto central y proporciona al docente una idea clara del nivel de conocimientos que tienen sus estudiantes. A partir de la recuperación de sus ideas previas se puede orientar de mejor forma a las y los estudiantes a alcanzar una mayor comprensión y desarrollo del sentido científico.
Código | Progresión de Aprendizaje |
|---|---|
PA3.1. | Dentro de las células de los organismos fotosintéticos hay estructuras responsables que facilitan que la energía del Sol sea capturada por las plantas durante el proceso y se forme la materia vegetal. |
PA3.2. | A través de las reacciones químicas involucradas en la respiración celular de plantas y animales, las moléculas de los alimentos se rompen y se libera energía útil para los seres vivos. |
PA3.3. | Durante la fotosíntesis el dióxido de carbono y el agua se combinan para formar moléculas orgánicas que contienen carbono y liberar oxígeno, estas reacciones requieren energía solar y producen azúcares. |
PA3.4. | La energía solar se distribuye en el planeta, las condiciones físicas del ambiente (temperatura y la precipitación) dan lugar a diferentes formas de vida. |
PA3.5. | Los biomas son las grandes regiones de vegetación a nivel mundial en función de la distribución de la energía en las distintas regiones de la Tierra. |
PA3.6. | Las redes tróficas tienen diferentes niveles y el uno de los primeros está formado por plantas y algas. En los flujos de materia y energía, que se presentan en los niveles de las redes tróficas, solo una pequeña fracción de la materia consumida en el nivel inferior se transfiere al nivel superior, para producir crecimiento y liberar energía durante la respiración celular. Dada esta ineficiencia, generalmente hay menos organismos en los niveles más altos de una cadena trófica. |
PA3.7. | La energía solar captada por las plantas fluye a través de la biomasa, al ser consumida por los herbívoros y los demás integrantes de la red trófica. En este proceso también no toda la energía de las plantas llega a los siguientes niveles. |
PA3.8. | En las redes tróficas disminuyen los niveles debido a que la cantidad de energía disponible que se transfiere al siguiente nivel es cada vez menor. |
PA3.9. | El grado en el que sucede la fotosíntesis varía conforme a la cantidad de energía solar, lo que origina diferencias en el crecimiento de las plantas (productividad). De la misma forma, en los ecosistemas y en sus comunidades también se presentan diferencias de productividad. |
PA3.10. | En cualquier ecosistema, los organismos y poblaciones con necesidades similares de alimentos, agua, oxígeno u otros recursos pueden competir entre sí, limitando su crecimiento y su reproducción. |
PA3.11. | En los ecosistemas y comunidades la estabilidad y madurez varía, lo cual origina diferentes productividades. Los ecosistemas inestables e inmaduros son más vulnerables a perturbaciones y esto afecta su productividad. |
PA3.12. | Las sustancias presentes en los organismos vivos intervienen en las redes tróficas, en ellas se combinan y recombinan de diferentes formas y fluyen entre los organismos, la atmósfera y el suelo. En cada nivel de la cadena trófica, la materia y la energía se conservan. Por ejemplo, en una etapa del ciclo del carbono sucede la fotosíntesis y la respiración celular, en ella se dan procesos químicos, físicos y biológicos, en los que se intercambia el carbono entre la biosfera, la atmósfera y los océanos. |
PA3.13. | Los servicios ecosistémicos o ambientales son aquellos que la naturaleza o los procesos ecológicos proveen a los seres vivos y al planeta y son considerados el motor del medio ambiente. |
PA3.14. | La ciencia como un esfuerzo humano para el bienestar, parte 3. Discusión de la aplicación de las ciencias naturales: Desequilibrio ecológico. |
Cuadro 1. Uso de los conceptos transversales y las prácticas en la apropiación del concepto central “Ecosistemas: interacciones, energía y dinámica”
CT1 - Patrones | CT2 - Causa y efecto | CT3 - Medición | CT4 - Sistemas (modelos de sistemas) | CT5 - Flujos y ciclos de la materia y la energía | CT6 - Estructura y función | CT7 - Estabilidad y cambio | Prácticas |
Estudiar patrones de interacciones entre organismos dentro de un ecosistema. Reconocer patrones en los datos y hacer inferencias justificadas sobre cambios en las poblaciones de un ecosistema. | Analizar las relaciones de causa y efecto entre los recursos y el crecimiento de organismos individuales y el número de organismos en los ecosistemas durante períodos de abundancia y escasez de recursos. Los ecosistemas son de naturaleza dinámica, sus características pueden variar con el tiempo. Las alteraciones de cualquier componente físico, químico o biológico de un ecosistema pueden provocar cambios en todas sus poblaciones. | Factores que afectan la cantidad de recursos disponibles en los ecosistemas a diferentes escalas. | Se desarrolla un modelo que describe el movimiento de la materia y la energía entre plantas, animales, descomponed ores y el ambiente. | Dentro de los organismos individuales, los alimentos se mueven a través de una serie de reacciones químicas en las que se descomponen y reorganizan para formar nuevas moléculas, apoyar el crecimiento o liberar energía. Las plantas, las algas y muchos microorganismos utilizan la energía de la luz para producir azúcares (alimentos) a partir del dióxido de carbono de la atmósfera y el agua a través del proceso de fotosíntesis, que también libera oxígeno. Estos azúcares pueden usarse inmediatamente o almacenarse para su crecimiento o uso posterior. En esta reacción, el dióxido de carbono y el agua se combinan para formar moléculas orgánicas a base de carbono y liberar oxígeno. La respiración celular en plantas y animales implica reacciones químicas con oxígeno que liberan energía almacenada. Las transferencias de materia y energía hacia y desde el entorno físico ocurren en todos los niveles. En estos procesos, las moléculas complejas que contienen carbono reaccionan con el oxígeno para producir dióxido de carbono y otros materiales. La materia circula entre el aire y el suelo, así como entre las plantas, los animales y los microorganismos a medida que estos viven y mueren. Las redes tróficas muestran cómo la materia y la energía se transfieren entre productores, consumidores y descomponedores a medida que los tres grupos interactúan dentro de un ecosistema. | Los seres vivos están hechos de células. | Pequeños cambios en una parte de un sistema pueden causar grandes cambios en otra parte del ecosistema. Los organismos y las poblaciones de organismos dependen de sus interacciones ambientales tanto con otros seres vivos (bióticos) como con factores no vivos (abióticos). Los ecosistemas son de naturaleza dinámica y sus características pueden variar con el tiempo. Los cambios en la biodiversidad pueden influir en los recursos humanos, como los alimentos, la energía y los medicamentos, así como en los servicios ecosistémicos de los que dependen los humanos, por ejemplo, la purificación del agua. | Las y los estudiantes realizarán a lo largo del curso prácticas relacionadas con los ecosistemas: interacciones, energía y dinámica, lo que les permitirán también desarrollar las habilidades de hacer preguntas, utilizar modelos, obtener, analizar e interpretar datos, usar su pensamiento matemáticos, así como evaluar y comunicar información. |
Cuadro 2. Propósitos, contenido científico asociado y prácticas sugeridas para la apropiación del concepto central “Ecosistemas: interacciones, energía y dinámica”
Propósitos del concepto central: A lo largo de este curso ayude a las y los estudiantes a que desarrollen su comprensión sobre el funcionamiento de un sistema de elementos vivos (bióticos) y no vivos (abióticos) para satisfacer las necesidades de los organismos en un ecosistema y los efectos que estos factores tienen sobre la población. También a explicar de forma más profunda el ciclo de la materia y el flujo de energía en los ecosistemas. Finalmente, a evaluar soluciones para mantener la biodiversidad y los servicios ecosistémicos.
CT1 - Patrones | CT2 - Causa y efecto | CT3 - Medición | CT4 - Sistemas (modelos de sistemas) | CT5 - Flujos y ciclos de la materia y la energía | CT6 - Estructura y función | CT7 - Estabilidad y cambio | Prácticas |
Identificar los diferentes biomas y su relación con la cantidad de luz solar que reciben al año. Identificar patrones en la estacionalidad del ambiente según el ecosistema, por ejemplo, patrones de precipitación, de floración y de reproducción de especies. | El crecimiento de las plantas (productividad) del ecosistema depende de las condiciones ambientales, por ejemplo, de la cantidad de energía solar. | Identificar que las tasas de aprovechamiento de materia y energía a través de los niveles de las cadenas tróficas. | Reconocer en los ecosistemas sus flujos, entradas, salidas, elementos, sus interacciones y su relación con el clima. | En las cadenas tróficas se observan flujos de materia y energía. Los ciclos del agua y el carbono están presentes en los flujos de materia y energía a través de los ecosistemas. La fotosíntesis representa un proceso importante en la circulación del carbono entre la biosfera, la atmosfera, la hidrosfera y la geosfera. | El funcionamiento de las redes tróficas está basado en la estructura jerárquica de sus poblaciones con depredadores, consumidores, plantas y descomponedores. | Las perturbaciones a cualquier componente del ecosistema pueden cambiar las dinámicas ecológicas. Por ejemplo, el impacto de la acidificación del mar a los arrecifes de coral. Impactos del cambio climático a los ecosistemas. | Reflexione con sus estudiantes sobre las características de los ecosistemas existentes en la comunidad donde se encuentra el plantel. Utilizar la herramienta de Naturalista y aprovechar las colecciones biológicas de la CONABIO (Comisión Nacional para el conocimiento y el uso de la Biodiversidad). Participar en actividades que promuevan la sensibilización y conservación de los recursos naturales de la comunidad. Uso de simuladores de control de población en ecosistemas (Net-logo). |