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GUÍA Nº 14 COMPLEMENTARIA BIOLOGÍA: ECOLOGÍA El reino vegetal, como se denomina a este grupo de seres vivos, comprende millones de especies distintas unas de otras. Al ser tantas y para conocerlas mejor, se clasifican de distintos modos. Nosotros vamos a atender a dos clasificaciones:

1) Clases de vegetales según su tamaño: Árboles, arbustos, plantas herbáceas.

2) Clases de vegetales según su forma de reproducirse:

Criptógamas: Plantas sin flores, como por ejemplo: los musgos, helechos, algas.

Fanerógamas: Plantas con flores, como por ejemplo: gimnospermas, angiospermas

Hay tres grandes tipos de plantas:

Árboles: Los árboles son las plantas más grandes que existen. Los hay de muy distintas formas y tamaños, desde pequeños árboles frutales hasta las secuoyas, que son los árboles más grandes, pues alguna de ellas mide 84 metros de altura y tienen más de 3.500 años. Los árboles también se diferencian de los demás vegetales porque tienen un sólo tallo, llamado tronco, que es duro y leñoso. Un gran número de especies de árboles pierden las hojas con la llegada del frío invernal. Lo hacen para defenderse del frío y que no se les congelen las hojas con las heladas. Con la primavera, le brotarán nuevas hojas por todas sus ramas. Les llamamos árboles de hoja caduca. Por nombrar algunos ejemplos, tienen la hoja caduca el almendro, olmo y abedul.

Otras especies de árboles no pierden las hojas durante el invierno, sino que las van renovando durante todo el año. Les llamamos árboles de hoja perenne. Es el caso del pino, lenga, ciprés, alerce. Arbustos: Son vegetales más pequeños que los árboles, pero más grandes que las hierbas. Tienen varios tallos que en algunos arbustos son leñosos. Al igual que los árboles, algunos pierden las hojas en invierno. También los hay adaptados a distintos tipos de climas. Unos pueden resistir las heladas del invierno; otros soportan grandes periodos de sequía; otros están adaptados a vivir en zonas muy calurosas; etc. Hay numerosas especies de arbustos; Algunos de ellos son: calafate, michay, quillay. Plantas herbáceas: Las hierbas son pequeñas plantas que sobresalen del suelo unos pocos centímetros. La mayor parte de ellas tienen una vida corta, de uno o dos años. La mayor parte del suelo del planeta está cubierto de plantas herbáceas silvestres. Otras son cultivadas para proporcionar alimento a seres humanos o animales y algunas también se cuidan como plantas de adorno por su belleza. Son plantas herbáceas el trigo, amapola o perejil.

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Plantas sin flores y plantas con flores:

Plantas sin flores: Muchas plantas no producen flores en ningún momento de su vida. A este grupo de vegetales se les denomina en botánica plantas "criptógamas". Su forma de reproducirse es por esporas.

Las plantas más conocidas de las que no tienen flores son los musgos, los helechos y las algas. Son los primeros vegetales que empezaron a existir y vivieron en épocas que aún no existía el ser humano. Suelen habitar en bosques y lugares muy húmedos porque necesitan que sus esporas naden sobre agua para reproducirse. Musgos: Son las plantas terrestres más primitivas y con forma más sencilla. Son unos vegetales pequeños que habitan en lugares muy húmedos y sombríos, pues no toleran el sol directo. Los encontramos en la tierra, bajo la sombra de bosques húmedos, tapizando cortezas de árboles o rocas lisas; pero siempre en zonas de umbría (sombra). Helechos: Son vegetales muy antiguos. Hace 300 millones de años los helechos eran mucho más abundantes que ahora. Algunos eran tan grandes como enormes árboles y formaban auténticos bosques. Sus restos putrefactos y enterrados han dado lugar, con el paso de millones de años, al carbón. También necesitan vivir en zonas muy húmedas y frescas. Algas: Son un grupo de vegetales que viven en el agua. Muchos científicos dudan que pertenezcan al reino vegetal, pues no presentan todas las características y funciones de los vegetales. De las algas proceden el resto de las plantas. Fueron el origen de los vegetales porque, con el paso de millones de años, algunas especies enraizaron en la tierra dando lugar a otros vegetales como los musgos y helechos. Las algas crecen en el fondo del mar o pegadas a las rocas y las hay en mares, ríos, lagos y charcas. Tienen formas y colores muy variados. Son bastante distintas al resto de vegetales, pues no tienen raíz ni tallo ya que al vivir en el agua, no necesitan de esos órganos para absorberla. También realizan el proceso fotosintético y muchas de ellas son microscópicas. Un ejemplo de algas lo podemos ver en el verdín de las charcas, en lagos, ríos y sobre todo en el mar, donde se dan muchas especies de colores verdes, amarillas, azules y rojas. Como ejemplo podemos mencionar al cochayuyo, ulva, pelillo.

Plantas con flores: La mayor parte de las especies vegetales se reproduce mediante flores. En botánica a estos vegetales se les llama plantas "fanerógamas". Para ellas no es imprescindible que haya agua para reproducirse, por lo que pueden crecer por zonas que no sean húmedas.

En las flores la planta tiene sus órganos reproductores. De las flores se forman los frutos y las semillas, que son necesarias para que una planta de esta clase se reproduzca. Algunos vegetales producen flores una o dos veces cada año, como los naranjos o los jazmines; otros sólo producen flores una vez en toda su vida. La pita, por ejemplo, es una planta con espinas, que crece silvestre por toda la zona cercana al Mediterráneo. Soporta las sequías almacenando agua en sus gruesas hojas. Hasta los 20 o 25 años no produce flores y muere tras la floración.

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Las plantas con flores se dividen en dos grandes grupos: Gimnospermas: No tienen frutos para proteger la semilla. Sus flores son muy simples y suelen pasar inadvertidas a nuestra vista. Son gimnospermas, por ejemplo, los pinos, los abetos y los cipreses. Son las plantas con semillas más antiguas. Angiospermas: Son las plantas más recientes y más evolucionadas. Tienen flores complejas que suelen ser llamativas a nuestra vista. Las semillas están recubiertas por un fruto que las protege. Son la fuente de alimentación del ser humano y de muchos mamíferos. De ellas también se obtiene gran número de materias primas y productos naturales. Los jazmines, paltos, duraznos, manzanos por mencionar solo algunos, son angiospermas. Partes de una planta: Todas las plantas, al igual que el cuerpo humano, tienen sus partes bien definidas y cada una de ellas cumple una función específica.

Raíz:

Sirven para sostener la planta y protegerla en la tierra contra los vientos; pero el principal fin de las raíces es el de absorber agua y sales minerales. Muchas de las raíces son útiles y sirven de alimento como la remolacha, la zanahoria y la yuca; otras son medicinales como el jengibre. La raíz esta conformada por:

Cuello: Parte situada al nivel de la superficie del suelo, separa el tallo de la raíz. Raíz principal o cuerpo: Parte subterránea de la que salen las raíces secundarias. Pelos Absorbentes: Por donde penetra el agua con las sustancias minerales para alimentar la planta.

Tallo:

Es la parte de la planta que crece en sentido contrario al de la raíz, de abajo hacia arriba, del tallo se sostienen las hojas. Los tallos sirven para sostener todos los órganos del vegetal: hojas, flores y frutos. Además de conducir de la raíz a las hojas y flores la savia. Las partes del tallo son:

Cuello: Con el que se une a la raíz.

Nudo: En los que se insertan las hojas y las ramas.

Yemas: Dan origen a las ramas.

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Utilidad de los tallos: Para la alimentación como la cebolla, el espárrago. Presentan algunos tallos funciones medicinales como la quina y la canela, y para la industria como la caña de azúcar. De los árboles también se saca la madera para hacer muebles y papel, igualmente se extrae la resina para sacar el caucho.

Hojas: Son los órganos vegetales que sirven a la planta para respirar y realizar el proceso fotosintético. Las hojas nacen en el tallo o en las ramas; son generalmente de color verde. Las partes de la hoja son:

Limbo: Es la parte plana de la hoja, y tiene dos caras, la superior se llama haz y el reverso envés.

Pecíolo: Es el filamento que une la hoja al tallo o rama.

Vaina: Es el ensanchamiento del pecíolo o limbo que envuelve al tallo.

Esquema microscópico de una hoja

Funciones de las Hojas:

Respiración: Las hojas son los pulmones de las plantas pues por ella realizan su respiración. La respiración consiste en absorber de la atmósfera oxígeno y exhalar dióxido de carbono. Esta función principalmente se da en la noche. Por eso, no debemos dormir por ejemplo, con plantas en las habitaciones porque contaminan el aire.

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Transpiración: Se verifica en las plantas mediante las salidas del exceso de agua de las hojas por los estomas. Esta función se realiza en forma de pequeñas gotitas que aparecen en la superficie de las hojas.

Función clorofílica: Consiste en absorber el dióxido de carbono del aire, mediante la acción de la luz; luego lo descomponen y dejan libre el oxígeno. Esta función es de gran importancia y además es la vida de las plantas, pues gracias a ella y a la luz del sol, las hojas fabrican su alimento. Mas adelante en esta guía retomaremos el tema de la fotosíntesis.

Utilidades de las hojas: Son alimenticias, las que sirven al ser humano para su alimento como la lechuga, acelga, repollo, espinaca y otras. Son medicinales, las que se usan para las enfermedades, como el eucalipto, la malva, borraja. Son industriales, las que se usan para la elaboración de productos destinados al comercio, como el tabaco.

Flores:

Es el órgano que sirve para la reproducción de las plantas. Las flores son las partes más vistosas de las plantas. Las partes de una flor son:

Cáliz: Está formado por unas hojitas verdes que están en la parte exterior de la flor.

Corola: Llamada ordinariamente la flor, está formada por unas hojitas de varios colores llamados pétalos.

Estambres: Son como unos bastoncitos que tienen por base el centro de la flor y tienen un polvillo amarillento que se llama polen y es el órgano masculino de la flor.

Filamento: Es un hilo muy delgado destinado a sostener la antera. La antera que es un saquito, que abierto con los dedos, te manchará con un polvillo amarillento que sale de dentro, es el polen.

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Pistilos: Son los órganos femeninos de la flor.

Fruto: Es el ovario maduro. Una vez realizada la fecundación, el ovario se transforma en semilla y empieza a crecer rápidamente para transformarse en fruto. Los frutos pueden ser:

Carnosos: Son muy útiles, pues contienen sustancias azucaradas que refrescan y alimentan. Ejemplo: tomates, naranjas, mangos, etc.

Secos: El trigo, arroz, fríjoles, maíz. Luego de esta introducción a los vegetales, nos centraremos en hablar de los cloroplastos y el proceso que ocurre en su interior, la fotosíntesis, la cual es extremadamente importante para los vegetales, ya que les permite ser organismos autótrofos y en términos ecológicos productores. Plastidios: Son orgánulos citoplasmáticos exclusivos y característicos de las células vegetales. Existen diversos tipos de plastidios: cloroplastos, cromoplastos y leucoplastos. Todos tienen un origen evolutivo común, en estructuras celulares llamadas proplastos. Algunas características de las diferentes clases de plastidios son: Cloroplastos: Plastos verdes ya que contiene, entre otros pigmentos fotosintéticos, clorofila a y b. En su interior se realiza la fotosíntesis.

Cromoplastos: Plastos de color amarillo o anaranjado por acumulación de carotenoides, como los del tomate o la zanahoria. Leucoplastos: Plastos de color blanco, se encuentran en las partes no verdes de la planta. Así, por ejemplo, en las células de la patata encontramos un tipo de leucoplastos, los amiloplastos, llamados así por contener almidón.

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Debido a su importancia para todos los seres vivos, haremos a continuación un estudio particular de los cloroplastos. Cloroplastos: Son orgánulos muy variables en cuanto a número, forma y tamaño. Así, por ejemplo, las células de ciertas algas filamentosas tienen uno o dos únicos cloroplastos; otras, como la planta acuática elodea, tienen numerosos cloroplastos, se estima que se pueden encontrar en promedio 40 cloroplastos por célula vegetal. Su forma es, normalmente, de lente biconvexa, pero pueden ser también estrellados o con forma de cinta enrollada en hélice.

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Ultraestructura de los cloroplastos: Es difícil observar su estructura al microscopio óptico. Al microscopio electrónico de transmisión se observa una membrana externa y otra interna separadas por un espacio intermembrana. En el interior se ven unas estructuras alargadas formadas por membranas llamadas láminas. Sobre ellas se ven las granas, que son unos repliegues, formados también por membranas, que se disponen unos encima de otros. Todo este conjunto de membranas internas recibe el nombre de tilacoides; pudiéndose distinguir los tilacoides de las granas y los tilacoides de las láminas. Existe además un contenido interno, el estroma, en el que hay ADN similar al de las células procariontes o sea circular y simple, los ribosomas son 70 S.

Función de los cloroplastos: En los cloroplastos se realiza la fotosíntesis. En la membrana de los tilacoides se realiza una de las fases de la fotosíntesis, la fase luminosa. La otra fase de la fotosíntesis se denomina fase oscura, y se realiza en el estroma (citoplasma o matriz) del cloroplasto. Origen evolutivo: Es de destacar, que los plastidios tienen una estructura similar a los organismos procariontes. Según la "teoría endosimbiótica", la célula eucarionte se habría formado por simbiosis de diferentes organismos procariotas, uno de ellos, los plastidios que proporcionaría al conjunto, compuestos orgánicos que sintetizaría usando como fuente de energía la luz solar.

Fotosíntesis: La fotosíntesis puede definirse como un proceso anabólico que se produce en los cloroplastos y en el que la energía luminosa es transformada en energía química que posteriormente será empleada para la fabricación de sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas. En la fotosíntesis se van a producir los siguientes procesos:

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1) Captación por las clorofilas y otros pigmentos fotosintéticos de la energía luminosa y su transformación en energía química contenida en el ATP. 2) Obtención de electrones a partir de las moléculas de agua. Estos electrones, convenientemente activados por la energía luminosa, servirán para reducir NADP+. 3) Incorporación del carbono del CO2 a las cadenas carbonadas. 4) Reducción por el NADPH del carbono incorporado y síntesis de compuestos orgánicos. 5) Reducción de otras sustancias inorgánicas (nitratos, nitritos, sulfatos, etc.) para su incorporación a las cadenas carbonadas. Ecuación global de la fotosíntesis: La fotosíntesis, en su conjunto, es un proceso redox en el que el CO2 y otras sustancias inorgánicas son reducidas e incorporadas en las cadenas carbonada. Aunque son muchas las sustancias orgánicas que se forman en el cloroplasto, la que se forma en mayor cantidad es la glucosa. Por esto la ecuación global de la síntesis de glucosa en el cloroplasto se considera como la ecuación global de la fotosíntesis.

Las implicancias de la fotosíntesis son de gran importancia para los seres vivos. Por ejemplo: -Todos o casi todos los seres vivos dependen, directa o indirectamente, de la fotosíntesis para la obtención de sustancias orgánicas y energía. -A partir de la fotosíntesis se obtiene O2. Este oxígeno, formado por los organismos fotosintéticos, transformó la primitiva atmósfera de la Tierra e hizo posible la existencia de los organismos heterótrofos aeróbicos.

Etapas de la fotosíntesis: La fotosíntesis es un proceso muy complejo. Se ha demostrado que sólo una parte requiere energía luminosa, a esta parte se le llama fase luminosa; mientras que la síntesis de compuestos orgánicos no necesita la luz de una manera directa, es la fase oscura. Es de destacar que la fase oscura, a pesar de su nombre, se realiza también durante el día, pues precisa el ATP y el NADPH que se obtienen en la fase luminosa.

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Etapa luminosa de la fotosíntesis: Se realiza en la membrana de los tilacoides, consiste en un transporte de electrones, desencadenado por fotones, con síntesis de ATP y de NADPH + H+. La membrana de los tilacoides tiene una estructura de doble capa o membrana unitaria. Integradas en esta doble capa están determinadas sustancias muy importantes en el proceso de la fotosíntesis y en particular los fotosistemas I y II, las ATPsintetasas y los citocromos.

Los diferentes carotenos y clorofilas captan fotones de unas determinadas longitudes de onda. De esta manera, el conjunto de las moléculas del fotosistema captan gran parte de la energía luminosa incidente, sólo determinadas longitudes de onda son reflejadas y por lo tanto, no utilizadas. En particular, son reflejadas las radiaciones correspondientes a las longitudes de onda del verde y el amarillo. En el fotosistema II la molécula diana es la clorofila a II que tiene su máximo de absorción a 680 nanometros (nm). Cuando esta clorofila capta un fotón pasa a un estado excitado (P 680) y su potencial redox se hace más negativo haciéndose muy reductora. En el fotosistema I, la molécula diana es la clorofila a I, cuyo máximo de absorción se encuentra a 700 nm, que también se excita (P 700) al captar un fotón.

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Longitudes de onda de los colores del espectro

La disminución de los potenciales redox permite que se establezca un transporte de electrones que pueden seguir dos vías: La fotofosforilación acíclica y la fotofosforilación cíclica.

Fotofosforilación acíclica: La luz va a desencadenar un transporte de electrones a través de las membranas de los tilacoides con producción de NADPH y ATP. Los electrones serán aportados por el agua. En esta vía se pueden distinguir los siguientes procesos: Reducción del NADP+: Al captar un fotón, la clorofila a II del fotosistema II (P680), se excita y aumenta su poder reductor. Esto le va a permitir reducir, por cesión de 2e-, a la plastoquinoma (PQ). Estos dos electrones son cedidos sucesivamente a otros transportadores: citocromo b6 (Cit b6), citocromo f (Cit f) y plastocianina (PC), hasta llegar a la clorofila a I (P 700) del fotosistema I. La clorofila a I (P 700) recibe la energía de otro fotón y se origina una nueva cadena pasando por la ferredoxina (Fd), hasta la reductasa (Rd); en la que el aceptor final es el NADP+ que se reduce a NADPH + H+ al captar los dos electrones y dos protones del medio.

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Fotolisis del agua y producción de oxígeno: Los electrones transportados a través de los tilacoides y captados por el NADP+ proceden de la clorofila a II (P680). Esta molécula los recupera sacándolos del agua. De esta manera podrá iniciar una nueva cadena de electrones. En este proceso la molécula de agua se descompone por fotolisis en 2H+, 2e- y un átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno, unido a un segundo átomo para formar una molécula de O2, es eliminado al exterior como desecho de la fotosíntesis. El oxígeno producido durante el día por las plantas se origina en este proceso.

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Síntesis de ATP (Teoría quimiosmótica): El transporte de electrones a través de los fotosistemas produce un bombeo de protones desde el estroma hacia el interior del tilacoide, pues los fotosistemas actúan como transportadores activos de protones extrayendo la energía necesaria para ello del propio transporte de electrones. La lisis del agua también genera protones (H+). Todos estos protones se acumulan en el espacio intratilacoide, pues la membrana es impermeable a estos iones y no pueden salir. El exceso de protones genera un aumento de la acidez en el interior del tilacoide y, por lo tanto, un gradiente electroquímico -exceso protones y de cargas positivas. Los protones sólo pueden salir a través de unas moléculas de los tilacoides: las ATPsintetasa. Las proteínas ATPsintetasas actúan como canal de protones y de esta manera cataliza la síntesis de ATP. Es la salida de protones (H+) a través de las ATPasas la que actúa como energía impulsora para la síntesis de ATP. Balance de la fotofosforilación acíclica: Teniendo en cuenta únicamente los productos iniciales y finales, y podemos hacerlo porque el resto de las sustancias se recuperan en su estado inicial, en la fotofosforilación acíclica se obtienen 2 NADP + 2H2O à 2NADPH + 2H + O2 + ATP.

Fosforilación cíclica: En esta vía la luz va a desencadenar un transporte de electrones a través de los tilacoides con producción sólo de ATP. El proceso parte de la excitación de la molécula diana (clorofila P 700) del fotosistema I. La diferencia con el proceso estudiado anteriormente está en que, en este caso, la ferredoxina (Fd), en lugar de ceder los 2e- a la reductasa (Rd), los cede a la plastoquinona (PQ). Se establece un proceso cíclico en el que los mismos 2e- están pasando continuamente por los mismos transportadores: plastoquinona (PQ), citocromo b6 (Cit b6), citocromo f (Cit f), plastocianina (PC), clorofila a I, etc. En cada vuelta se sintetiza una molécula de ATP de la misma forma que en la fotofosforilación acíclica. En esta vía se produce una síntesis continua de ATP y no se requieren otros sustratos que el ADP y el Pi y, naturalmente, luz (fotones). Es de destacar que no es necesaria la fotolisis del agua pues los electrones no son cedidos al NADP+ y por lo tanto, no se produce oxígeno.

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Regulación de ambos procesos: En el cloroplasto se emplean ambos procesos indistintamente en todo momento. El que se emplee uno más que otro va a depender de las necesidades de la célula o lo que en realidad es lo mismo, de la presencia o ausencia de los sustratos y de los productos que se generan. Así, si se consume mucho NADPH + H+ en la síntesis de sustancias orgánicas, habrá mucho NADP+, y será éste el que capte los electrones produciéndose la fotofosforilación acíclica. Si en el tilacoide hay mucho ADP y Pi y no hay NADP+, entonces se dará la fotofosforilación cíclica. Será el consumo por parte de la planta de ATP y de NADPH + H+, o, lo que es lo mismo, la existencia de los sustratos ADP y NADP+, la que determinará uno u otro proceso.

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Fase oscura o ciclo de Calvin: En el estroma de los cloroplastos y como consecuencia de la fase luminosa, se van a obtener grandes cantidades de ATP y NADPH + H+, metabolitos que se van a utilizar en la síntesis de compuestos orgánicos. Esta fase recibe el nombre de fase oscura porque en ella no se necesita directamente la luz, sino únicamente las sustancias que se producen en la fase luminosa. Durante la fase oscura se dan, fundamentalmente, dos procesos distintos: -Síntesis de glucosa mediante la incorporación del CO2 a las cadenas carbonadas y su reducción. -Reducción de los nitratos y de de otras sustancias inorgánicas, base de la síntesis de los aminoácidos y de otros compuestos orgánicos.

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1) La ribulosa 5 P (RuP), monosacárido con cinco átomos de carbono (C5) fosforilada en posición cinco, es fosforilada de nuevo por el ATP en el carbono 1, pasando a ribulosa 1,5 difosfato (RuBP). 2) La RuBP reacciona con el CO2 obteniéndose un compuesto de (6C), el cual es transformado por la enzima ribulosa difosfato carboxilasa (Rubisco) (enzima mas abundante en la naturaleza) en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérido (PGA), este compuesto contiene una cadena carbonada de tres átomos de carbono (C3). El proceso podría esquematizarse: 1 (C5) + CO2 à 2 (C3) 3) El PGA (C3) es reducido por el NADPH + H+ a gliceraldehído 3 fosfato (PGAL), la reacción necesita también ATP. Como consecuencia de los procesos 1, 2 y 3 estudiados hasta ahora, vemos que, partiendo de una molécula con cinco átomos de carbono (C5) y por adición de una molécula de CO2, se obtienen dos moléculas con tres átomos de carbono cada una (C3). El CO2 ha sido integrado en una molécula orgánica, una triosa, el llamado gliceraldehído 3 fosfato (PGAL). Si en lugar de una molécula de RuP, partimos de seis moléculas, obtendremos 12 moléculas de PGAL.

4) De cada 12 moléculas de PGAL obtenidas, 2 se unen dando una molécula de glucosa (C6H12O6) y el resto entra en un complejo proceso que tiene como objetivo la recuperación de las 6 moléculas de RuP (C5). Éstas, una vez recuperadas, entran de nuevo en el ciclo de Calvin.

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5) La glucosa así obtenida es polimerizada formándose almidón (sustancia de reserva de los vegetales).

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Como resumen del proceso fotosintético, tenemos:

Reducción de nitratos y sulfatos: Las plantas pueden obtener el nitrógeno que necesitan a partir de los nitratos (NO3-), por ejemplo. Los nitratos son absorbidos por las raíces y transportados por los vasos leñosos hacia el parénquima clorofílico de la hoja. En los nitratos, el nitrógeno se encuentra en una forma muy oxidada, mientras que en los compuestos orgánicos se encuentra en forma reducida. La reducción es realizada por el

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NADPH y la energía necesaria para el proceso es aportada por el ATP. Ambos productos, como ya sabemos, se obtienen en grandes cantidades en la fase luminosa de la fotosíntesis. Esta es la razón por la que la reducción del nitrógeno y su incorporación en las sustancias orgánicas se realiza en los cloroplastos, y no porque el proceso necesite de una manera directa la luz. Para ello, los nitratos son primero reducidos a nitritos y estos a ión amonio. El ión amonio es integrado en una cadena carbonada para formar el aminoácido glutámico. Es este aminoácido el que servirá posteriormente para donar el nitrógeno a aquellas moléculas orgánicas que lo precisen. Por último, indicar que el azufre es absorbido por las raíces en forma de sulfatos (SO4-2) u otras sales y, una vez reducido, es incorporado en otras sustancias orgánicas de una manera similar a la que hemos visto con el nitrógeno. Factores que influyen en la fotosíntesis: El rendimiento de la fotosíntesis puede ser medido fácilmente por la cantidad de CO2 absorbido por la planta. En él influyen los siguientes factores: Intensidad y longitud de onda de la luz: Ya sabemos que los carotenos y las clorofilas de los fotosistemas absorben fotones de una determinada longitud de onda. Por lo tanto, si se ilumina una planta con luz de longitud de onda inadecuada o con una intensidad insuficiente, la fotosíntesis no podrá realizarse y la planta no se desarrollará.

Temperatura: La fotosíntesis, como todo proceso químico, está influenciada por la temperatura, ya que por cada 10o C de aumento de temperatura, la velocidad se duplica. Ahora bien, un aumento excesivo de la temperatura desnaturalizará las enzimas que catalizan el proceso y se producirá un descenso del rendimiento fotosintético.

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Concentración de CO2: Si el resto de los factores se mantiene constante, un aumento en la cantidad de CO2 existente aumentará el rendimiento de la fotosíntesis hasta llegar a un valor máximo por encima del cual se estabilizará.

Concentración de O2: Un aumento en la concentración de O2 inhibe la fotosíntesis, ya que el oxígeno inhibe la enzima que incorpora el CO2 a la ribulosa1,5 difosfato (RuBP).

Quimiosístesis:

La quimiosíntesis es también una forma de nutrición autótrofa en la que, a diferencia de la fotosíntesis, la energía y los electrones (ATP y NADPH) necesarios para los procesos de anabolismo van a proceder de la oxidación de sustancias inorgánicas.

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Se trata de una forma de nutrición típicamente bacteriana. En la que las diferentes especies se han especializado en la oxidación de distintos sustratos. Según el sustrato oxidado tendremos:

Bacterias nitrosificantes: Como las del género nitrosomonas que obtienen energía en forma de ATP y coenzimas reducidas por medio de la oxidación de sales amoniacales (NH4+) presentes en los excrementos y en la materia orgánica en descomposición.

Bacterias nitrificantes: Como las del género nitrobacter que oxidan los nitritos (NO2-) a nitratos (NO3-).

Entre las bacterias nitrosificantes y las nitrificantes, el nitrógeno incorporado en los compuestos orgánicos es transformado de nuevo en nitrógeno contenido en compuestos inorgánicos que van a parar a los suelos o las aguas. De aquí podrá ser absorbido nuevamente por las plantas, cerrándose así el ciclo del nitrógeno en la naturaleza.

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Bacterias del azufre incoloras: Estas bacterias oxidan los sulfuros a azufre y el azufre a sulfitos o sulfatos.

Bacterias del hierro: Oxidan los compuestos ferrosos a férricos.

Estos dos últimos tipos de bacterias prosperan, sobre todo, en los yacimientos de azufre y hierro de origen volcánico y en particular en los llamados húmeros negros.

Es de destacar, que las bacterias quimiosintéticas son los únicos seres vivos no dependientes, ni directa ni indirectamente, de la luz solar.

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Relaciones tróficas:

Las cadenas tróficas son representaciones de secuencias en que un organismo se come a otro, obteniendo energía que es completamente necesaria para la vida del organismo. Por ejemplo, a la planta de zanahoria se la come un conejo y a este el zorro. Ahí tenemos una cadena alimentaría de tres eslabones. Debemos considerar, además, que tanto los restos de la planta como los de los dos animales, así como sus desechos, serán aprovechados por las bacterias y hongos, lo que hace de la cadena algo más complejo que una simple secuencia.

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Ahora bien, en las comunidades, un depredador se alimenta de una o más presas, o que una presa es comida por más de un depredado, así que las cadenas alimentarías se entrecruzan formando representaciones más complejas que se denominan tramas alimentarías, como las que se observa a continuación.

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Las tramas alimentarías pueden observarse en las comunidades que tenemos cerca. Por ejemplo, observando las transformaciones causadas por hongos en un trozo de pan, se aprecia una nutrición heterótrofa en que el almidón lo aporta la planta.

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Hábitat y nicho ecológico: En el contexto del estudio de la ecología, cabe distinguir entre dos conceptos: hábitat y nicho ecológico. Hábitat: Es el lugar en que vive un organismo, una población o una comunidad; por ejemplo, un bosque de alerces. Nicho ecológico: Es el conjunto de todas las actividades de un organismo, o de una población de la comunidad, de modo que como concepto es mucho más amplio que el de hábitat, porque incluye, además, el papel desempeñado (función) en la cadena trófica y otras funciones en el ecosistema; así como también sus márgenes de tolerancia (térmica, de luz, de salinidad, etc.), sus relaciones con otras poblaciones y sus ciclos de vida. Definidos hábitat y nicho, puede ser que dos poblaciones pueden compartir el mismo hábitat pero no el mismo nicho ecológico. Adaptación y aclimatación: Una aclimatación ecológicamente hablando es muy disímil a una adaptación, debido a que presentan grandes diferencias en cuanto a las respuestas que genera un organismo con respecto al medio en que vive. Adaptación: Es la respuesta de los organismos a diferentes condiciones del medio, existe una estrecha relación entre las características del organismo y el ambiente en el que vive y lo más importante es que esta información, que entrega las características para subsistir en un medio determinado se encuentra en el material genético de estos animales que van evolucionando con el tiempo. La adaptación a nivel genético es la adaptación en sentido estricto, fruto de una selección natural irreversible. Las características genéticas de estas poblaciones, como por ejemplo, los Sherpas del Tibet, les permiten la supervivencia en la altura y persisten aunque el individuo cambie a un ambiente de altitudes menores. Aclimatación: Es el proceso por el cual un organismo se adapta fisiológicamente a los cambios en su medio ambiente, que en general tienen relación directa con el clima. Se suele usar este término para referirse a procesos que ocurren durante un período de tiempo corto, como la vida de un organismo individual o grupo. En algunos organismos la aclimatación ocurre en ciclos periódicos, como el crecimiento del pelo que experimentan algunos mamíferos durante el invierno.

Ciclos de materia:

A diferencia de la energía, que fluye unidireccionalmente; los elementos químicos se mueven cíclicamente en los ecosistemas, pasando desde el medio abiótico (biótopo, sin vida) al biótico (biocenosis, vida), desde un nivel trófico al siguiente y desde todos ellos de vuelta al abiótico. Ya hemos visto que los encargados de ingresar materia a la comunidad son los productores, ya que ellos pueden transformar sencillas moléculas inorgánicas en materia orgánica. Los consumidores transfieren los materiales de un nivel al siguiente. Los descomponedores, por último, al utilizar en su nutrición los restos de los demás organismos y sus desechos, hacen lo contrario.

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Las representaciones de estos movimientos de materia entre el medio biótico y el abiótico constituyen los ciclos biogeoquímicos.

Ciclo del agua:

En el ciclo del agua se mueven los elementos hidrógeno y oxígeno. Recordemos que los organismos fotosintéticos transforman, gracias a la energía lumínica del sol, el agua en oxígeno molecular, hidrógenos y electrones, mientras que al final de la respiración aeróbica ocurre lo contrario: el oxígeno molecular actúa como último aceptor de los electrones en la cadena transportadora y se combina con hidrógenos formando agua. El 98% del agua del planeta se halla formando parte de océanos, mares, ríos y lagos. Del resto, una parte se encuentra en estado sólido formando hielos y glaciares, otra como vapor en la atmósfera; y otra como componente del suelo y de los organismos vivos. El agua líquida de mares, ríos, lagos, y la del suelo, se evapora, pasando a la atmósfera, lo mismo que la de los organismos, por los procesos de transpiración y evaporación. En ese estado de vapor puede ser arrastrada por los vientos y devolverse como precipitaciones (lluvia o nieve) a los ríos, lagos, mares y océanos, suelos y organismos, completándose el ciclo. Cabe destacar que la evaporación de agua desde los árboles de un bosque a la atmósfera es significativa desde el punto de vista de la regularidad de las precipitaciones.

Ciclo del carbono:

Si hacemos el experimento de colocar en un tubo de ensayo una planta acuática como Elodea, un caracol de acuario y agua con bromotimol azul, podremos observar después de unos días de exposición al sol, que el bromotimol se decolora como consecuencia de la aparición de CO2 debida

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al metabolismo del caracol. Y así como los procesos de fotosíntesis y respiración celular explican los ciclos del hidrógeno y del oxígeno, también explican el del carbono. El mayor reservorio de este elemento está constituido por el CO2 de la atmósfera, desde donde los autótrofos fotosintéticos lo obtienen para sintetizar materia orgánica. Así, formando parte de carbohidratos, lípidos, aminoácidos, etc., pasa desde los productores a los herbívoros, y desde estos a los carnívoros. La respiración celular de todos ellos y la de los descomponedores devuelven el CO2 a la atmósfera, así como también lo hacen otras reacciones químicas llevadas a cabo por los descomponedores. Igualmente contribuye a aumentar el CO2 atmosférico la quema de los combustibles fósiles, como el petróleo, que no son otra cosa que restos de seres vivos que murieron hace miles de años. El CO2 de la atmósfera se encuentra en equilibrio con el que está disuelto en el agua de océanos, mares, ríos y lagos, y contribuye a absorber calor de la radiación solar.

Ciclo del nitrógeno: Aunque el 78% del aire atmosférico es nitrógeno molecular (N2), este elemento es escaso para las comunidades. La razón es que la molécula de nitrógeno es demasiado estable como para que reaccione con otros elementos y el nitrógeno se haga así parte de la materia orgánica. Las reacciones que separan a los átomos de nitrógeno para combinarlo, por ejemplo, con hidrógeno y oxígeno, requieren de enormes cantidades de energía, y ocurren en procesos volcánicos, de combustión e industriales o como consecuencia de grandes descargas eléctricas, vale decir, en condiciones no propicias para la vida. No obstante, algunas bacterias pueden llevar a cabo esas reacciones sin calor ni electricidad. Ellas se llaman bacterias fijadoras de nitrógeno, porque lo fijan en moléculas de donde otros seres vivos pueden aprovecharlo, y se encuentran participando en relaciones simbióticas con organismos que les proveen la energía necesaria a cambio de una forma

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utilizable de nitrógeno. La más importante de estas relaciones es la que existe bacterias del género Rhizobium y las raíces de las plantas de leguminosas (porotos, lentejas), donde forman nódulos. Allí, ocupan una gran cantidad de glucosa proporcionada por la planta como fuente de energía para transformar N2 en amoníaco (NH3), en un proceso que se llama fijación y que está catalizado por la enzima nitrogenasa. Esta enzima sólo funciona en ausencia de oxígeno por lo que las bacterias fijadoras deben estar en un ambiente anaeróbico, como los nódulos en las raíces. Otras bacterias transforman el amoníaco en nitritos (NO2), los que serán transformados, por otras, en nitratos (NO3). La transformación de amoníaco en nitrato se llama nitrificación. Los nitratos son absorbidos por las raíces de las plantas, las que los utilizan como fuentes de nitrógeno para la síntesis de aminoácidos y nucleótidos, que servirán, a su vez, para la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, etc. Desde los productores, estas moléculas pasarán a los consumidores primarios y desde estos, a los secundarios, con lo que el nitrógeno se mueve en las cadenas tróficas. Finalmente, las bacterias descomponedoras tomarán las proteínas de los animales muertos y los desechos nitrogenados, como urea y ácido úrico, para transformarlos en amoníaco de nuevo, en un proceso llamado amonificación, con lo que el nitrógeno se devuelve al biótopo (abiótico). Otra parte se devuelve debido a la acción de otras bacterias, que en un proceso llamado desnitrificación, transforman los nitratos en nitrógeno molecular. La mayor parte del nitrógeno que se mueve entre la comunidad y el biótopo lo hace desde la forma de amoníaco. La escasez de formas utilizables de nitrógeno es uno de los factores más limitantes del crecimiento vegetal, por la cual la humanidad invierte grandes cantidades energía en producir fertilizantes nitrogenados, como el que hacen ingresar nitrógeno a las comunidades.

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Ciclo del fósforo: El fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP y de otras moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía química; de los fosfolípidos que forman las membranas celulares; y de los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.

Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo. Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a la tierra.

Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie. Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutrofización.

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Cuadro sinóptico

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Guía de ejercicios:

1.- Las plantas criptógamas se reproducen por:

a) Semillas b) Cotiledones c) Semillas y esporas d) Esporas e) Todas las alternativas son correctas 2.- ¿Qué vegetal es un arbusto? a) Alerce b) Quillay c) Álamo d) Pino e) Ciprés

3.- Los amiloplastos forman parte de los: a) Cloroplastos b) Cromatoplastos c) Leucoplastos d) Etioplastos e) Ninguna de las alternativas es correcta 4.- El fotosistema II se encuentra en: a) La pared de los vegetales b) La membrana externa de los cloroplastos c) La membrana interna de los cloroplastos d) La membrana de los tilacoides e) Las crestas cloroplasmáticas 5.- La clorofila a se diferencia de la b, en que la primera presenta: a) CH3 b) CHO c) COOH d) OH e) NaCl

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6.- La clorofila a I del fotosistema I, tiene su máximo de absorción a: a) 580 nm b) 680 nm c) 700 nm d) 860 nm e) 270 nm

7.- La incorporación del carbono del CO2 a las cadenas carbonadas ocurre en la etapa: a) Luminosa de la fotosíntesis b) Cíclica de la fotosíntesis c) Acíclica de la fotosíntesis d) Oscura de la fotosíntesis e) Todas las alternativas son correctas 8.- Nitrobacter es una bacteria: a) Del hierro b) Nitrificante c) Del azufre d) Nitrosificantes e) Ninguna de las alternativas es correcta 9.- Los organismos autótrofos son: a) Consumidores primarios b) Consumidores secundarios c) Descomponedores d) Productores e) Carroñeros 10.- El porcentaje de nitrógeno molecular en el aire atmosférico es de: a) 58% b) 78% c) 98% d) 38% e) 68%

11.- Las plantas leguminosas se encuentran en simbiosis con las bacterias del género: a) Cianobacterias b) Mycobacterium c) Anabaena d) Nitrobacter e) Rhizobium

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12.- El ciclo de Calvin ocurre en: a) La matriz del cloroplasto b) La matriz mitocondrial c) La membrana de los tilacoides d) La membrana externa del cloroplasto e) Todas las alternativas son correctas 13.- Los cloroplastos se encuentran en: a) Los vegetales b) Los vegetales y en los hongos c) Los vegetales y animales d) Las bacterias e) Todas las alternativas son correctas 14.- El proceso por el cual un organismo se adapta fisiológicamente a los cambios en su ambiente, es: a) Una adaptación b) Un nicho ecológico c) Una aclimatación d) Una característica sexual primaria e) Todas las alternativas son correctas 15.- En una trama trófica determinada, el consumidor primario es: a) La gacela b) Un buitre c) El leopardo d) El cocodrilo e) El espino 16.- Los principales descomponedores de la materia orgánica es (son): a) Los hongos b) Las bacterias c) Los musgos d) Alternativas a y b son correctas e) Alternativas b y c son correctas 17.- Los cloroplastos presentan como características: a) ADN circular b) ADN sin histonas c) Ribosomas 70S d) Granas en su interior e) Todas las alternativas son correctas

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18.- El porcentaje que asimilan los vegetales de la energía proveniente del sol es el: a) 20% b) 100% c) 15% d) 5% e) 1% 19.- Los árboles que no pierden sus hojas durante el año se denominan, árboles de hojas: a) Caducas b) Perennes c) Limbicas d) Peciolares e) Ninguna de las alternativas es correcta 20.- La longitud de onda del rojo fluctúa entre los: a) 577 - 597 nm b) 492 - 577 nm c) 622 - 770 nm d) 390 – 430 nm e) 597 - 622 nm

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Alternativas correctas: 1 D 11 B 2 B 12 A 3 C 13 A 4 D 14 C 5 A 15 A 6 C 16 D 7 D 17 E 8 B 18 E 9 D 19 B 10 B 20 C