Relación Agua-Suelo, Fotosíntesis y Adaptación de Organismos al Cambio Global

Relación Agua-Suelo

El agua en el suelo se caracteriza por su potencial hídrico, que determina su movimiento e indica la tendencia del agua a moverse de un lugar a otro debido a factores como la gravedad, la presión, el potencial osmótico y el potencial de matriz.

• Potencial de matriz: Energía potencial generada por las fuerzas de atracción entre las moléculas del agua y las partículas del suelo, debido a sus cargas eléctricas.
• Capacidad de campo: Capacidad máxima de agua que las partículas de un suelo pueden retener en contra de la gravedad.
• Punto de marchitez: Potencial hídrico al cual la mayoría de las plantas no pueden obtener más agua del suelo, aproximadamente –1.5 MPa.

Saturación, Capacidad de Campo y Punto de Marchitez

Cuando un suelo saturado se drena, la fuerza de gravedad sobre las moléculas de agua se opone a la fuerza de atracción de las partículas del suelo. La cantidad máxima de agua retenida contra la gravedad es la capacidad de campo, que representa la máxima cantidad de agua disponible para las plantas. A medida que el agua escasea, el potencial mátrico del suelo se fortalece. Las plantas deben generar un potencial hídrico más fuerte para extraer agua. Si no pueden contrarrestar el potencial matricial, se marchitan, aunque quede agua en el suelo. Este es el punto de marchitamiento. Algunas especies, como los cactus, se adaptan a la sequía desarrollando un fuerte potencial hídrico.

Movimiento de Agua por Cohesión y Tensión

La cohesión, atracción mutua entre moléculas de agua, permite su ascenso por el xilema. La presión radicular, generada por el potencial osmótico de las raíces, impulsa el agua hasta 20 metros. La transpiración, evaporación de agua en las hojas, genera potencial hídrico que atrae el agua hacia arriba.

El agua se mueve a través de las células tubulares del xilema, gracias a la cohesión. La transpiración crea una tensión que atrae el agua hacia arriba, contrarrestando la gravedad y el potencial osmótico de las raíces.

Fotosíntesis

Fase Lumínica

. 1. La clorofila de los tilacoides absorbe la energía de los fotones. 2. La clorofila libera electrones a una cadena de reacciones. 3. En el proceso, las moléculas de H2O se dividen en iones H+ y O2-. 4. Los iones O2- se unen para formar oxígeno molecular. 5. La energía se recoge de los electrones liberados y de la división del H2O. 6. Energía + H+ + ADP ATP 7. Energía + H+ + NADP+ NADPH 8. El ATP y el NADPH son compuestos de alta energía que se dan en el ciclo de Calvin. CICLO DE CALVIN. Tiene lugar en el estroma del cloroplasto. La energía del ATP y del NADPH se utiliza para convertir el CO2 en glucosa. Se han desarrollado varios tipos de ciclos de Calvin: C3 (la mayoría de las plantas), C4 (hierbas, juncos) y CAM (familia Crassulaceae). En cuanto a las rutas fotosintéticas : FOTOSÍNTESIS C3. CO2 + RuBP ->2G3P - RuBP :Ribulosa bifosfato; azúcar de cinco carbonos. - G3P : gliceraldehído 3-fosfato; azúcar de tres carbonos. El proceso es catalizado por la RuBP carboxilasa-oxidasa (también conocida como Rubisco). Células mesofílicas (día) En cuanto a las desventajas de la fotosíntesis C3, la Rubisco tiene una baja afinidad por el CO2, por lo que las plantas C3 deben llenar sus células con grandes cantidades de Rubisco. La rubisco también se une preferentemente al O2. Cuando las condiciones son cálidas y secas, los estomas de las hojas se cierran para evitar la transpiración, lo que también impide que el O2 salga de la hoja. Fotorespiración : la oxidación de los carbohidratos a CO2 y H2O por la Rubisco, que invierte las reacciones de la luz de la fotosíntesis. Por ello, la fotosíntesis C3 no es óptima en condiciones de mucho calor y sequedad. Adecuada en condiciones frías y húmedos. Muy frecuente. FOTOSÍNTESIS C4. Vía fotosintética en la que el CO2 se asimila inicialmente a un compuesto de cuatro carbonos, el ácido oxalacético (OAA); proporciona una ventaja en condiciones de calor y sequedad. CO2 + PEP OAA - PEP : fosfoenolpiruvato 3 carbonos; tiene mayor afinidad por el CO2 que la Rubisco. - OAA : ácido oxalacético, 4 carbonos. Ocurre en las células mesofílicas (asimilación CO2 inicial), célula vaina del haz (pasos posteriores); después el OAA se convierte en ácido málico. Las concentraciones de CO2 en las células de la vaina son de 3 a 8 veces mayores que las disponibles en la fotosíntesis C3. En cuanto a las desventajas de la fotosíntesis C4, se utiliza menos tejido para la fotosíntesis; la energía se utiliza para producir OAA. Adecuada en condiciones calurosas y secas. Pastos, juncias, cultivos (maíz, caña de azúcar). FOTOSÍNTESIS CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Fotosíntesis CAM (metabolismo ácido crasuláceo). Vía en la que la asimilación inicial del carbono en OAA se produce por la noche. En lugar de separar los pasos de asimilación de CO2 entre las células del mesófilo y de la vaina del haz, los pasos están separados en el tiempo. Durante el día, los estomas se cierran para reducir la tasa de transpiración. Los estomas se abren para intercambiar gases durante la noche, cuando las temperaturas frescas ralentizan la transpiración. Adecuada en condiciones calurosas y secas. Familia Crassulaceae. Por lo tanto, las plantas C3 están adaptadas a condiciones frescas y húmedas, mientras que las plantas C4 y CAM están mejor adaptadas a condiciones cálidas y áridas.

FUENTES Y SUMIDEROS DE CALOR PARA LOS ORGANISMOS TERRESTRES Dado que la temperatura corporal influye en las funciones fisiológicas, los organismos deben gestionar cuidadosamente la ganancia y la pérdida de calor. L RADIACIÓN. Es la emisión de energía electromagnética por parte de una superficie. El Sol es la principal fuente de radiación en el medio ambiente. Cuando los objetos del paisaje se calientan por la radiación solar, emiten una radiación de menor energía en forma de luz infrarroja. CONDUCCIÓN. Es la transferencia de energía en forma de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos (área superficial, resistencia, diferencia de temperaturas). CONVECCIÓN. Es el calor transmitido en un líquido o en un gas como consecuencia del movimiento real de las partículas calentadas en su seno. EVAPORACIÓN. Es la transferencia de estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer a la tensión superficial.

¿qué fases del ciclo de vida esperas que sean más sensibles al incremento de temperatura del agua asociado al calentamiento global? ¿qué organismos (estenotermos versus euritermos) esperas que sean más sensibles? Las fases del ciclo de vida que son más sensibles a un incremento de temperatura del agua asociado al calentamiento global son los reproductores (spawners) y los embriones (embryos) ya que su capacidad aeróbica es baja y su rango de temperatura es más estrecho, al contrario que en adultos y larvas, cuya capacidad aeróbica es alta y presentan un rango de temperatura mayor. La tolerancia térmica difiere entre las etapas de la vida, y la respuesta térmica es mayor en los organismos estenotérmicos que en los euritermales. Las tasas fisiológicas (líneas sólidas) dependen de la temperatura y, por lo general, se escalan exponencialmente dentro del rango de temperatura. Las líneas con diferentes pendientes sugieren que las especies estenotérmicas o las etapas de vida con un rango de temperatura más estrecho (línea negra) son más sensibles (pendiente más pronunciada) que los euritérmicos (línea gris). Como beneficio, la demanda de energía de los estenotermos puede ser menor que la de los euritermos.Los organismos euritermales son térmicamente menos sensibles y tienen rangos de tolerancia más amplios, lo que promueve un estilo de vida activo en hábitats con variaciones y gradientes de temperatura diarios, estacionales y/o verticales.

En la siguiente figura se muestran los resultados del modelo numérico utilizado para estudiar las diferencias de afinidad del CO2 de plantas por rutas metabólicas C3 e C4 en diferentes escenarios de estrés hídricos. - - - ¿Como cambia la competitividad de la ruta C4 al incrementarse la concentración de CO2? ¿Cómo afecta la escasez de agua (estrés hídrico) a la competitividad de la ruta C4 a diferentes concentraciones de CO2? ¿Qué ruta sería la más exitosa en un escenario de cambio global? *As isolíneas indican diferencias en la asimilación de CO2 entre plantas C3 e C4. Los valores positivos indican dominancia de plantas C4 (rojo) y valores negativos la dominancia de plantas C3 (azul). En primer lugar, a 200 ppm se observa una gran dominancia de plantas C4. En esta parte de la figura todo son valores positivos por lo que, en general, independientemente del estrés hídrico y de la temperatura las plantas C4 se desenvuelven muy bien. Cuando la concentración aumenta a 400 ppm lo que ocurre es que disminuye la afinidad de las plantas C4 y aumenta la de las plantas C3 mientras que a 600 ppm aún disminuye más la de las plantas C4 y aumenta la de C4. Por tanto, en términos globales, la competitividad de las plantas C4 al aumentar la concentración de CO2 disminuye. La dominancia o ventaja de la ruta metabólica C4 se da, sobre todo, en atmósferas con baja disponibilidad de CO2. Por otro lado, con respecto al efecto de la escasez de agua sobre la competitividad de la ruta C4 a diferentes concentraciones de CO2 se observa que a bajas concentraciones (200 ppm) es más competitivo a valores intermedios o bajos y según aumenta la concentración (400 ppm) es más competitivo a valores más altos. Por tanto, la importancia de la limitación de agua para la competitividad de la ruta C4 se acentúa en escenarios de alta concentración de CO2 en la atmósfera. Finalmente, en un escenario de cambio global, el aumento de la temperatura y la falta de agua promoverían el crecimiento de las plantas C4 respecto a las plantas C3, mientras que el aumento de los niveles atmosféricos del CO2 actuarían en sentido inverso.

CASO 1 (1.5 puntos). En la siguiente figura se representa la eficacia biológica (eje y) de cuatro grupos de plancton microbiano  1. Sabiendo que el tamaño celular de cianobacterias (C) es menor que el de diatomeas (D), discute de forma razonada las diferencias observadas entre ambos grupos en la eficacia biológica a diferentes niveles de suministro de nitrógeno. 2. En base a la información mostrada en la figura, discute de forma razonada qué factor ambiental eligirías para realizar un estudio de modelado de nicho ecológico y predecir la evolución de estos cuatros grupos en un escenario de cambio global. Las diatomeas tienen un mayor tamaño que las cianobacterias por lo tanto, las cianobacterias tienen una mayor relación S/Volumen. Esto les aporta a las cianobacterias quesean más eficientes captando nutrientes cuando la concentración es baja, en cambio las diatomeas al tener una relación S/V no son buenas campando nutrientes cuando la concentración es baja. Sin embargo, las diatomeas al ser más grandes, cuando las concentraciones de nutrientes son elevadas, absorben más nutrientes del medio y por eso tienen más eficacia cuando las concentraciones son elevadas.Con el cambio global, estamos sacando nitrógeno de la atmosfera y usándolo en los cultivos, que indirectamente acaba en el mar. Esto supone un aumento del nitrógeno y por tanto de los nutrientes en el océano. Esto provocará que las diatomeas estén mejor adaptadas al futuro que las cianobacterias

Son recursos de tipo esenciales, pues se ve que se necesitan cantidades específicas de cada recurso. Esto se puede observar ya que en el caso A son 13+6 (19) y decrece, pero en cambio en el E son 9+10 (19), y crece. Por todo ello, si cada recurso no está en su cantidad necesaria, el individuo decrece o no crece, pero nunca crece. Si fueran perfectamente sustituibles tanto el caso a como el b deberían tener el mismo efecto (en un caso hay más de R1 y en el otro hay más de R2, deberían compensarse porque interesa el total). Si fueran complementarios, de forma similar a lo anterior, deberían tener un efecto sinérgico, de forma que debería necesitarse menos cantidad. No obstante, esto no se puede llegar a saber, pues no hay ningún caso donde falte un recurso. Aún así, si fueran complementarios deberían todos los que lleguen al mismo número total tener el mismo efecto (lo cual no se da el D son 13 y el F también, y en cambio tienen efectos distintos). Análogamente no pueden ser ni antagonistas (contrario a complementario