La fotosíntesis y la atmósfera
Lo que vas a aprender
- Predecir qué pasaría con el dióxido de carbono y el oxígeno del aire si la fotosíntesis disminuyera en todo el planeta, por ejemplo por la tala masiva de bosques.
- Plantear preguntas de investigación que relacionen variables de la fotosíntesis y de la respiración, y distinguir la variable que se cambia, la que se mide y las que se mantienen iguales.
- Leer la tabla y la gráfica de un experimento con una planta acuática y una lámpara, y sacar conclusiones con promedios y porcentajes.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Cada vez que respiras tomas oxígeno del aire y devuelves dióxido de carbono. Lo mismo hacen los animales, los hongos, las bacterias y las propias plantas. Y sin embargo el aire no se queda sin oxígeno. ¿Quién lo repone? La fotosíntesis de las plantas, las algas y algunas bacterias, que además retira dióxido de carbono del aire.
Entonces surge una pregunta de científico: ¿qué pasaría con el aire si en el planeta hubiera mucha menos fotosíntesis, por ejemplo si se talaran grandes extensiones de bosque? En esta lección vas a hacer esa predicción con lo que ya sabes, y vas a aprender a plantear tus propias preguntas y a responderlas con un experimento sencillo: una planta acuática, una lámpara y un reloj.
Antes de empezar recuerda las ecuaciones de la fotosíntesis y de la respiración, y cómo se calcula un promedio y un porcentaje.
Explicación
El aire que entra y sale de los seres vivos
La atmósfera es una mezcla de gases: sobre todo nitrógeno y oxígeno, y una parte muy pequeña de dióxido de carbono. Dos de esos gases, el O₂ y el CO₂, entran y salen todo el tiempo de los seres vivos:
- La fotosíntesis toma CO₂ del aire y suelta O₂.
- La respiración de todos los seres vivos toma O₂ y suelta CO₂.
- La descomposición de restos por hongos y bacterias también es respiración: suelta CO₂.
- La combustión de leña, carbón o gasolina consume O₂ y suelta CO₂.
Mientras lo que entra al aire y lo que sale de él se compensen, la composición de la atmósfera se mantiene casi igual. Es como un tanque con una llave que lo llena y un desagüe que lo vacía: si las dos dejan pasar lo mismo, el nivel no cambia.
Predecir: ¿qué pasa si disminuye la fotosíntesis?
Imagina que en todo el planeta disminuye la fotosíntesis, por ejemplo porque se talan grandes extensiones de bosque y no se dejan recuperar. Con lo que sabes de las dos ecuaciones puedes predecir:
- Se retiraría menos CO₂ del aire. Los demás procesos seguirían soltándolo, así que el CO₂ del aire aumentaría.
- Se repondría menos O₂. La respiración y la combustión seguirían consumiéndolo, así que el O₂ del aire disminuiría. Como en el aire hay muchísimo más oxígeno que dióxido de carbono, el mismo cambio se notaría antes y mucho más, en proporción, en el CO₂.
- La tala suma CO₂ por otro lado. La madera de los árboles cortados tiene carbono: si se quema o se pudre, ese carbono vuelve al aire como CO₂.
El CO₂ es uno de los gases que ayudan a la atmósfera a retener el calor del sol. Por eso un aumento del CO₂ se relaciona con un planeta que retiene más calor, un tema que estudiarás con más detalle en los ciclos biogeoquímicos.
No toda la fotosíntesis del planeta ocurre en los bosques: una parte grande la hacen las algas y otros organismos diminutos de los mares y los ríos. Por eso cuidar el agua también es cuidar el aire.
Ejemplo resuelto
Un planeta modelo
En un planeta modelo (con unidades inventadas), las plantas retiran del aire 100 unidades de CO₂ al día y la respiración, la descomposición y los fuegos sueltan 100. Si la tala hace que la fotosíntesis disminuya un 20 %, ¿cuánto CO₂ retiran ahora las plantas y cuánto aumenta cada día el CO₂ del aire?
Ver la solución paso a paso
Antes de la tala, lo que entra al aire y lo que sale se compensan:
$$100 - 100 = 0$$
Con la fotosíntesis un 20 % menor, las plantas retiran:
$$100 - \frac{100 \cdot 20}{100}$$
Da, en unidades:
$$80$$
Los demás procesos siguen soltando 100 unidades. Cada día entra al aire más CO₂ del que sale:
$$100 - 80$$
Da, en unidades:
$$20$$
El CO₂ del aire aumentaría día tras día, y el O₂ disminuiría, porque se repondría menos del que se consume. Y si la madera cortada se quema, la cuenta empeora: los fuegos sueltan todavía más.
Respuesta: Las plantas retiran 80 unidades y el CO₂ del aire aumenta 20 unidades cada día.
El planeta modelo del ejemplo (unidades inventadas). Las dos barras de la izquierda son antes de la tala: las plantas retiran 100 unidades de CO₂ y los demás procesos sueltan 100. Las dos de la derecha son después: retiran 80 y se siguen soltando 100.
Plantear preguntas de investigación
Una predicción se pone a prueba con un experimento. Para eso hace falta una pregunta de investigación: una pregunta que relaciona algo que tú cambias con algo que mides.
- Variable independiente: lo que cambias a propósito.
- Variable dependiente: lo que mides para ver si cambia.
- Variables controladas: todo lo demás, que se mantiene igual para que la comparación sea justa.
Algunos ejemplos de preguntas que relacionan la fotosíntesis y la respiración con otras variables:
- ¿Cómo cambia la cantidad de burbujas que suelta una planta acuática con la distancia a la lámpara?
- ¿Una planta suelta CO₂ cuando está a oscuras? Se puede averiguar con un indicador que cambia de color con el CO₂, como el azul de bromotimol, que pasa de azul a amarillo.
- ¿Las semillas que germinan respiran más que las semillas secas?
Una pregunta como «¿las plantas son buenas?» no sirve: no dice qué cambiar ni qué medir.
El experimento de las burbujas
Con el docente se pone una rama de una planta acuática, como la elodea de los acuarios, en un vaso con agua y una pizca de bicarbonato de sodio, que le aporta CO₂. Se ilumina con una lámpara, mejor de luz LED para que no caliente el agua, y se cuentan las burbujas que salen del tallo cortado durante un minuto. Las burbujas son sobre todo oxígeno: muestran que la planta está haciendo fotosíntesis. La planta también respira y gasta parte de ese oxígeno, así que las burbujas muestran lo que sobra.
En el experimento la variable independiente es la distancia a la lámpara; la dependiente, las burbujas por minuto; y las controladas, la misma rama, la misma agua, la misma temperatura y el mismo tiempo de conteo. En cada distancia se cuenta tres veces y se saca el promedio. Antes de cada conteo se espera un rato para que la planta se acomode a la luz nueva. Al terminar, la rama vuelve al acuario o va a la basura, nunca a un río, un caño o una laguna: suelta en el agua, la elodea puede volverse una plaga.
Estos son los promedios de un experimento inventado:
| Distancia a la lámpara (cm) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|
| Burbujas por minuto | 40 | 24 | 15 | 10 | 6 |
Burbujas por minuto de la planta acuática a cada distancia de la lámpara (datos inventados): entre más lejos está la lámpara, menos luz le llega a la planta y menos burbujas suelta.
Ejemplo resuelto
El promedio de tres conteos
Con la lámpara a 10 cm, los tres conteos dieron 38, 41 y 41 burbujas en un minuto (datos inventados). ¿Cuál es el promedio que va en la tabla?
Ver la solución paso a paso
El promedio es la suma de los conteos dividida entre el número de conteos:
$$\operatorname{media}\left(\left[38;\ 41;\ 41\right]\right)$$
Es lo mismo que:
$$\frac{38 + 41 + 41}{3}$$
Da:
$$40$$
Contar tres veces sirve para que un conteo con un error no cambie la conclusión: el promedio es más confiable que un conteo solo.
Respuesta: El promedio es de 40 burbujas por minuto.
Ejemplo resuelto
Leer la tabla con porcentajes
Según la tabla, al alejar la lámpara de 10 cm a 20 cm las burbujas pasan de 40 a 24 por minuto. ¿Cuántas burbujas menos salen y qué porcentaje disminuyen?
Ver la solución paso a paso
Burbujas menos por minuto:
$$40 - 24$$
Da:
$$16$$
Porcentaje que disminuyen, respecto a las 40 iniciales:
$$\frac{16 \cdot 100}{40}$$
Da:
$$40$$
Con la lámpara más lejos le llega menos luz a la planta, y con menos luz hace menos fotosíntesis. Esa es la conclusión del experimento; si el agua se hubiera calentado distinto en cada distancia, no sabríamos si la causa fue la luz o la temperatura.
Respuesta: Salen 16 burbujas menos por minuto: una disminución del 40 %.
Práctica
Con la lámpara a 20 cm, los tres conteos dieron 23, 25 y 24 burbujas en un minuto (datos inventados). ¿Cuál es el promedio?
(23 + 25 + 24) ÷ 3 = 72 ÷ 3 = 24, el valor de la tabla.
Según la tabla, a 10 cm salen 40 burbujas por minuto y a 50 cm, 6. ¿Cuántas burbujas menos por minuto salen a 50 cm?
40 − 6 = 34 burbujas menos por minuto.
Al alejar la lámpara de 10 cm a 40 cm, las burbujas pasan de 40 a 10 por minuto. ¿Qué porcentaje disminuyen? Escribe el número sin el signo %.
Disminuyen 40 − 10 = 30 burbujas, y 30 ÷ 40 × 100 = 75.
¿Verdadero o falso? Al pasar la lámpara de 10 cm a 20 cm, las burbujas bajan de 40 a 24, es decir, a menos de la mitad: $24 < \frac{40}{2}$
La mitad de 40 es 20, y 24 es más que 20: bajan, pero no a menos de la mitad.
Según la tabla del experimento, marca las distancias a las que la planta soltó más de 12 burbujas por minuto.
Marca todas las que apliquen.
40, 24 y 15 son más que 12; 10 y 6 son menos. Las tres distancias más cortas son las que reciben más luz.
En otro planeta modelo (unidades inventadas), las plantas retiran 60 unidades de CO₂ al día y los demás procesos sueltan 60. Si la fotosíntesis disminuye un 25 %, ¿cuántas unidades aumenta cada día el CO₂ del aire?
Las plantas retiran ahora 60 − 15 = 45 unidades, y se siguen soltando 60: el CO₂ del aire aumenta 60 − 45 = 15 unidades por día.
¿Verdadero o falso? En un planeta modelo donde las plantas retiran 50 unidades de CO₂ al día y los demás procesos sueltan 50, el CO₂ del aire no cambia: $50 - 50 = 0$
Lo que entra al aire y lo que sale se compensan, como un tanque con la llave y el desagüe abiertos por igual: el nivel no cambia.
Un grupo cuenta las burbujas de su planta con la lámpara a 30 cm y obtiene 14, 15 y 16 en un minuto (datos inventados). ¿Cuál es el promedio?
(14 + 15 + 16) ÷ 3 = 45 ÷ 3 = 15, igual al de la tabla.
Si la fotosíntesis disminuyera mucho en todo el planeta, por ejemplo por la tala masiva de bosques, ¿qué se puede predecir sobre el aire?
La fotosíntesis es la que retira CO₂ y repone O₂. Si disminuye, los demás procesos (respiración, descomposición, combustión) siguen soltando CO₂ y consumiendo O₂. Además, la madera cortada que se quema o se pudre suelta su carbono como CO₂.
En el experimento de las burbujas, ¿qué se debe mantener igual en todas las distancias para que la comparación sea justa?
La distancia es la variable que se cambia a propósito y las burbujas son lo que se mide. Lo demás se controla: si el agua se calienta más en una distancia que en otra, no se sabría si la causa fue la luz o el calor.
Reto
¿Qué hace cada proceso con el CO₂ del aire?
Arrastra cada proceso a su canasta: unos retiran CO₂ del aire y otros lo sueltan.
Reto
Completa el resumen del experimento.
Usa la tabla del experimento de las burbujas.
Cierre
En resumen
La fotosíntesis retira CO₂ del aire y repone O₂; la respiración, la descomposición y la combustión consumen O₂ y sueltan CO₂.
Si la fotosíntesis disminuyera en todo el planeta, por ejemplo por la tala masiva de bosques, el CO₂ del aire aumentaría y el O₂ disminuiría.
Una pregunta de investigación relaciona una variable que se cambia con una que se mide, y mantiene iguales las demás.
En el experimento con una planta acuática, entre más cerca está la lámpara, más luz recibe la planta y más burbujas de oxígeno suelta.
Contar varias veces y sacar el promedio hace más confiable un resultado.
Vocabulario
- Atmósfera
Capa de gases que rodea la Tierra. Está formada sobre todo por nitrógeno y oxígeno, y tiene una parte muy pequeña de dióxido de carbono.
- Deforestación
Pérdida de los bosques de un lugar porque se talan o se queman y no se dejan recuperar.
- Pregunta de investigación
Pregunta que se puede responder con un experimento o con observaciones, porque relaciona algo que se cambia con algo que se mide.
- Variable independiente
Lo que el investigador cambia a propósito en un experimento, como la distancia a la lámpara.
- Variable dependiente
Lo que se mide para ver si cambia, como las burbujas por minuto.
- Variables controladas
Todo lo que se mantiene igual para que la comparación sea justa, como la planta, la temperatura del agua y el tiempo de conteo.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte quién repone el oxígeno que respiramos y qué pasaría si hubiera muchos menos bosques. Anote las predicciones.
- Explicación · 20 min — Explique el tanque con llave y desagüe, haga el ejemplo del planeta modelo y presente variables independiente, dependiente y controladas con el experimento de las burbujas.
- Práctica · 20 min — Si hay material, haga el experimento con usted presente: elodea, vaso con agua y una pizca de bicarbonato, lámpara LED y regla. Cuide que la lámpara y los cables no se mojen. Si no hay material, use la tabla de la lección. Luego, preguntas y retos en parejas.
- Cierre · 5 min — Vuelva a las predicciones del inicio y pida que cada estudiante escriba una pregunta de investigación propia, con su variable independiente y su variable dependiente.
Preguntas para el salón
- ¿Por qué el cambio en el aire se notaría antes en el dióxido de carbono que en el oxígeno?
- ¿Qué pasaría con las burbujas si la planta se pone a oscuras? ¿Dejaría de respirar?
- Además de sembrar árboles, ¿qué otra cosa ayuda a que haya fotosíntesis en el planeta?
Errores típicos
- Creer que sin bosques nos quedaríamos sin oxígeno de un día para otro. Explique que en el aire hay muchísimo oxígeno y que el cambio sería lento y se notaría primero en el CO₂; evite el tono alarmista y vuelva a la cuenta del modelo.
- Pensar que las burbujas son CO₂ o que la planta no respira mientras hace fotosíntesis. Recuerde que la fotosíntesis suelta O₂ y que la planta respira todo el tiempo; las burbujas muestran el oxígeno que sobra.
- Cambiar varias cosas a la vez en el experimento. Pida a cada grupo escribir, antes de medir, qué van a cambiar, qué van a medir y qué van a dejar igual.
- Plantear preguntas que no se pueden medir. Pida reescribir la pregunta con la forma «¿Cómo cambia ___ cuando cambio ___?».
Tarea sugerida
Escribir una pregunta de investigación sobre la fotosíntesis o la respiración, con sus variables independiente, dependiente y controladas, y una tabla inventada de cinco resultados con su gráfica en papel cuadriculado.