VilaclaraGloriaIztacala

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AGUA	
  Y	
  BIODIVERSIDAD	
  
Gloria	
  Vilaclara	
  
FES-­‐Iztacala,	
  UNAM	
  
Ciclo	
  de	
  conferencias	
  “El	
  saber	
  del	
  agua”:	
  	
  
El	
  Agua	
  y	
  la	
  Vida	
  
Las	
   propiedades	
   del	
   agua	
   son	
   propicias	
   para	
   la	
   vida	
   fincada	
   en	
   moléculas	
   orgánicas	
   de	
  
cadenas	
   de	
   carbono	
   (ligados	
   a	
   	
  H,	
  O,	
  N,	
   P,	
   S	
   y	
   otros	
   elementos	
  menos	
   abundantes),	
   en	
   el	
  
intervalo	
  de	
  temperaturas	
  de	
  la	
  Tierra,	
  pues	
  asegura	
  las	
  condiciones	
  necesarias	
  dentro	
  de	
  los	
  
organismos	
   para	
   su	
   desarrollo:	
   aporte	
   de	
   consBtuyentes	
   químicos	
   disueltos;	
   entorno	
  
adecuado	
   para	
   los	
   procesos	
   químicos	
   y	
   eléctricos;	
   substrato	
   o	
   producto	
   en	
   procesos	
  
bioquímicos,	
  etc.	
  	
  
En	
   suma,	
   la	
   vida	
   orgánica	
   tal	
   como	
   la	
   conocemos	
   opera	
   en	
   un	
   medio	
   acuoso,	
   siendo	
  
totalmente	
  dependiente	
  del	
  agua.	
  
Las	
  propiedades	
  del	
  agua	
  son	
  propicias	
  para	
  la	
  vida	
  fincada	
  en	
  moléculas	
  orgánicas	
  de	
  
cadenas	
  de	
  carbono	
  (ligados	
  a	
  	
  H,	
  O,	
  N,	
  P,	
  S	
  y	
  otros	
  elementos	
  menos	
  abundantes),	
  dentro	
  del	
  
intervalo	
  de	
  temperaturas	
  de	
  la	
  Tierra,	
  pues	
  asegura	
  las	
  condiciones	
  necesarias	
  dentro	
  de	
  los	
  
organismos	
  para	
  su	
  desarrollo:	
  aporte	
  de	
  consBtuyentes	
  químicos	
  disueltos;	
  entorno	
  
adecuado	
  para	
  los	
  procesos	
  químicos	
  y	
  eléctricos;	
  substrato	
  o	
  producto	
  en	
  procesos	
  
bioquímicos,	
  etc.	
  En	
  suma,	
  la	
  vida	
  orgánica	
  tal	
  como	
  la	
  conocemos	
  opera	
  en	
  un	
  medio	
  
acuoso,	
  siendo	
  totalmente	
  dependiente	
  del	
  agua.	
  
Por	
  ejemplo,	
  el	
  agua	
  	
  es	
  escindida	
  y	
  resulta	
  fuente	
  de	
  energía	
  (H)	
  	
  durante	
  la	
  generación	
  de	
  
nueva	
  materia	
  orgánica	
  (fotosíntesis	
  oxigénica),	
  proceso	
  que	
  en	
  la	
  historia	
  evoluBva	
  de	
  la	
  
Tierra	
  desde	
  su	
  aparición	
  hace	
  más	
  de	
  3000	
  ma,	
  ha	
  llevado	
  a	
  tener	
  un	
  excedente	
  de	
  oxígeno	
  
(21%	
  de	
  O2	
  en	
  la	
  atmósfera	
  terrestre);	
  a	
  su	
  vez,	
  el	
  agua	
  se	
  regenera	
  durante	
  el	
  proceso	
  de	
  
respiración	
  celular:	
  
Fotosíntesis oxigénica: 
6CO2 + 6H2O + Luz 
anhídrido carbónico + agua + 
energía 
C6H12O6 + 6O2 
glucosa + oxígeno (se elimina 
o se incorpora) 
Respiración aerobia: 
Además,	
  el	
  agua	
  presenta	
  una	
  variabilidad	
  importante	
  en	
  su	
  distribución	
  en	
  los	
  grandes	
  
ecosistemas	
  planetarios,	
  los	
  biomas,	
  encontrándose	
  en	
  forma	
  heterogénea	
  en	
  ambientes	
  y	
  
microambientes	
  que	
  propician	
  la	
  evolución	
  de	
  las	
  poblaciones	
  de	
  organismos	
  (diversificación	
  
de	
  especies)	
  a	
  través	
  	
  de	
  mecanismos	
  de	
  adaptación	
  y	
  especialización.	
  
Biomas	
  terrestres	
  
Biomas	
  acuáBcos	
  
(oceánicos	
  y	
  de	
  aguas	
  
epiconBnentales)	
  
El	
  agua	
  es	
  una	
  substancia	
  extraordinaria,	
  fundamental	
  para	
  la	
  vida,	
  por	
  las	
  
propiedades	
  que	
  emanan	
  de	
  la	
  parBcular	
  estructura	
  de	
  la	
  molécula	
  que	
  la	
  
conforma:	
  Hidruro	
  de	
  oxígeno,	
  H2O.	
  
Molécula	
  
polar	
  
¿Y	
  cuáles	
  son	
  estas	
  propiedades	
  que	
  hacen	
  al	
  agua	
  tan	
  imprescindible	
  para	
  la	
  vida	
  orgánica?	
  
El	
  agua	
  es	
  una	
  substancia	
  extraordinaria,	
  fundamental	
  para	
  la	
  vida,	
  por	
  las	
  
propiedades	
  que	
  emanan	
  de	
  la	
  parBcular	
  estructura	
  de	
  la	
  molécula	
  que	
  la	
  
conforma:	
  Hidruro	
  de	
  oxígeno,	
  H2O.	
  
Molécula	
  
polar	
  
La	
  polaridad	
  de	
  la	
  molécula	
  de	
  agua	
  genera	
  otras	
  propiedades:	
  
1	
  –	
  El	
  agua	
  es	
  un	
  solvente	
  universal	
  para	
  
substancias	
  unidas	
  por	
  fuerzas	
  iónicas	
  (sales),	
  
pues	
  por	
  su	
  elevada	
  constante	
  dieléctrica	
  
manBene	
  separados	
  los	
  iones	
  al	
  solvatarlos	
  (o	
  
hidratarlos,	
  es	
  decir,	
  las	
  moléculas	
  de	
  agua	
  se	
  
disponen	
  alrededor	
  de	
  cada	
  ión,	
  orientando	
  en	
  su	
  
dirección	
  la	
  carga	
  contraria).	
  
Adicionalmente,	
  pequeñas	
  canBdades	
  de	
  
materiales	
  disueltos	
  dan	
  como	
  resultado	
  un	
  
aumento	
  de	
  la	
  acBvidad	
  química	
  del	
  agua	
  (por	
  
ejemplo,	
  el	
  pH	
  ácido	
  del	
  agua	
  de	
  lluvia	
  producto	
  
de	
  la	
  disolución	
  del	
  CO2	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  H2CO3).	
  
Halita,	
  NaCl	
  
La	
  polaridad	
  de	
  la	
  molécula	
  de	
  agua	
  genera	
  otras	
  propiedades	
  de	
  
gran	
  interés	
  para	
  la	
  vida:	
  
2	
  -­‐	
  Se	
  establecen	
  atracciones	
  intermoleculares(“enlaces	
  débiles”)	
  
llamadas	
  puentes	
  de	
  hidrógeno	
  entre	
  moléculas,	
  que	
  cambian	
  el	
  
comportamiento	
  químico	
  esperable	
  a	
  priori:	
  	
  
H2O 
PM: 18 
Carbajal	
  y	
  González,	
  2012	
  
Temperaturas	
  (°C)	
  de	
  ebullición	
  vs.	
  PM	
  de	
  los	
  hidruros	
  del	
  mismo	
  grupo	
  en	
  la	
  tabla	
  periódica	
  
La	
  polaridad	
  de	
  la	
  molécula	
  de	
  agua	
  genera	
  otras	
  propiedades:	
  
2	
  -­‐	
  Se	
  establecen	
  puentes	
  de	
  hidrógeno	
  entre	
  moléculas,	
  que	
  
cambian	
  el	
  comportamiento	
  químico	
  esperable	
  a	
  priori:	
  	
  
Los	
  puentes	
  de	
  hidrógeno	
  entre	
  moléculas	
  de	
  pequeño	
  tamaño	
  son	
  de	
  gran	
  importancia	
  
porque	
  confieren	
  al	
  agua	
  propiedades	
  que	
  se	
  corresponden	
  con	
  una	
  mayor	
  masa	
  molecular,	
  
como	
  son	
  las	
  elevadas	
  temperaturas	
  de	
  fusión	
  (0°C)	
  y	
  ebullición	
  (100°C),	
  precisamente	
  dentro	
  
del	
  intervalo	
  de	
  temperaturas	
  de	
  la	
  Tierra.	
  
Carbajal	
  y	
  González,	
  2012	
  
Producto	
   de	
   la	
   cohesividad	
   de	
   las	
   moléculas	
   de	
   agua	
   por	
   el	
   establecimiento	
   de	
  
puentes	
  de	
  hidrógeno,	
  el	
  agua	
  posee	
  un	
  muy	
  elevado	
  Calor	
  específico	
  (CE),	
  es	
  decir,	
  
la	
  capacidad	
  de	
  almacenar	
  grandes	
  canBdades	
  de	
  calor.	
  
CE	
  =	
  1	
  cal/g	
  °C,	
  consecuencia	
  de	
  la	
  gran	
  capacidad	
  para	
  almacenar	
  energía	
  en	
  los	
  
puentes	
  de	
  hidrógeno.	
  
Producto	
   de	
   la	
   cohesividad	
   de	
   las	
   moléculas	
   de	
   agua	
   por	
   el	
   establecimiento	
   de	
  
puentes	
  de	
  hidrógeno,	
  el	
  agua	
  posee	
  un	
  muy	
  elevado	
  CE,	
  o	
  capacidad	
  de	
  almacenar	
  
grandes	
  canBdades	
  de	
  calor,	
  por	
   lo	
  que	
   las	
  grandes	
  masas	
  de	
  agua	
  funcionan	
  como	
  
amorBguadoras	
  y	
  reguladoras	
  de	
  los	
  cambios	
  térmicos	
  en	
  el	
  ambiente.	
  	
  
El	
   agua	
   también	
   posee	
   una	
   alta	
   conducBvidad	
   térmica	
   que	
   permite	
   la	
  
distribución	
  rápida	
  y	
  regular	
  del	
  calor	
  cuando	
  el	
  medio	
  es	
  homogéneo…	
  Pero	
  no	
  
siempre	
   lo	
  es,	
  pues	
  presenta	
  otra	
  propiedad	
  determinante	
  en	
   la	
  estructuración	
  
de	
   los	
   ecosistemas	
   acuáBcos	
   que	
   se	
   combina	
   con	
   su	
   capacidad	
   de	
   almacenar	
  
calor:	
  
	
  Variación	
  de	
  la	
  densidad	
  del	
  agua	
  con	
  la	
  temperatura.	
  
Máxima	
  compactación	
  
(densidad	
  1	
  g/cm3)	
  de	
  las	
  
moléculas	
  de	
  agua	
  
cercano	
  a	
  los	
  4°C.	
  	
  
A	
  medida	
  que	
  incrementa	
  
latemperatura	
  se	
  van	
  
rompiendo	
  los	
  puentes	
  de	
  
hidrógeno,	
  el	
  agua	
  se	
  
expande	
  y	
  la	
  densidad	
  
disminuye.	
  
La	
  formación	
  de	
  
entramados	
  cristalinos	
  	
  
al	
  enfriarse,	
  expande	
  la	
  
estructura	
  molecular,	
  
por	
  	
  lo	
  que	
  el	
  hielo	
  flota	
  
sobre	
  el	
  agua	
  líquida.	
  
Llegando	
  al	
  punto	
  
de	
  ebullición,	
  el	
  
agua	
  se	
  vaporiza	
  
Incrementa	
  la	
  energía	
  cinéBca	
  de	
  las	
  moléculas	
  con	
  el	
  aumento	
  de	
  la	
  temperatura	
  
Sólido	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  líquido	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  gasesoso	
  
El	
   agua	
   también	
   posee	
   una	
   alta	
   conducBvidad	
   térmica	
   que	
   permite	
   la	
  
distribución	
  rápida	
  y	
  regular	
  del	
  calor	
  cuando	
  el	
  medio	
  es	
  homogéneo…	
  Pero	
  no	
  
siempre	
   lo	
  es,	
  pues	
  presenta	
  otra	
  propiedad	
  determinante	
  en	
   la	
  estructuración	
  
de	
   los	
   ecosistemas	
   acuáBcos	
   que	
   se	
   combina	
   con	
   su	
   capacidad	
   de	
   almacenar	
  
calor:	
  
	
  Variación	
  de	
  la	
  densidad	
  del	
  agua	
  con	
  la	
  temperatura.	
  
Máxima	
  compactación	
  
(densidad	
  1	
  g/cm3)	
  de	
  las	
  
moléculas	
  de	
  agua	
  
cercano	
  a	
  los	
  4°C.	
  	
  
A	
  medida	
  que	
  incrementa	
  
la	
  temperatura	
  se	
  van	
  
rompiendo	
  los	
  puentes	
  de	
  
hidrógeno,	
  el	
  agua	
  se	
  
expande	
  y	
  la	
  densidad	
  
disminuye.	
  
La	
  formación	
  de	
  
entramados	
  cristalinos	
  	
  
al	
  enfriarse,	
  expande	
  la	
  
estructura	
  molecular,	
  
por	
  	
  lo	
  que	
  el	
  hielo	
  flota	
  
sobre	
  el	
  agua	
  líquida.	
  
Llegando	
  al	
  punto	
  
de	
  ebullición,	
  el	
  
agua	
  se	
  vaporiza	
  
Incrementa	
  la	
  energía	
  cinéBca	
  de	
  las	
  moléculas	
  con	
  el	
  aumento	
  de	
  la	
  temperatura	
  
Sólido	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  líquido	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  gasesoso	
  
	
  Variación	
  de	
  la	
  densidad	
  del	
  agua	
  con	
  la	
  temperatura:	
  Estructura	
  de	
  la	
  
columna	
  de	
  agua	
  
Diagrama	
  profundidad	
  vs.	
  Bempo	
  
en	
  el	
  embalse	
  Valle	
  de	
  Bravo,	
  
Edo.	
  Mex.	
  
	
  Variación	
  de	
  la	
  densidad	
  del	
  agua	
  con	
  la	
  temperatura:	
  Estructura	
  de	
  la	
  
columna	
  de	
  agua	
  
Diagramas	
  profundidad	
  vs.	
  
Bempo	
  en	
  el	
  embalse	
  Valle	
  de	
  
Bravo,	
  Edo.	
  Mex.	
  
	
  Variación	
  de	
  la	
  densidad	
  del	
  agua	
  con	
  la	
  temperatura:	
  Estructura	
  de	
  la	
  
columna	
  de	
  agua	
  
Chroococcales 
 Woronichinia naegeliana, 
Bacillariophyceae 
Fragilaria crotonensis,, 
 Cyclotella ocellata 
 Microcystis wesenbergii 
Cambios en las 
especies dominantes 
Cladócero	
  
hiponeustónico	
  
Insecto	
  hemíptero	
  paBnador,	
  
epineustónico	
  (Gerris	
  sp.)	
  
Generalmente	
  son	
  
indicadores	
  de	
  aguas	
  
limpias,	
  pues	
  aprovechan	
  
la	
  elevada	
  tensión	
  
superficial	
  en	
  la	
  interfase	
  
agua/aire,	
  la	
  cual	
  
disminuye	
  en	
  aguas	
  
cargadas	
  con	
  materia	
  
orgánica.	
  
Tensión	
  superficial	
  del	
  agua	
  
	
  Tensión	
  superficial	
  del	
  agua