Modelo caja negra y blanca

La dinámica de los sistemas desde la perspectiva de modelo de caja blanca y negra, son modelos didácticos que facilitan el manejo y compresión de los sistemas, en este caso los ambientales, describen como los sistemas se relacionan entre si y las actividades continuas en el interior de cada una de estas.

Gracias al modelo de caja negra podemos observar a un sistema biológico como los ecosistemas terrestres, de manera que se resalten las demandas energéticas y flujo de materia del sistema de una manera general. Se observa en la Figura 1, que en un ecosistema terrestre existe un continuo ingreso de energía lumínica, proveniente de la radiación solar, al igual que una producción constante de calor por parte del sistema, representando la entropía genera da por el trabajo que realiza en el sistema. Además, se observa que la entrada de materia, bien sea como organismos ya establecidos o por nutrientes orgánicos o inorgánicas, produciendo directamente materia con cualidades similares de las que entraron en el sistema.

 

 

En otro aspecto, el modelo de caja blanca detalla de forma precisa la transformación y recorrido de la energía y materia dentro del ecosistema antes de que se produzca una expulsión de estas mismas variables en el sistema. La energía solar recibida es asim ilada por los organismos fotosintéticos (Plantas y microorganismos) quienes capturan la energía solar con los cloroplastos de las células. Los organismos productores son capaces de transformar sustancias inorgánicas (agua, dióxido de carbono y nutrientes del suelo (fósforo, potasio y nitrógeno, entre otros.) en compuestos orgánicos (glucosa, carbohidratos), mediante el proceso fotosintético.

Durante estas reacciones también se genera el oxígeno que se libera al medio, estas reacciones producen calor, el cual es liberado. También la promoción de fenómenos como la transpiración que libera vapor al medio por estructuras especializadas. En la figura 2, se observa como ejemplo las rutaceas (Cítricos), sin embargo, estas son depredadas por otros organismos, los cuales etiquetaremos como “consumidores”, en este caso hablaremos de un consumidor natural de las rutaceas como lo son las hormigas (Formicidae) las cuales se alimentan de los folios de la planta. Debido a su alimentación de este recurso son capaces de realizar movimiento y así realizar trabajo energético (Correr, respirar y reproducirse) como lo demanda la depredación, transformando las sustancias consumidas que contienen energía química almacena en energía mecánica capazde realizar trabajo biológico y produciendo perdida de energía en forma de calor. Así mismo, estas hormigas son consumidas por otros representantes de los distintos eslabones de la c adena alimenticia como las ranas (Hylidae, familia de ranas plataneras), bajo el mismo concepto de consumo transformación de energía y perdida de parte de la energía debido a la entropía.

Finalmente, al término de la cadena alimenticia representado por grandes consumidores como rapaces, serpientes y mamíferos , estos tiene la posibilidad de morir de distintas maneras, bien sea por depredación, parasitismo, enfermedades, virus o cualquier causante de muerte , generando compuestos orgánicos de desecho. Existen organismos como los descomponedores (bacterias y hongos) capaces de transformar los compuestos orgánicos en elementos inorgánicos los cuales podrán ser reutilizados por los organismos productores. Dentro de los ecosistemas terrestres los organismos por su cualidad reproductora logran multiplicar sus individuos, los cuales están en constante intercambio con otros sistemas, generando una cantidad biomasa que entra al sistema y también una porción que sale del sistema. Durante toda esta relación biológica, existe un uso de elementos inorgánicos como el sodio, oxígeno y calcio que son base en las reacciones biológicas, para la supervivencia de distintos organismos. Todos estos organismos están fuertemente influenciados por los factores abióticos, quienes son los distintos componentes que determinan el espacio físico en el cual habitan los seres vivos; entre los más importantes están: el agua, la temperatura, la luz, el pH.

Son los principales frenos de crecimiento de la población. Varían según el ecosistema de cada ser vivo. Por ejemplo el factor biolimitante fundamentar en un ecosistema terrestre de tipo desértico, es el agua. En la figura 2 al igual que la Figura 1, muestra una salida de energía perdida en forma de calor cada vez que se realiza alguna transformación o trabajo debido a la entropía del sistema, además de la materia producida en forma de organismos vivos ocompuesto en la exportación de energía almacena para afuera del sistema.

Para el modelo de caja negra del proceso de fotosíntesis de una planta, se consideran como entradas: La energía lumínica proveniente del sol, el dióxido de carbono (CO2) disponible en el aire y agua (H2O). Estos elementos permiten fotosíntesis de la planta dando como salidas: Oxigeno (O2), energía química y agua, como se establece en la Figura 3.

 

En el modelo de caja blanca para el proceso de fotosíntesis de un planta Figura 4, consiste en la entrada de la energía lumínica llegando a las clorofilas contenidas en los cloroplastos de la hoja, el dióxido de carbono (CO2) disponible en el aire, el cual es captado y asimilado por los estomas de la hoja de la planta y el agua.

El 5% agua es absorbida por los pelos radicales de las raíces y mediante un conducto llamado Xilema, en el interior del tallo, llega hasta las estomas de la hoja.

Internamente gracias a la energía lumínica captada, en la hoja ocurre una síntesis química donde el hidrógeno y el oxígeno del agua (H2O) se combinan con el dióxido de carbono (CO2) y se produce glucosa (C6H12O6) y oxígeno (O2) A partir de la glucosa (C6H12O6) se forma almidón y celulosa que son esenciales para la vitalidad de la fisonomía de la planta (tallo, hojas, raíces, etc.) Una vez realizada la síntesis el (O2) e s liberado a la atmosfera.

Los frutosdebido su composición a partir de la glucosa, son enlaces químico, por lo que seconsidera una liberación de energía denominada energía química a la salida delproceso. Mientras que el 95% del agua absorbida por la planta es liberadamediante transpiración producto de la saturación hídrica en las estomas de la hoja.