1 Ciclo básico de energía en la biosfera

2 Fotosíntesis y Respiración Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

3 PRODUCTOS ORGÁNICOS Y OXÍGENO, RICOS, EN CONJUNTO, EN ENERGÍA SUSTRATOS INORGÁNICOS, SIN POTENCIAL QUÍMICO ÚTIL (carbohidratos, hidrocarburos, lípidos, proteínas, ác. nucleicos y oxígeno molecular) (agua, dióxido de carbono, nitrato o dinitrógeno, sulfato, fosfato) F O T O S Í N T E S I S R E S P I R A C I Ó N l u z b i o e n e r g í a Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

4 Agua++ Fotosíntesis Respiración ATP Luz solar Aire Anhídrido carbónico Suelo Nitrato Sulfato Fosfato Azúcares Lípidos Ácidos nucleicos Proteínas Oxígeno NUTRIENTESBIOMASA Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

5 22 33 42 432 - 2- -- +40 +5-3 -20 22 +6-2 +5 CC NN H SS PPH~ OHO)( OH OO++ OH OO Fotosíntesis Respiración ATP Luz solar Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

6 Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

7 Tipo de luz activa en fotosíntesis Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

8 The Z-scheme of photosynthesis

9 DA Walker (2002) Trends Plant Sci 7, 183-185 The Z-scheme of photosynthesis Mechanical analogy

10 ee ee ee ee *** ** ** HH OOH (( (( )) )) -- ~ ~ ~ ~ 22 h h I I I FotosíntesisRespiración Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

11 The respiratory electron transport chain Mechanical analogy

12 h H e P X H e P X a b i + + * ~ ~ Transducción secuencial de la energía ~ ~ ~ ~ Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

13 HOW MUCH ATP DO WE PRODUCE? AT REST Adult converts one half body weight equivalent of ATP per day AT REST Adult converts one half body weight equivalent of ATP per day NORMAL Adult converts body weight equivalent of ATP per day NORMAL Adult converts body weight equivalent of ATP per day HARD WORK Adult converts up to 1000 kg ATP per day HARD WORK Adult converts up to 1000 kg ATP per day 1000 kg 70kg? £1M? Cambridge University Robert Poole

14 El Sol: Fuente de energía y vida

15 FuerzaIntensidad PartículasIntervalo Ejemplo relativa responsablesde acción Nuclear fuerte1Protones y neutrones10 -15 mMantiene los núcleos unidos (quarks) Electromagnética1/137Partículas con cargaInfinitoMantiene los átomos unidos Nuclear débil10 -5 Protones y neutrones10 -16 mEmisión de radiactividad (quarks), electrones Gravitatoria6 x 10 -39 Todas las cosasInfinitoMantiene el sistema solar Las cuatro fuerzas de la Naturaleza

16 Astronautas del Apolo 8: Ahora es Isaac Newton quien está haciendo el mayor trabajo Newton (Principia, 1687): Every object in the universe attracts every other object Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

17 TiempoTemperaturaSituación (K) 0¿Infinito?Creación 10 -43 s10 32 Inflación 10 -34 s10 27 Bing-bang 10 -3 s10 12 Quarks y partículas exóticas llenan el Universo 1 s 10 10 Neutrones y protones 3 min10 9 Deuterio, helio, litio 10 5 – 10 6 años3 x 10 3 Materia desintegrada / radiación 10 6 – 10 10 años

18 = 10 K 0 7 4,002604 Da 4 x 1,007825 Da 4 H He+ Energía(26,7 MeV) (28,7 mDa) ++ ++ T 1 mDa = 0,934 MeV E= mc 2 + + 0 Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

19 150 x 10 6 km Sol Tierra  4 MTon / s 8 min  100 Ton / día Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

20 Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

21 Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

22 Io Júpiter Tierra Sol Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA En 1676, Römer hizo las primeras estimaciones de la velocidad de la luz

23 3x10 80 Masa de un cuerpo en movimiento c m o Velocidad (m s -1 ) Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

24 Observador en la Tierra estrella A Sol Posición ficticia de la estrella A rayo de luz procedente de la estrella A trayectoria supuesta trayectoria real Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

25 10 x 10 16 1,00,5 Energía (Julios) 0 E/m = c 2 = 9 x 10 16 J/kg Masa (kg) 5 x 10 16 Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

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27 Full-field image of the Sun from the Soft X-ray Telescope (SXT) obtained on December 1, 2001 White-light coronameter image from the High Altitude Observatory Mauna Loa (Hawaii) ( February 10, 2002)

28 Conversión de la energía solar por el reino vegetal en compa- ración con las reservas de combustibles fósiles y de biomasa

29 Requerimientos energéticos y alimentarios de la población humana en relación con la energía solar fijada por el reino vegetal

30 Fuentes energéticas de consumo a nivel mundial

31 biomasa energía hidroeléctrica energía nuclear gas natural carbón petróleo Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

32 Distribución porcentual del consumo de las fuentes de energía

33 Promedio anual de la irradiancia solar en diferentes regiones de la Tierra a) Energía incidente perpendicularmente fuera de la atmósfera a una distancia del Sol igual a la distancia media de la Tierra al Sol. b) Energía incidente sobre la superficie terrestre en la dirección perpendicular a los rayos solares en un día claro sin nubes

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35 Incapacidad del intelecto Richard Feyman (Premio Nobel, 1965): La progresión de las teorías físicas actuales ha hecho que éstas resulten cada vez más abstractas e incomprensibles. La situación sería como la del gato de Cheshire en la obra Alicia en el país de las maravillas (Lewis Carrol, 1862) Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

36 Equivalencia entre masa y energía Desiderio Papp (Einstein. Historia de un espíritu, 1978): Si la relatividad de las masas es considerada como la corona de la teoría de la relatividad, el descubrimiento de que la masa y la energía representan sólo dos aspectos intercambiables del mismo ente físico, bien puede considerarse como la gema de mayor quilate de la corona. Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

37 Serendipismo Arquímedes: ¡Eureka! (en griego, lo encontré) Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

38 Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid

39 Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9) Editorial Rueda, Madrid