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1.9: Agua - Biología

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INTRODUCCIÓN

Agua es una sustancia abundante en la tierra y cubre el 71 por ciento de la superficie terrestre. El agua también es importante por otras razones: como agente de erosión cambia la morfología de la tierra; actúa como un amortiguador contra los cambios climáticos extremos cuando está presente como una gran masa de agua, y ayuda a eliminar y diluir los contaminantes del medio ambiente.

Las características físicas del agua influyen en la forma en que existe la vida en la tierra. Las características únicas del agua son:

  1. El agua es un líquido a temperatura ambiente y en un rango de temperatura relativamente amplio (0 -100 ° C). Esta amplia gama abarca la temperatura media anual de la mayoría de los entornos biológicos.
  2. Se requiere una cantidad relativamente grande de energía para elevar la temperatura del agua (es decir, tiene un alto capacidad calorífica). Como resultado de esta propiedad, los grandes cuerpos de agua actúan como amortiguadores contra las fluctuaciones extremas del clima, el agua se convierte en un excelente refrigerante industrial y ayuda a proteger a los organismos vivos contra los cambios bruscos de temperatura en el medio ambiente.
  3. El agua tiene un calor de vaporización muy alto. La evaporación del agua ayuda a distribuir el calor a nivel mundial; proporciona al organismo los medios para disipar el calor no deseado.
  4. El agua es un buen disolvente y proporciona un buen medio para las reacciones químicas, incluidas aquellas que son biológicamente importantes. El agua transporta nutrientes a las células de un organismo y elimina los productos de desecho, y permite el flujo de iones necesarios para las funciones nerviosas y musculares en los animales.
  5. El agua líquida tiene un muy alto tensión superficial, la fuerza que mantiene unida la superficie del líquido. Esto, junto con su capacidad de adherirse a las superficies, permite el transporte ascendente de agua en las plantas y el suelo por acción capilar.
  6. El agua sólida (hielo) tiene una densidad más baja que el agua líquida en la superficie de la tierra. Si el hielo fuera más denso que el agua líquida, se hundiría en lugar de flotar, y los cuerpos de agua en climas fríos eventualmente se congelarían, matando a los organismos que viven en ellos.

El agua dulce comprende solo alrededor del tres por ciento del suministro total de agua de la tierra y se encuentra como agua superficial o subterránea. El agua superficial comienza como precipitación. Esa porción de precipitación que no se infiltra en el suelo se llama escapada. La escorrentía fluye hacia arroyos y lagos.

La cuenca de drenaje de la que se drena el agua se llama cuenca. La precipitación que se infiltra en el suelo y queda atrapada en las grietas y poros del suelo y la roca se denomina agua subterránea. Si el agua subterránea es detenida por una barrera impermeable de roca, puede acumularse hasta que la región porosa se sature. La parte superior de esta acumulación se conoce como el mesa de agua. Las capas porosas de arena y roca a través de las cuales fluye el agua subterránea se denominan acuíferos.

La mayor parte del agua dulce está encerrada en glaciares congelados o en aguas subterráneas profundas donde no es utilizable por la mayoría de los organismos vivos. Por lo tanto, solo una pequeña fracción del suministro total de agua de la tierra es agua dulce utilizable. Aún así, la cantidad disponible es suficiente para mantener la vida debido al ciclo natural del agua. En el ciclo del agua, el agua se acumula, se purifica y se redistribuye constantemente. Desafortunadamente, a medida que aumentan las poblaciones humanas en todo el mundo, sus actividades amenazan con sobrepasar el ciclo natural y degradar la calidad del agua disponible.

USO DE AGUA AGRÍCOLA

Agricultura es el mayor usuario de agua del mundo. La mayor parte de esa agua se utiliza para regar cultivos. Riego es el proceso de transportar agua de un área a otra con el propósito de cultivar. El agua utilizada para el riego generalmente proviene de ríos o de agua subterránea que se bombea desde pozos. La principal razón para regar los cultivos es que aumenta los rendimientos. También permite el cultivo de tierras marginales en regiones áridas que normalmente no sustentarían cultivos. Hay varios métodos de riego: riego por inundación, riego por surcos, riego por goteo y riego por pivote central.

Riego por inundación implica la inundación de un área de cultivo ubicada en un terreno generalmente plano. Este método de flujo de agua por gravedad es relativamente fácil de implementar, especialmente si se utiliza la inundación natural de las llanuras fluviales y, por lo tanto, es rentable. Sin embargo, gran parte del agua utilizada en el riego por inundación se pierde, ya sea por evaporación o por filtración en el suelo adyacente al área de riego prevista. Debido a que las tierras agrícolas deben ser planas para que se utilice el riego por inundación, el riego por inundación solo es práctico en ciertas áreas (por ejemplo, llanuras de inundación de ríos y tierras bajas). Además, debido a que la tierra está completamente inundada, las sales del agua de riego pueden acumularse en el suelo y eventualmente hacerlo infértil.

Riego por surcos también implica el flujo de agua por gravedad en un terreno relativamente plano. Sin embargo, en esta forma de riego, el flujo de agua se limita a surcos o zanjas entre hileras de cultivos. Esto permite un mejor control del agua y, por tanto, se necesita menos agua y se desperdicia menos. Debido a que el agua puede llegar a los surcos desde las tuberías, no es necesario que el terreno sea completamente plano. Sin embargo, el riego por surcos implica costos operativos más altos que el riego por inundación debido al aumento de mano de obra y equipo requerido. También implica una gran pérdida por evaporación.

Riego por goteo implica entregar pequeñas cantidades de agua directamente a plantas individuales. El agua se libera a través de tubos perforados montados por encima o por debajo del suelo cerca de las raíces de las plantas individuales. Este método se desarrolló originalmente en Israel para su uso en regiones áridas que tienen poca agua disponible para riego. Es muy eficiente, con poco desperdicio de agua. Algunas desventajas del riego por goteo son los altos costos de instalación y mantenimiento del sistema. Por lo tanto, solo es práctico para su uso en cultivos comerciales de alto valor.

Sistemas de rociadores de pivote central entregar agua a los cultivos desde aspersores montados en un brazo largo, que gira alrededor de un pivote central. El agua se bombea al pivote desde un pozo de riego cercano. Este sistema tiene la ventaja de que es muy móvil y se puede mover de un campo a otro según sea necesario. También se puede utilizar en tierras de cultivo irregulares, ya que la pluma móvil puede seguir los contornos del terreno. Los sistemas de pivote central se utilizan ampliamente en las llanuras occidentales y las regiones suroeste de los Estados Unidos. Con un manejo adecuado, los sistemas diseñados adecuadamente pueden ser casi tan eficientes como los sistemas de riego por goteo. Los sistemas de pivote central tienen altos costos iniciales y requieren un pozo de riego cercano capaz de proporcionar un flujo suficientemente alto. El riego constante con agua de pozo también puede provocar la salinización del suelo.

USO DE AGUA DOMÉSTICO E INDUSTRIAL

El agua es importante para todo tipo de industrias (es decir, manufactura, transporte y minería). Los sitios de fabricación suelen estar ubicados cerca de fuentes de agua. Entre otras propiedades, el agua es un solvente y refrigerante excelente y económico. Muchos productos líquidos manufacturados tienen agua como ingrediente principal. Las soluciones químicas utilizadas en procesos industriales y mineros suelen tener una base acuosa. El equipo de fabricación se enfría con agua y se limpia con agua. El agua incluso se utiliza como medio de transporte de mercancías de un lugar a otro en la fabricación. Las plantas de energía nuclear utilizan agua para moderar y enfriar el núcleo del reactor, así como para generar electricidad. La industria se paralizaría literalmente sin agua.

Las personas utilizan el agua para fines domésticos, como la higiene personal, la preparación de alimentos, la limpieza y la jardinería. Los países desarrollados, especialmente los Estados Unidos, tienden a utilizar una gran cantidad de agua para fines domésticos.

El agua utilizada para la higiene personal representa la mayor parte del uso doméstico de agua. Por ejemplo, el agua utilizada en un solo día en lavabos, duchas e inodoros en Los Ángeles llenaría un gran estadio de fútbol. Los seres humanos necesitan un suministro confiable de agua potable; de lo contrario, pueden producirse graves problemas de salud relacionados con enfermedades transmitidas por el agua. Esto requiere el establecimiento y mantenimiento de plantas de tratamiento de agua municipales en grandes áreas pobladas.

Mucha agua limpia se desperdicia en el uso industrial y doméstico. En los Estados Unidos, esto se debe principalmente al bajo costo del agua en general. Sin embargo, proporcionar cantidades suficientes de agua limpia en grandes áreas de población se está convirtiendo en un problema creciente. Las medidas de conservación pueden minimizar el problema: rediseñar los procesos de fabricación para utilizar menos agua; el uso de vegetación para paisajismo en regiones áridas que requiere menos agua; utilizar duchas e inodoros que conservan el agua y reutilizar las aguas grises con fines de riego.

CONTROL DE RECURSOS HÍDRICOS

Tanto los hogares como la industria dependen de un suministro fiable de agua limpia. Por tanto, la gestión y protección de los recursos hídricos es importante. La construcción de presas en ríos o arroyos que fluyen y el depósito de agua en embalses es una forma popular de controlar los recursos hídricos. Las presas tienen varias ventajas: permiten el almacenamiento de agua a largo plazo para uso agrícola, industrial y doméstico; pueden proporcionar producción de energía hidroeléctrica y control de inundaciones aguas abajo. Sin embargo, las represas alteran los ecosistemas, a menudo desplazan a las poblaciones humanas y destruyen buenas tierras agrícolas y, finalmente, se llenan de limo.

Los seres humanos a menudo aprovechan el ciclo natural del agua recolectando agua en reservorios artificiales o cavando pozos para eliminar el agua subterránea. El agua de esas fuentes se canaliza a ríos, canales o tuberías artificiales y se transporta a ciudades o tierras agrícolas. Esta desviación de los recursos hídricos puede afectar gravemente a las regiones de las que se extrae el agua.

Por ejemplo, la región de Owens Valley en California se convirtió en un desierto después de que los proyectos de agua desviaron la mayor parte de la escorrentía de Sierra Nevada al área metropolitana de Los Ángeles. Esto plantea la cuestión de quién posee (o tiene derechos sobre) los recursos hídricos.

Los derechos de agua generalmente están establecidos por ley. En el este de los Estados Unidos, el "Doctrina de los derechos ribereños"es la base de los derechos de uso. Cualquiera cuya tierra esté al lado de un arroyo que fluye puede usar el agua siempre que quede algo para la gente río abajo. Las cosas se manejan de manera diferente en el oeste de los Estados Unidos, que usa un" primero en llegar, enfoque "primero servido" conocido como "Principio de apropiación previa"se utiliza. Al utilizar agua de un arroyo, el usuario original establece un derecho legal para el uso continuo del volumen de agua originalmente extraído. Desafortunadamente, cuando no hay suficiente agua en un arroyo, los usuarios de aguas abajo sufren.

El caso del río Colorado pone de relieve el problema de los derechos de agua. El gobierno federal construyó una serie de represas a lo largo del río Colorado, que drena una gran área del suroeste de Estados Unidos y el norte de México. El propósito del proyecto era proporcionar agua a las ciudades y pueblos de esta zona árida y para el riego de cultivos. Sin embargo, a medida que se extraía cada vez más agua de estas presas, se disponía de menos agua corriente abajo. Solo un volumen limitado de agua llegaba a la frontera con México y era salina e inutilizable. El gobierno mexicano se quejó de que a su país se le estaba negando el uso de agua que era en parte de ellos y, como resultado, se construyó una planta desalinizadora para proporcionar un flujo de agua utilizable.

El derecho consuetudinario generalmente otorga a los propietarios derechos sobre el agua subterránea debajo de su tierra. Sin embargo, puede surgir un problema en una situación en la que varios propietarios accedan a la misma fuente de agua subterránea. El acuífero de Ogallala, que se extiende desde Wyoming hasta Texas, es muy utilizado por los agricultores para el riego. Sin embargo, este uso está provocando el agotamiento de las aguas subterráneas, ya que el acuífero tiene una tasa de recarga muy lenta. En casos como este, se necesita un plan general de uso del agua para conservar los recursos hídricos para uso futuro.

Desvío de agua

El agua es necesaria para toda la vida, así como para la agricultura y la industria humanas. Se ha invertido un gran esfuerzo y gasto en desviar el agua de donde se encuentra de forma natural hacia donde la gente necesita que esté. La redistribución a gran escala de un recurso tan vital tiene consecuencias tanto para las personas como para el medio ambiente. Los tres proyectos que se resumen a continuación ilustran los costos y beneficios y los problemas complejos involucrados en la desviación de agua.

Proyecto de desvío de la guarnición

El propósito del proyecto de desviación de la guarnición era desviar el agua del río Missouri al río Red en Dakota del Norte, a lo largo del camino, irrigando más de un millón de acres de pradera, atrayendo nuevos residentes e industrias y brindando oportunidades de recreación.

La construcción comenzó en la década de 1940 y, aunque se han gastado $ 600 millones, solo se han construido 120 millas de canales y algunas estaciones de bombeo. El proyecto no se ha completado debido a problemas financieros y las objeciones generalizadas de los ambientalistas, los estados vecinos y Canadá. Algunos se oponen a la inundación de hábitats de praderas raras. A muchos les preocupa que el movimiento de agua de una cuenca a otra también transfiera especies no nativas e invasoras que podrían atacar organismos nativos, devastar hábitats y causar daños económicos a la pesca y otras industrias. A medida que los costos de construcción y mantenimiento se dispararon, los contribuyentes expresaron su preocupación de que se gastara demasiado dinero público en un proyecto con beneficios públicos limitados.

Proyecto de suministro de agua de Melamchi

El Valle de Katmandú en Nepal es un importante centro urbano con un suministro de agua insuficiente. Un millón de personas reciben agua corriente unas pocas horas al día. Se están drenando los depósitos de agua subterránea y la calidad del agua es bastante baja. El proyecto de suministro de agua de Melamchi desviará agua a Katmandú a través de un túnel de 28 km desde el río Melamchi en un valle vecino. Se espera que cueste 500 millones de dólares, el proyecto incluirá instalaciones mejoradas de tratamiento y distribución de agua.

Si bien los problemas de agua en el valle de Katmandú son graves, el proyecto es controvertido. Los defensores dicen que mejorará la salud y la higiene públicas y estimulará la economía local sin dañar el ecosistema del río Melamchi. Los opositores sugieren que las salvaguardas ambientales son inadecuadas y que varias personas serán desplazadas. Quizás su mayor objeción es que el proyecto privatizará el suministro de agua y elevará los costos más allá del alcance de los pobres. Afirman que se han ignorado alternativas más baratas y eficientes ante la insistencia de los bancos internacionales, y que la deuda de los préstamos para proyectos paralizará la economía.

Proyecto de desvío de agua de sur a norte

Muchas de las principales ciudades de China están sufriendo una grave escasez de agua, especialmente en la parte norte del país. El uso excesivo y las descargas industriales han provocado una grave contaminación del agua. El proyecto de desviación de agua de sur a norte está diseñado para trasladar enormes cantidades de agua de los ríos del sur de China a la mitad norte seca pero poblada del país. Las nuevas instalaciones de control y tratamiento de la contaminación que se construirán al mismo tiempo deberían mejorar la calidad del agua en todo el país.

El desvío se logrará mediante la creación de tres ríos construidos por el hombre, cada uno de más de 1.000 km de longitud. Juntos canalizarán cerca de 50 mil millones de metros cúbicos de agua al año, creando el proyecto de desviación de agua más grande de la historia. Se espera que la construcción demore 10 años y cueste $ 60 mil millones, pero después de 2 años de trabajo, la desviación ya está por encima del presupuesto.

Un cambio tan masivo en los recursos hídricos tendrá grandes consecuencias ambientales en todo el sistema. Los niveles de agua en los ríos y marismas caerán bruscamente en el sur y aumentarán en el norte. Las personas y la vida silvestre serán desplazadas a lo largo de los cursos de los nuevos ríos.

A pesar de su asombrosa escala, el Proyecto Sur a Norte por sí solo no será suficiente para resolver la escasez de agua. China todavía necesitará aumentar los programas de conservación de agua, hacer que las industrias y la agricultura sean más eficientes en el uso del agua y aumentar la conciencia pública sobre las prácticas hídricas sostenibles.


Bio_U07_USA_FY21 Pregunta: 1-9 En un laboratorio de biología, los estudiantes ven una gota de agua de un estanque bajo un microscopio. Un estudiante observa un organismo unicelular verde que tiene un flagelo. ¿Qué puede inferir el estudiante de estas observaciones? O El organismo debe ser fotosintético ya que es verde. El organismo debe poder moverse ya que tiene flagelos. El organismo debe ser un descomponedor ya que es unicelular. El organismo debe ser del reino animal ya que tiene flagelos.

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Bio_U07_USA_FY21 Pregunta: 1-9 En un laboratorio de biología, los estudiantes ven una gota de agua de un estanque bajo un microscopio. Un estudiante observa un organismo unicelular verde que tiene un flagelo. ¿Qué puede inferir el estudiante de estas observaciones? O El organismo debe ser fotosintético ya que es verde. El organismo debe poder moverse ya que tiene flagelos. El organismo debe ser un descomponedor ya que es unicelular. El organismo debe ser del reino animal ya que tiene flagelos.


Control de la absorción de Na + y agua a través de los "epitelios estrechos" de vertebrados por adh y aldosterona

El equilibrio de sal y agua en los vertebrados está controlado por la liberación de dos hormonas sanguíneas: aldosterona y antidiurético (ADH). El propósito de este capítulo es revisar los mecanismos (a nivel de la membrana plasmática) por los cuales estas hormonas causan un aumento en el movimiento de sal (sodio) y agua en los tejidos diana. El efecto principal de la aldosterona es aumentar la permeabilidad al Na + de la membrana que mira hacia el lumen (apical) mediante la activación de canales inactivos preexistentes en períodos cortos y mediante la incorporación de canales recién sintetizados después de una exposición prolongada. Otros efectos pueden implicar un aumento en el suministro de energía y la síntesis de Na + -K + ATPasa que es responsable de la extrusión de Na + del citoplasma celular a la sangre. De manera similar, la ADH estimula los canales de Na + de la membrana apical inactiva preexistentes. El segundo efecto de la ADH es aumentar la permeabilidad al agua del epitelio. La evidencia sugiere fuertemente que existen canales de agua en las vesículas citoplasmáticas que, tras la exposición a ADH, se fusionan en la membrana apical provocando un rápido aumento de la conductividad hidráulica de la membrana apical. Los movimientos de las vesículas dependen de un citoesqueleto intacto. La regulación del transporte de electrolitos y no electrolitos se discutirá a la luz de los dos mecanismos anteriores.

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El martín pescador y el tren Shinkansen

Los ingenieros que construyeron una actualización del Shinkansen de Japón, o trenes bala, lograron que viajaran a 200 millas por hora, pero su ruido excedía los estándares ambientales. Cuando un tren viajaba por un túnel estrecho, creaba un boom sónico al salir. Parte del problema era una nariz roma en forma de bala que empujaba aire frente a ella en lugar de cortarla. Para resolver el problema, los ingenieros se inspiraron en los picos de los martines pescadores, que pueden sumergirse en el agua sin apenas salpicar. Los martines pescadores se encajan en el agua con un pico estilizado que aumenta gradualmente de diámetro de la punta a la cabeza, dejando que el agua fluya. Al modelar las narices de los trenes bala en los picos de los martines pescadores, los ingenieros de West Japan Railway Company crearon la serie 500, que entró en servicio en 1997. Los trenes son más silenciosos, un 10 por ciento más rápidos y usan un 15 por ciento menos de electricidad. Imágenes: 1) AskNature.org. 2) Flowizm / Flickr.

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AbstractoLos hidrogeles son polímeros hidrófilos reticulados que pueden absorber agua o fluidos biológicos. Sus aplicaciones biomédicas y farmacéuticas incluyen una amplia gama de sistemas y procesos que utilizan varias características de diseño molecular. Esta revisión analiza la estructura molecular, el comportamiento dinámico y las modificaciones estructurales de los hidrogeles, así como las diversas aplicaciones de estos biohidrogeles.

Los avances recientes en la preparación de estructuras tridimensionales con conformaciones de cadena exactas, así como la unión de grupos funcionales, permiten la preparación de nuevos hidrogeles prometedores. Mientras tanto, los biohidrogeles inteligentes con sensibilidad al pH o la temperatura continúan siendo materiales importantes en aplicaciones médicas.


Caballeros de la biología

Para los estudiantes que no estaban en clase cuando se mostró el video, o que deseen volver a ver el programa completo (sin editar), les proporcioné los siguientes enlaces:


Además de completar la hoja de trabajo, los estudiantes de Ciencias Ambientales deben investigar y responder las siguientes preguntas:

1. ¿Cuál es la población actual estimada del condado de Los Ángeles? ¡Asegúrate de decirme la fuente de tu estimación!

2. El agua tiene muchos usos, pero concéntrese en el agua potable. Encuentre una fuente que calcule la cantidad de agua en litros que necesita un solo ser humano, cada día. Dime la fuente y proporciona la estimación.

3. Utilizando su investigación de las preguntas 1 y 2, calcule la cantidad total de agua potable en litros requerida anualmente por la población del condado de Los Ángeles. ¡MUESTRA TU TRABAJO!

4. Con base en su respuesta a la pregunta 3, ¿cree que el condado de Los Ángeles tendrá que encontrar nuevas fuentes de agua en el futuro? Da una razón para respaldar tu afirmación.

5. Los Ángeles depende de acueductos y canales para obtener la mayor parte de su agua. ¿Cuáles son las fuentes de agua aquí en el condado de Fresno?



El volumen V en la definición se refiere al volumen de la solución, no el volumen del solvente. Un litro de una solución generalmente contiene un poco más o un poco menos de 1 litro de solvente porque el proceso de disolución hace que el volumen de líquido aumente o disminuya. A veces, la concentración de masa se denomina título.

Notación Editar

La notación común con la densidad de masa subraya la conexión entre las dos cantidades (la concentración de masa es la densidad de masa de un componente en la solución), pero puede ser una fuente de confusión, especialmente cuando aparecen en la misma fórmula indiferenciadas por un símbolo adicional. (como un superíndice de estrella, un símbolo en negrita o varrho).

Dependencia del volumen Editar

La concentración de masa depende de la variación del volumen de la solución debido principalmente a la expansión térmica. En pequeños intervalos de temperatura, la dependencia es:

dónde ρI(T0) es la concentración de masa a una temperatura de referencia, α es el coeficiente de expansión térmica de la mezcla.

Suma de concentraciones de masa - relación de normalización Editar

La suma de las concentraciones másicas de todos los componentes (incluido el disolvente) da la densidad ρ de la solución:

Por tanto, para el componente puro, la concentración de masa es igual a la densidad del componente puro.

La unidad SI para la concentración de masa es kg / m 3 (kilogramo / metro cúbico). Esto es lo mismo que mg / mL y g / L. Otra unidad de uso común es g / (100 mL), que es idéntica a g / dL (gramo / decilitro).

Uso en biología Editar

En biología, el símbolo "%" a veces se usa incorrectamente para denotar la concentración de masa, también llamada "porcentaje de masa / volumen". Una solución con 1 g de soluto disuelto en un volumen final de 100 mL de solución se etiquetaría como "1%" o "1% m / v" (masa / volumen). La notación es matemáticamente defectuosa porque la unidad "%" solo se puede usar para cantidades adimensionales. Por tanto, "solución porcentual" o "solución porcentual" son términos que se reservan mejor para "soluciones porcentuales en masa" (m / m = m% = soluto en masa / solución total en masa después de mezclar), o "soluciones en porcentaje en volumen" (v / v = v % = volumen de soluto por volumen de solución total después de mezclar). Los términos muy ambiguos "solución porcentual" y "soluciones porcentuales" sin otros calificativos, continúan encontrándose ocasionalmente.

Este uso común de% para significar m / v en biología se debe a que muchas soluciones biológicas son diluidas y a base de agua o una solución acuosa. El agua líquida tiene una densidad de aproximadamente 1 g / cm 3 (1 g / mL). Por tanto, 100 ml de agua equivalen aproximadamente a 100 g. Por lo tanto, una solución con 1 g de soluto disuelto en un volumen final de 100 ml de solución acuosa también puede considerarse 1% m / m (1 g de soluto en 99 g de agua). Esta aproximación se rompe a medida que aumenta la concentración de soluto (por ejemplo, en mezclas de agua y NaCl). Las concentraciones altas de soluto a menudo no son fisiológicamente relevantes, pero ocasionalmente se encuentran en farmacología, donde la notación de masa por volumen todavía se encuentra a veces. Un ejemplo extremo es la solución saturada de yoduro de potasio (SSKI) que alcanza una concentración de masa de yoduro de potasio del 100 "%" m / v (1 gramo de KI por 1 ml de solución) solo porque la solubilidad de la sal densa KI es extremadamente alta en agua, y la solución resultante es muy densa (1,72 veces más densa que el agua).

Aunque existen ejemplos que indican lo contrario, conviene subrayar que las "unidades" de% p / v comúnmente utilizadas son gramos por mililitro (g / mL). Las soluciones al 1% m / v a veces se consideran gramos / 100 ml, pero esto resta valor al hecho de que% m / v es g / ml 1 g de agua tiene un volumen de aproximadamente 1 ml (a temperatura y presión estándar) y se dice que la concentración de masa es del 100%. Para preparar 10 ml de una solución acuosa de colato al 1%, se disuelven 0,1 gramos de colato en 10 ml de agua. Los matraces aforados son la pieza de vidrio más apropiada para este procedimiento, ya que pueden ocurrir desviaciones del comportamiento ideal de la solución con altas concentraciones de solutos.

En soluciones, la concentración de masa se encuentra comúnmente como la relación masa / [volumen de solución], om / v. En soluciones acuosas que contienen cantidades relativamente pequeñas de soluto disuelto (como en biología), estas cifras pueden "percentivizarse" multiplicando por 100 una proporción de gramos de soluto por ml de solución. El resultado se da como "porcentaje de masa / volumen". Tal convención expresa la concentración de masa de 1 gramo de soluto en 100 mL de solución, como "1 m / v%".

Densidad del componente puro Editar

La relación entre la concentración de masa y la densidad de un componente puro (concentración de masa de mezclas de un solo componente) es:

dónde ρ
I es la densidad del componente puro, VI el volumen del componente puro antes de mezclar.

Volumen específico (o volumen específico de masa) Editar

El volumen específico es el inverso de la concentración de masa solo en el caso de sustancias puras, para las cuales la concentración de masa es la misma que la densidad de la sustancia pura:

Concentración molar Editar

La conversión a concentración molar cI es dado por:

donde MI es la masa molar del constituyente i.

Fracción de masa Editar

La conversión a fracción de masa wI es dado por:

Fracción molar Editar

La conversión a fracción molar xI es dado por:

donde M es la masa molar promedio de la mezcla.

Molality Editar

Para mezclas binarias, la conversión a molalidad bI es dado por:

Los valores de concentración (masa y molar) diferentes en el espacio desencadenan el fenómeno de difusión.


1.9: Agua - Biología

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Discusión

La lectura de la figura 2 indica que los nadadores intermitentes repiten un movimiento básico intrínseco para mantener la velocidad de nado deseada. Este movimiento consiste en una ondulación activa de frecuencia casi constante y amplitud de batido de cola casi constante (excepto en el rango de baja velocidad, sombreada en gris en los paneles de la Fig. 2), repetida mientras sea necesario. Por lo tanto, un pez dispuesto a nadar más rápido aumentará su tiempo de explosión. Por supuesto, debido a que cada secuencia de nado de ráfaga y costa se realiza durante un tiempo casi constante Tcombate, los peces que pasan más tiempo en la fase de explosión también acortan necesariamente la duración de la costa, lo que establece un límite superior a la velocidad de nado que se puede alcanzar. Es interesante notar que el comportamiento de natación descrito aquí difiere de la idea de que los peces modulan sus parámetros cinemáticos de ondas corporales para cambiar la velocidad, en contraste con lo que se ha observado para peces más grandes que usan la natación continua, por ejemplo, ver refs. 20,21. Hasta donde sabemos, tal mecanismo no ha sido reportado en la literatura, especialmente en los peces de tamaño pequeño de unos pocos centímetros como el pez tetra de los presentes experimentos.

Para comprender la dinámica subyacente a las observaciones experimentales, estudiamos el problema de optimización de la natación de un nadador simulado de ráfaga y costa. El pez se modela utilizando la geometría corporal realista de Hemigrammus bleheri extraído del experimento (ver Información complementaria, Parte 2). El ciclo de ráfagas y costa se construye, siguiendo las observaciones, concatenando una fase activa y una fase pasiva. El campo de flujo alrededor de los peces durante cada fase se simula utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD); consulte “Métodos”. A través de la exploración del espacio de parámetros, para cada velocidad de nado, el conjunto de parámetros (DC, FI, (ar) , Tcombate) que minimiza el costo de transporte (CoT). Los resultados del procedimiento de optimización se superponen a los datos experimentales en la Fig. 2 (cuadrados negros).

Esta es una observación notable, ya que muestra que los peces en el rango de velocidades de crucero optimizan constantemente su CoT. Optimality is not straightforward in the multidimensional space navigated by living organisms, where locomotion is just one element of their everyday trade-offs. More specifically, the observation and its agreement with the simulation are exciting for a double reason. In the first place, unlike in continuous swimming where fish basically deal with a two-dimensional parameter space consisting of tail-beat frequency and amplitude, in burst-and-coast swimming, fish have to deal at least with a four-dimensional parameter space (shown in Fig. 2: Tbout, DC, FI, and (ar) ) at an arbitrary speed. The optimization of burst-and-coast swimming is thus extremely complex, especially considering that the CoT can hardly be sensed directly by the fish during swimming. Second, fish have to deal with many other constraints that might not be, a priori, necessarily compatible with optimizing swimming energy. For instance, the intermittence of burst-and-coast swimming has also been invoked for a sensing reason 17 . Before the present work, we did not know whether fish aim to optimize the CoT during burst-and-coast swimming, or whether fish can successfully optimize CoT in such a complex landscape of control parameters and indirect feedback. It turns out that in the case of this work, the intermittent swimming kinematics is, in a certain range of swimming regimes, exactly what optimizes swimming gaits. It is also surprising that fish can handle the optimization of CoT in burst-and-coast swimming relatively easily—such optimization mainly consists in maintaining the tail-beat frequency and amplitude constant and modulating the time of bursting.

The remarkable agreement between the optimization calculation and experimental observations leads us to two important conclusions for burst and coast swimmers. First, fish essentially do not modulate tail-beat frequency as observed for continuous swimming 20,21 but adapt a unique cycle to sustain the imposed speed. Second, the frequency, amplitude of the tail beat, and the burst phase duration (the duty cycle) are optimal parameters with respect to the cost of transport CoT at typical cruise speeds. It is also noteworthy that the results of the simulation are not exclusively associated to the species Hemigrammus bleheri. Excepted the details of the body shape that were extracted from the experiments, the construction of the intermittent simulated kinematics (see “Methods”) uses a generic body deformation that can describe other burst-and-coast swimmers. The results presented in this paper bring a general description of intermittent fish locomotion, based on experimental observations: because of the intermittency constraint—the bout time, most likely fixed because of physiological reasons, these fish have developed specific swimming sequences minimizing their cost of transport that are different from those observed for continuous swimmers, and such specific swimming sequences do not require the fish to handle all optimal parameters in a complex pattern. Future works should multiply experimental observations and produce a larger inventory of intermittent swimmers to determine if the burst-and-coast mechanism described here holds for other fish species. It has to be noted that the CoT as defined in this study only takes into account the mechanical cost of the swimmers, thus future explorations on the consequence of considering the additional “metabolic” cost may bring us a more comprehensive understanding of the swimming cost and optimization in burst-and-coast swimmers.


Biología

I study insect diversity in highly threatened habitats to understand the effect of habitat alteration on particular groups of interest, such as the scarabaeine dung beetles, and to discover new species before they have gone extinct. Research also centers on the evolution of various groups of beetles. In particular, I am interested in conducting phylogenetic and biogeographic analyses, revisions of poorly known taxa, and behavioral and ecological studies. For phylogenetic projects, the current emphasis in the lab is the acquisition of molecular sequence data, but morphological data is also gathered in some cases for a total evidence approach to produce the most robust hypotheses of evolution. The major current and specific research projects in my lab include:

The Ghana Insect Project.
Insect biodiversity (systematics), especially on the Coleoptera (beetles).
The global diversity of spider beetles.
West African insect biodiversity, especially dung beetle diversity and ecology, and their use in conservation biology.
Evolution of the dung beetles.
Evolution of the bostrichoid beetles.
Evolution of the Water Penny Beetles.


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