Appunti completi corso di Ecologia

Ecologia lezione 1

Ecologia

Ecologia deriva da due parole greche: oikos=casa e logos=discorso quindi studio della casa intesa come ambiente.

L'ecologia, come disciplina nasce con Haeckel nel 1866, “Intendiamo per ecologia la totalità delle relazioni dell'organismo con l'ambiente”. delle scienze

Studia il funzionamento sano e patologico nello spazio e nel tempo degli ecosistemi.

Due approcci diversi all'ecologia sono:

• La sinecologia, analizza gli ecosistemi nella loro globalità, studiandone l'equilibrio o l'evoluzione;
• L'autoecologia, studia i rapporti ecologici intrattenuti da una specie, con il suo habitat. Se aggiungiamo i rapporti con le altre specie si studia la sua nicchia ecologica.

L'ecologia è lo studio della struttura e delle funzioni della natura (Odum 1973).

È difficile definire una disciplina complessa che studia le relazioni tra mondo biologico e mondo fisico, considerando che i confini non sono netti.

Lo studio delle relazioni è antico come la specie umana. Ogni cacciatore, associa un ambiente a determinate prede (e viceversa), deve anche conoscere i comportamenti delle sue prede per catturarle e per difendersi, sfuggendo in generale i pericoli collegati alla caccia.

Ecosistema

Ecosistema: unità fondamentale dell’ecologia. Porzione di biosfera delimitata naturalmente costituita da una la comunità vivente (biocenosi) e dall’ambiente chimico-fisico (biotopo) che la ospita.

Biocenosi componente biotica.

Biotopo componente abiotica.

Le caratteristiche di un ecosistema risultano dalle interazioni tra la componente vivente e non vivente che si influenzano a vicenda. Un ecosistema è definito, sistema complesso aperto, con struttura e funzione caratteristica determinata da:

• Flusso di energia;
• Circolazione di materia tra componente biotica e abiotica.

Tipologie di sistema

Aperto: scambia materia e energia con l’esterno e con sistemi circostanti.

Chiuso: scambia energia ma non materia con l’esterno.

Isolato: non scambia energia né materia con l’esterno.

Cibernetico: mantiene l’omeostasi con meccanismi di feed-back.

Fattori ambientali

I fattori abiotici determinano le caratteristiche dell'ambiente. Le condizioni possono variare nello spazio e nel tempo e determinano risposte differenziate negli organismi.

Gli organismi sono influenzati dalle condizioni ambientali ma non le "consumano" e non le "esauriscono".

Fattori limitanti

Si riferisce alla nutrizione delle piante.

“L’elemento che si trova in quantità minima condiziona cioè limita lo sviluppo della pianta.

Concetto esteso a tutte le sostanze e condizioni ambientali che limitano la crescita degli organismi se presenti in difetto o eccesso.

Alcune sostanze nutrienti possono diventare tossiche se superano determinate soglie.

Possono essere:

Biotici= fattori di tipo biologico (parassiti/predatori).

Abiotici=fattori di natura fisica (temperatura, luce) o chimica (ossigeno, pH).

Lezione 2

Risorsa

Elemento del paesaggio indispensabile alla sopravvivenza del sistema ecologico.

Può essere:

• Rinnovabile: capace di rigenerarsi se gestita in modo opportuno, sostenibile. Es.: acqua, biocenosi (flora, fauna);
• Non rinnovabile: perdita progressiva senza possibilità di rinnovo. Es.: suolo, ghiaia, minerali.

Il clima

Il clima è modellato da diversi fattori: la temperatura e le precipitazioni, è delineato da come la latitudine, e topografici come le montagne e i corsi d’acqua. fattori geografici,

L’alternarsi delle stagioni è dovuto alla rotazione terrestre, e durante la rotazione la superficie crea i venti.

La circolazione delle masse d’aria, così come le temperature e le precipitazioni, sono influenzate dalla distribuzione dei raggi solari sulla superficie terrestre.

La topografia del terreno e altri effetti influenzano il clima e la distribuzione degli ecosistemi

Le caratteristiche fisiche di un territorio, la presenza di alture e di corsi d’acqua, influenzano il clima e la distribuzione degli ecosistemi. Le catene montuose influiscono sulle precipitazioni.

I mari e i laghi hanno un’influenza sul clima. Grazie alla capacità termica, l’acqua acquista e lentamente dell’aria; tale fenomeno influenza la temperatura delle fasce perde calore più costiere, la formazione delle precipitazioni e lo spirare delle brezze e dei venti oceanici, come i monsoni.

Le correnti oceaniche influenzano i climi

Quando un vento spira su un estensione oceanica per lungo tempo, trascina dei flussi d’acqua nella stessa direzione; questa massa d’acqua prende il nome di corrente. La circolazione delle acque su larga scala ha un significativo effetto sul clima.

I principali ecosistemi sono chiamati biomi

I biomi, sono modellati da climi caratteristici e variano a seconda della latitudine fredda e buia per la maggior parte dell’anno. Ha:

Tundra:

• Temperature molto basse;
• Scarse precipitazioni;
• Strato di suolo permanentemente ghiacciato (permafrost) un metro al di sotto della superficie.

Foreste di conifere distribuite in tre regioni, chiamate in modi diversi: taiga, foreste montane di conifere e foresta di conifere pluviale temperata. Ha:

• Temperature relativamente basse;
• Precipitazioni da moderate a copiose.

Foreste temperate decidue dislocate a Sud della taiga nel Nordamerica orientale, Asia orientale e gran parte dell’Europa. Sono ricche di biodiversità. Hanno:

• Clima temperato, con stagioni ben definite;
• Precipitazioni abbondanti.

Praterie sono le steppe, le pampas, le praterie nordamericane e il veldt sudafricano. Hanno stagioni estreme e:

• Estati calde/secche e inverni rigidi;
• Precipitazioni moderate;
• Terreni molto fertili.

Savana si trovano in Africa, Australia, Sud-est asiatico e Sud America. Hanno una stagione secca e una delle piogge.

• Temperature medie abbastanza elevate;
• Periodi relativamente freschi e secchi che si alternano a stagioni di piogge intense;
• Grandi estensioni di graminacee con alberi sparsi a latitudini intorno ai 30° sia nell’emisfero boreale sia in quello australe.

Deserti si trovano. Hanno:

• Giornate molto calde (35-40 °C) e notti fredde (7 °C);
• Venti asciutti con precipitazioni assai scarse.

Foreste pluviali tropicali si trovano nei pressi dell’equatore in Sud America, in Africa e nella regione indo-hymalaiana. Hanno:

• Temperatura costantemente calda;
• Piogge assai abbondanti.

Ecosistemi acquatici

Ecosistemi acquatici sono le acque dolci e i mari.

Acque dolci= fluiscono in corsi d’acqua, prima a carattere torrentizio quindi fluviale, spesso formando raccolte d’acqua di varia estensione e profondità, come stagni e laghi, prima di procedere verso il mare, dove sfociano in delta o estuari.

Laghi=classificati come oligotrofici se sono poveri di nutrienti, ed eutrofici se hanno abbondante materia organica e alta produttività.

Gli ecosistemi marini comprendono gli habitat costieri

Habitat costieri= tipici delle zone di contatto tra terraferma e mare, come le paludi salmastre, le distese di fango, i mangrovieti e i litorali rocciosi o sabbiosi.

Estuari fluviali= hanno ampie fluttuazioni di salinità delle acque e costituiscono un ambiente ricchissimo di nutrienti.

Spiagge= rocciose o sabbiose sono sottoposte a spruzzi e alle onde e soggette alle fluttuazioni delle maree.

Zona intertidale= fascia costiera che si trova tra il limite della bassa e dell’alta marea. Ospita organismi adattati alla vita in ambienti instabili e soggetti a variazioni.

Gli ecosistemi marini comprendono le zone di mare aperto

Dalla costa, le acque marine vengono classificate in base alla profondità in due zone.

Zona eutrofica= porzione di acque in cui penetra la luce solare. È la zona più ricca di organismi (fitoplancton, zooplancton, pesci di piccola e grande taglia).

Zona pelagica= mare aperto, comprende la maggior parte delle acque oceaniche ed è suddivisa in base alla profondità in zona epipelagica, mesopelagica e batipelagica.

Fattori limitanti

Tutte le sostanze e le condizioni ambientali che possono limitare la crescita degli organismi se presenti in difetto o in eccesso. Alcune sostanze, anche nutrienti, sono tossiche se la loro concentrazione nell’ambiente supera determinate soglie, danneggiando o limitando lo sviluppo degli individui.

Intervallo di tolleranza

Per ogni specie vivente si possono definire dei limiti minimi e massimi relativi alla presenza di sostanze e alle condizioni ambientali, oltre i quali la vita non è possibile.

I limiti minimi e massimi relativi ai diversi fattori ecologici vengono definiti limiti di tolleranza. L'intervallo compreso tra i limiti di tolleranza viene detto intervallo di tolleranza.

Intervallo ottimale

L’ampiezza dell’intervallo di tolleranza relativa ad un qualsiasi fattore ecologico viene definita da una serie di termini il cui prefisso può essere:

• Steno-: stretto;
• Euri-: ampio.

L’intervallo ottimale è l’intervallo di un fattore ecologico entro il quale si ha il massimo sviluppo.

Le condizioni ottimali possono cambiare durante il ciclo vitale.

Lezione 3

Biodiversità

È la biodiversità della vita, che si può dividere in tre livelli + 1:

• 1. Diversità del patrimonio genetico (razze o varietà di specie selvatiche e domestiche).
• 2. Diversità delle specie (animali, piante, funghi, microrganismi);
• 3. Diversità degli ecosistemi (ambienti naturali quali acque, boschi, spazio alpino, ecc);
• 4. Biodiversità funzionale, cioè la diversità delle interazioni che si esplicano all’interno e fra i tre livelli di un sistema.

Produttività

La produttività di un ecosistema è la velocità di trasformazione fotosintetica dell'energia luminosa in energia di legame nelle molecole organiche cioè è la quantità di sostanza organica prodotta nell'unità di tempo dagli organismi fotosintetici.

Eutrofizzazione

Irregolare proliferazione di biomassa vegetale (microalghe). In origine indicava una condizione di ricchezza in sostanze nutritive in ambiente acquatico; oggi viene usato per indicare le fasi successive del processo biologico conseguente a tale arricchimento e cioè l’abnorme sviluppo di alghe con conseguenze deleterie per l’ambiente.

Il problema è emerso a metà degli anni ’70 nelle acque costiere dell’Emilia Romagna, a seguito di casi di eutrofizzazione, si ebbero estese morie di organismi bentonici (pesce di fondo, molluschi, crostacei, ecc…) con impatti deleteri sul turismo e la pesca. Le sue fasi sono:

• Aumento dell’apporto di nutrienti in mare da parte di fiumi e scarichi non depurati;
• Condizioni del mare calmo con acqua stratificata;
• Si sviluppano le fioriture microalgali;
• Dopo un po’ di giorni, le alghe muoiono e si depositano sul fondo;
• La decomposizione delle alghe morte, sottrae O2 alle acque di fondo;
• Ipossia e anossia;
• Gli organismi bentonici (molluschi, pesci) muoiono o migrano;
• Si modifica la composizione delle biocenosi di fondo.

Piante C3, C4 e CAM

• Piante C3 =piante arboree e dei climi temperati. Possono sfruttare anche valori più bassi di luce. Fissano CO2 col ciclo di Calvin o dei pentoso-fosfati. Hanno massimo tasso fotosintetico, massima efficienza in condizione di luce e temperatura moderate.
• Piante C4 =piante erbacee e piante di climi caldi. Tasso più basso di respirazione in rapporto alla produttività. Sono più efficienti ad alti livelli di luce e temperatura. Hanno bisogno di meno acqua e seguono il ciclo di addizione degli acidi dicarbossilici.
• Cam= sono adatte ai climi aridi, hanno un metabolismo intermittente e fioritura rapida.

Catene alimentari o reti trofiche

È l'insieme dei rapporti tra gli organismi di un ecosistema. Ogni ecosistema ha una catena alimentare e siccome un individuo può appartenere a più di una catena alimentare, si crea una rete alimentare. Se degli organismi hanno lo stesso ruolo nella catena alimentare, appartengono allo stesso livello di alimentazione.

Catena alimentare = trasferimenti di energia alimentare dagli autotrofi a organismi che consumano e sono a loro volta consumati.

Catene alimentari di pascolo = vegetali - erbivori - carnivori.

Catene alimentari di detrito = materia organica morta - microrganismi detritivori - predatori.

Struttura trofica

È definita da interazioni tra catene alimentari, metabolismo- dimensione degli individui, perdite e trasferimenti di energia. viene descritta dalle piramidi ecologiche:

Piramidi di numeri - Piramidi di biomassa - Piramidi di energia.

Lezione 4

Evoluzione

Evoluzione: progressivo ed ininterrotto accumularsi di modificazioni successive, fino a manifestare, in un arco di tempo sufficientemente ampio, significativi cambiamenti negli organismi viventi.

Teorie evolutive

Come si spiega la variabilità delle specie viventi?

Lamark (1744-1829)

Le funzioni di adattamento all'ambiente determinano la comparsa di organi differenziati negli animali e nelle piante.

Se l'ambiente non viene modificato è la funzione che crea l'organo, non viceversa.

L'adattamento cooperativo all'ambiente rappresenta la legge evolutiva, perché il carattere acquisito per l’adattamento all'ambiente diviene ereditario.

Il ruolo della luce e del calore come impoderabili fluidi evoluti.

Come è possibile l'ereditarietà dei caratteri acquisiti?

La lotta tra le specie determina la sopravvivenza delle espressioni più adatte all'ambiente mutevole. L'evoluzione delle specie viventi avviene tramite graduali cambiamenti di condizioni ambientali e di favorevoli adattamenti delle specie viventi.

Origine delle varietà

Gli incroci seguono regole ben precise: i caratteri ereditari delle cellule sessuali germinali possono essere dominanti o recessivi. La diversità delle specie è non solo in funzione dell'adattamento all'ambiente, ma deriva anche dalla combinazione dei caratteri genetici diversi presenti negli incroci.

Trasmissione dell'informazione

Attribuire la nascita della vita alla composizione chimico-fisica dei cromosomi, piccoli segmenti del nucleo della cellula a cui l