Appunti esame Ecologia

Ecologia popolazione

Una popolazione è un insieme di individui che occupa una stessa porzione di spazio nello stesso tempo, della stessa specie.

L’ecologia si occupa di studiare le popolazioni nel tempo, se aumentano o diminuiscono o rimangono stabili, se si restringono eccetera. Si vanno a combinare analisi empiriche e modelli matematici.

I modelli matematici sono per definizione delle rappresentazioni semplificate della realtà, che sono per forza irrealistici e semplificati. Più un modello è realistico, più è complicato. Chiaramente abbiamo dei modelli astratti molto semplici che ci danno un’idea di ciò che può succedere in un sistema naturale idealizzato, ma ci possono essere modelli che possono essere più complessi realizzati per descrivere un sistema molto particolare. Bisogna bilanciare le due cose.

I modelli servono per descrivere i cambiamenti, nel tempo e nello spazio, delle popolazioni, a fare delle previsioni, che sono alla base della scienza, e anche a farci capire quali sono i meccanismi che regolano il funzionamento di una popolazione.

Vito Volterra e Alfred Lotka. Sono due personaggi chiave nello sviluppo della modellistica applicata alle popolazioni. —> demoecologia: demografia ecologica.

Hanno sviluppato il modello preda-predatore, ovvero un modello matematico in grado di descrivere la dinamica, effetti della competizione per le risorse e della predazione, di un ecosistema in cui interagiscono soltanto due specie animali: una delle due come predatore, l'altra come la sua preda.

—> I modelli epidemiologici sono essenzialmente modelli ecologici.

Comunità

Concetto Frederic Clements e Henry Gleason, che avevano due visioni opposte e contrastanti, ma avevano ragione tutti e due.

Una comunità è l’insieme di tutte le popolazioni di tutte specie che vivono insieme.

La comunità fatta da tante specie è un sistema integrato e le popolazioni che sono nella comunità hanno dei ruoli funzionali ben distinti, i predatori di chi e di che cosa, i parassiti, eccetera e sono legati da rapporti di vari tipo:

• Di competizione, che si ha quando due specie utilizzano le stesse risorse. È un’interazione di tipo negativo. 1
• Di mutualismo, dove l’interazione è di tipo positivo, dove due specie beneficiano dello star insieme.
• Di predazione, chi mangia che cosa.

Ecosistema

L’ecosistema è l’insieme della comunità biologica, quindi l’insieme di tutte le specie, che interagisce con la componente abiotica, quindi con fattori chimici e fisici dell’ambiente.

La comunità biotica interagisce e altera l’ambiente chimico e fisico in cui vive che a sua volta influenza la struttura, il funzionamento e la dinamica della comunità biotica stessa.

Il primo a usare la parola ecosistema è Arthur Tansley e lo sviluppo dell’ecologia degli ecosistemi come approccio a sé stante si deve a Eugene Odum.

Le grandi sfide dell’ecologia

I limiti sono dettagliati per diverse componenti, ad esempio abbiamo:

• Il cambiamento climatico.
• L'acidificazione degli oceani.
• Il consumo dell’ozono stratosferico.
• L’alterazione dei cicli biogeochimici dell’azoto e del fosforo.
• L’uso di acqua potabile.
• I cambiamenti nell’uso della terra.
• La biodiversità.
• Il carico di aerosol atmosferico.
• L’inquinamento di tipo chimico.

Per le componenti in grassetto abbiamo sorpassato il limite di sicurezza mentre per quelle sottolineate ci stiamo avvicinando. Per questo motivo il sistema terra è pieno alterato e dunque secondo alcuni studiosi ci troviamo davanti ad un’epoca differente, che denominano Antropocene (“quando la facciamo iniziare? Rivoluzione Industriale (1750)?”)

Il periodo geologico in cui viviamo si chiama “Quaternario” ed è iniziato circa 2,5 milioni di anni fa, è stato un periodo caratterizzato dalle grandi glaciazioni e è suddiviso in due epoche differenti:

• Pleistocene: va dall’inizio del Quaternario fino a 11700 anni fa.
• Olocene: inizia alla fine del Pleistocene, è l’epoca in cui noi viviamo.

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Biodiversità

Biodiversità è un termine coniato alla fine degli anni ’80. Significa svariate cose: in genere lo si associa al numero di specie, cioè una zona che ha molto specie ha un’alta biodiversità, ma non è solo questo, è estendibile all’insieme delle interazioni tra queste ed alle funzioni svolte.

È cambiata la biodiversità nel corso del tempo?

Sì, dal periodo del Cambriano (500 mila anni fa) ad oggi (periodo del Quaternario), la biodiversità è cambiata. Il N. di specie è aumentato e ciò è dovuto a due grandi forze: speciazione ed estinzione, che non sono costanti nel tempo. Durante questo lungo arco di tempo ci sono state 5 grandi estinzioni a livello globale.

Adesso si parla di 6 estinzione.

Ma come facciamo a capire se ci troviamo davvero davanti ad un fenomeno come questo?

—> dobbiamo confrontare il tasso di estinzione che osserviamo adesso con la perdita di specie con il tasso di estinzione naturale.

Come si fa a determinare il tasso di estinzione naturale?

Si va a vedere che cosa c’è in un periodo tra una grande estinzione di massa e l’altra, quindi in un periodo di normalità. Si analizzano gli eventi catastrofici e cambiamenti legati ad eventi catastrofici.

Mediante i fossili —> durata della vita = età ultimo - età primo ritrovamento.

Es. Chiaramente non si fa dai fossili.

Come si fa a stimare un tasso di estinzione attuale?

Perché non ci sono, quindi lo si fa con le informazioni che abbiamo sulla scomparsa delle specie. Perciò se non arrestassimo la tendenza, ci possiamo fare un idea su quello che succederà nei prossimi anni.

Perché conservare la biodiversità?

• Utilità, es. servizi ecosistemici, medicinali, cibo;
• Valore non materiale, ricreativo, spirituale, che porta ad un miglioramento della vita;
• Valore intrinseco.

Quali sono le cause della perdita di biodiversità?

1. Remote: la crescita della popolazione umana, idea introdotta negli anni ’70/’80. Tale causa porta all’aumento dell’impatto ecologico: per esempio aumenta la conversione degli habitat all’agricoltura, aumenta il prelievo delle specie, aumentano i rifiuti. Tutto ciò ha un impatto sulla biodiversità. 3

—> da dati statistici possiamo stimare che la popolazione si stabilizzerà intorno agli 11/12 miliardi nel 2100. Potrebbe causare una grossa impronta ecologia a meno che non si va incontro a sistemi più sostenibili, capaci di garantire a tutta la popolazione mondiale una vita benefica.

2. Prossime: possono essere una o più di una contemporaneamente. È una causa che in un particolare posto e in un particolare momento determina la perdita della specie, di un sistema ecologico. Sono cause facilmente identificabili, rispetto alle remote.

Ci sono 5 cause prossime, ognuna delle quali presenta un’azione negativa sulla diversità biologica, cioè va ad impoverire le specie e ci mantiene nella sesta estinzione.

a. La distruzione e la frammentazione degli habitat.

È la prima causa di estinzione di specie, sia ora che nel passato. Questo perché tutte le specie che ci vivono vengono distrutte. In questo modo si rischia anche di estinguere le specie che ancora non conosciamo.

b. Le specie aliene = una specie viene detta aliena, esotica o alloctona quando la si trova al di fuori del proprio areale naturale di distribuzione per effetto dell’uomo.

Normalmente le specie si muovono, ma si muovono poco perché incontrano tutta una serie di filtri. In particolare esistono 3 filtri: geografico, es. risulta difficile lo spostamento tra continenti; climatico; biologico, es. competizione/predatori.

Per questi 3 fattori, gli spostamenti delle specie sono molto lenti e rari, infatti ultimamente avvengono grazie all’uomo.

Una specie aliena si dice invasiva quando comincia a esercitare un'azione negativa sull’ecosistema invaso.

c. Lo sfruttamento eccessivo, o sovrasfruttamento, quando il prelievo è superiore al reclutamento, cioè la capacità della nostra specie di riprodursi, aggiunta di nuovi individui in una popolazione.

d. I cambiamenti del clima —> portano ad effetti macroscopici molto famosi, come ad esempio lo sbiancamento delle barriere coralline. Tale fenomeno è causato dall’innalzamento della temperatura, che causa la morte delle zooxantelle, simbionti dei coralli, necessitano di luce perché fanno la fotosintesi, e di conseguenza dei coralli, che si sbiancano. I cambiamenti climatici determinano uno spostamento della reale distribuzione delle specie: le specie si muovono da sud verso nord.

e. Inquinamento. 4

Autoecologia

= cioè un’ecologia degli adattamenti individuali, delle singole specie.

“L’ecologia è la scienza che si occupa delle relazioni tra un organismo e l’ambiente che lo circonda”.

L’ambiente è tutto ciò che circonda e influenza un individuo. È lo spazio in cui viviamo, caratterizzato da una serie di “fattori ambientali” (F.A.) che influenzano la funzionalità di un organismo.

I fattori ambientali possiamo dividerli in 2 tipi:

• Abiotici: fattori di natura chimica e fisica, non viventi, tipo temperatura, umidità, concentrazione di sostanze nell’acqua o nel terreno, la pressione dell’atmosfera, quantità di luce, etc.
• Biotici: altri organismi di specie differenti o anche della stessa specie e i loro prodotti. Quindi si parla di risorse trofiche, predatori, competitori, etc. Tutte quelle interazioni positive o negative che un organismo ha con gli altri organismi che lo circondano.

Possiamo fare anche un altro tipo di suddivisione, per quanto riguarda i fattori ambientali:

• Condizioni: sono tutti quei fattori ambientali che influiscono sulla funzionalità, sopravvivenza, riproduzione, etc, di un organismo, senza essere di per sé consumato o reso indisponibile. Nella maggioranza dei casi le condizioni sono fattori abiotici, ma non sempre. Il fatto che mi espongo al sole non mi fa consumare il sole, non viene raffreddato il sole, questa è una condizione.
• Risorse: sono fattori ambientali che vengono modificati e resi meno disponibili o non disponibili dall’uso che l’organismo ne fa. Vengono consumati. Questo fatto di essere consumato genera la Competizione per le risorse! Le risorse sono fattori prevalentemente biotici. Anche spazio e luce possono essere risorse, ad esempio gli alberi che impediscono alla luce di penetrare negli strati profondi del bosco impediscono ad altre piante o produttori primari di svilupparsi.

Quindi condizioni e risorse molto spesso sono assimilabili a fattori di tipo abiotico e biotico, ma non sempre, inoltre lo stesso fattore, tipo la luce, può essere sia condizione sia risorsa a seconda del contesto e del tipo di organismo con cui abbiamo a che fare. L’ossigeno nell’aria è una condizione ma se tipo ci troviamo chiusi in un ascensore con 4/5 persone in quel caso diventa una risorsa perché viene consumato.

L’autoecologia quindi si occupa di capire quali sono le relazioni che ci sono tra un individuo e le condizioni e risorse che caratterizzano l’ambiente. 5

• Si occupa di capire quali sono le condizioni ideali per garantire la sopravvivenza di una certa specie.
• Si occupa della comprensione del rapporto che c’è tra organismi e risorse, come cambia la funzionalità di un organismo al variare della disponibilità e del tipo di risorse disponibili.
• Si occupa dell’analisi della distribuzione degli organismi in base alle variazioni spazio-tempo di condizioni e di risorse. Ad esempio, capire perché certe specie si trovano solo in certi posti.
• L’identificazione delle condizioni ottimali per garantire la conservazione o lo sfruttamento di organismi ai fini produttivi, allevamento, coltivazione etc.
• Utilizzarla per prevedere quali saranno le risposte delle diverse specie al variare delle condizioni ambientali, tipo nel caso del cambiamento climatico queste conoscenze ci permettono di capire che cosa può accadere.

Condizioni necessarie per la sopravvivenza di un organismo

1. Condizioni necessarie per la sopravvivenza di un organismo, dipendono dal tipo di organismo e dal tipo di ambiente.

Ambiente acquatico:

• Salinità, la quantità di Sali disciolta nell’acqua;
• Temperatura, perché influenza la funzionalità degli organismi in maniera diretta;
• Bilancio ionici;
• Illuminazione, perché ha un effetto diretto sui produttori primari.

Ambiente terrestre:

• Temperatura;
• Umidità, quindi la quantità di acqua disponibile sia come umidità dell’aria sia come acqua disponibile;
• Natura chimica del suolo;
• Illuminazione.

L’insieme delle condizioni ambientali costituisce il “clima” a cui il nostro organismo è sottoposto e svolge le proprie attività. 6

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Rappresentazione delle variazioni di clima

Negli ambienti terrestri:

• Diagramma ombrotermico, che riporta sulle X il tempo, tipo i mesi, e su un’asse Y c’è la temperatura, che può essere la T media, massima o minima, che è rappresentata dalla curva rosa, mentre sull’altro asse c’è la capacità idrica, la piovosità, quantità di acqua, misurata in mm, è la linea verde. Quindi in un ambiente con la stagionalità molto marcata si hanno mesi dell’anno con alta piovosità, poi via via che si va verso primavera estate la piovosità diminuisce, arriva a un minimo durante l’estate e poi dopo l’estate tende ad aumentare, mentre con un andamento speculare succede alla temperatura. La parte arancione che si trova al di sotto della curva della temperatura e al di sopra di quella della piovosità rappresenta una zona a rischio di aridità, alte temperature e bassa disponibilità di acqua.
• Climatogramma o climogramma, su cui si riporta sui due assi i fattori che ci interessano, qui abbiamo su Y temperatura e X su umidità e i singoli punti rappresentano nuovamente la media dei valori mensili. Quindi in questo spazio, detto “Piano delle Fasi” ci possiamo mettere dei punti, ogni punto ha come coordinata l’umidità media e la temperatura media di quel mese e si vede quali sono i mesi dell’anno in cui c’è bassa umidità e bassa temperatura e mesi in cui c’è alta umidità e alta temperatura e così via.

Negli ambienti acquatici: Primo grafico: La variazione di temperatura in funzione della profondità dei mari nei vari mesi dell’anno. In alcuni mesi dell’anno si arriva a una zona di transizione detta “termoclino” in cui c’è una brusca variazione della T dell’acqua; infatti, diminuisce molto 7 rapidamente e poi converge su un valore medio della T dell’acqua, esempio mese di ottobre.

Nell’altro grafico si vede invece come varia la [O₂] in funzione della profondità in due situazioni differenti che possono essere ad esempio due mari diversi.

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Costruzioni di nicchia

= è lo spazio immaginario caratterizzato dalle condizioni ottimali di una certa specie.

Alcune specie sono in grado di manipolare l’ambiente, quindi di costruire una nicchia, per crearci condizioni ottimali.

Fitness darwiniana

La funzionalità, in ecologia, si può esprimere come Fitness, cioè la capacità che ha un organismo di diffondere, nello spazio e nel tempo, delle copie di se stesso, cioè i propri geni.

Il concetto di fitness è fondamentale perché ci dà la chiave attraverso cui capire cosa fanno gli organismi in termini di scelte, comportamento, adattamenti fisiologici, cioè in termini di evoluzione.

La fitness Darwiniana presenta 2 componenti: sopravvivenza e riproduzione.

Quantificazione della fitness: Non è semplice. Più la prole è sana e numerosa e più l’individuo è relativamente longevo, tanto almeno da fare la prima figliata, e migliore è la fitness. Quindi si tratta della capacità di adattarsi alla variabilità delle circostanze esterne, con lo scopo di rimanere in vita, in salute e di riprodursi.

Il calcolo delle fitness sono quindi stime ricavate dall’esporre l’organismo alle condizioni ottimali di vita e riproduzione. Quest’ultime sono ricavate in due modi:

• 1. L’approccio osservazionale = osservazione di individui della stessa specie nel loro habitat naturale, ma a condizioni naturalmente diverse, cosa che però complica ovviamente il monitoraggio ed in più, viene influenzato il parametro di interesse, che varia.
• 2. L’approccio sperimentale = esporre l’individuo a condizioni variabili e controllate dall’operatore;

La scelta su quale approccio utilizzare dipende dal tipo di organismo e dalla scala temporale d’interesse. 8

Nell’approccio sperimentale (2), po