Appunti Fauna omeoterma

Fauna omeoterma e termoregolazione

Gli animali che sono in grado di autoregolarsi mantengono costante la temperatura corporea indipendentemente da quella esterna. Ne sono esempi i mammiferi e i volatili, e vengono definiti fauna omeoterma. Rettili, anfibi e pesci sono invece eterotermi, ovvero, sono in grado di termoregolarsi ma ciò dipende da fattori esterni e comportamentali: ricerca del sole o dell’ombra, ricerca di siti più favorevoli climaticamente e dipende dalla temperatura esterna.

Risposte fisiologiche adattive degli omeotermi

Risposte a breve termine

• Vasocostrizione: serve per trattenere il calore all’interno del proprio corpo per riscaldarlo.
• Vasodilatazione: il calore viene ceduto alla periferia del corpo per raffreddarlo.
• Sollevamento del pelo o delle penne grazie ai muscoli pellicciai.

Risposte a lungo termine

• Presenza o meno di tessuto adiposo depositato e dalle caratteristiche del mantello o del piumaggio.
• Dimensioni dell’animale: la fonte di calore principale è il metabolismo, ovvero, l’insieme di reazioni chimiche che avvengono all’interno dell’organismo (il fegato produce calore). Inoltre, gli scambi di calore tra animale e ambiente avvengono attraverso la superficie corporea, per cui il calore perduto è proporzionale alla superficie del corpo e alla differenza tra la temperatura animale e quella dell’ambiente.

Gli animali che, in rapporto al volume, hanno una superficie grande (animali piccoli) tendono a perdere calore più facilmente, per cui sono adatti a climi caldi; al contrario, gli animali che, in rapporto al volume, hanno una superficie modesta (animali grandi) sono adatti a climi freddi. La costanza della temperatura dipende dai processi metabolici che rispondono alle variazioni termiche esterne perdendo o accumulando calore. Esistono quindi processi:

• Termogenetici: producono calore.
• Termolitici: fanno perdere calore.

Meccanismi di termogenesi

La produzione interna di calore è data da:

• Metabolismo basale: dispendio energetico di un animale a riposo in condizioni di digiuno e in un ambiente con neutralità termica. Comprende solo l’energia necessaria per le funzioni metaboliche vitali quali respirazione, circolazione sanguigna, attività del sistema nervoso. La produzione di calore è maggiore rispetto a quella prodotta dal MB; infatti, se la temperatura esterna scende al di sotto della soglia neutrale si attiva la tiroide che fa aumentare il metabolismo per produrre calore. Questo metabolismo è molto più alto rispetto a quello basale.
• Attività metabolica legata alle funzioni fisiologiche (nutrizione, riproduzione e movimento): per quanto riguarda il movimento, la produzione di calore aumenta con l’aumentare del lavoro svolto dai muscoli ed è maggiore in salita. Per quanto riguarda l’alimentazione, bisogna tenere conto dell’attività digestiva e di quella metabolica per assorbire i principi nutritivi (maggiore nei ruminanti per degradare le parti fibrose). Per la riproduzione, è importante considerarla nelle femmine dei mammiferi durante la gravidanza e l’allattamento e negli uccelli in fase di ovodeposizione.

In caso di freddo intenso, però, questi meccanismi non bastano per produrre calore e l’animale deve ricorrere a meccanismi di termogenesi temporanea aggiuntiva:

• Termogenesi somatica: si realizza attraverso i brividi, contrazioni involontarie della muscolatura volontaria striata che producono calore. I termorecettori mandano l’informazione al sistema nervoso, questo porta alla produzione di adrenalina e glucocorticoidi. I glucocorticoidi favoriscono il catabolismo proteico e l’energia liberata è usata per la sintesi di glucosio a livello epatico. L’adrenalina inibisce l’insulina pancreatica per cui il glucosio non viene convertito in glicogeno; inoltre, aiuta la lipolisi dei grassi liberando gli acidi grassi che vengono utilizzati dai muscoli striati superficiali per fare la loro contrazione (brivido).
• Termogenesi autonoma: coinvolge il sistema nervoso autonomo e non quello muscolare. La produzione di calore si ha dalla lipolisi dei trigliceridi del grasso bruno e dall’ossidazione degli acidi grassi liberati. Abbondante anche in età adulta negli animali ibernanti, è presente intorno al cuore nelle altre specie solo nelle prime settimane di vita prima di diventare grasso bianco. La produzione di calore, quindi, avviene attorno al cuore così da garantire una maggiore sopravvivenza ai neonati.

Meccanismi termolitici

La perdita di calore è data da processi che consumano energia. I principali meccanismi sfruttano il principio dell’evaporazione, che nei mammiferi si ha in tre modi diversi:

• Traspirazione: fenomeno passivo che riguarda la perdita continua di vapore acqueo dalla superficie del corpo, senza interessare le ghiandole sudoripare. La sua efficienza dipende dallo sviluppo della superficie corporea e dalla tensione di vapore dell’aria.
• Sudorazione: secrezione di sudore da parte delle ghiandole sudoripare eliminando elevate quantità di acqua. Non tutti i mammiferi sono efficienti nella sudorazione (es. uccelli, bovidi e suidi).
• Respirazione: sfruttato soprattutto dagli animali che hanno meno capacità di sudare. Uccelli, ad esempio, hanno ossa cave collegate a un sistema di sacche aeree, le quali consente la dispersione di calore al passaggio dell’aria. In generale, l’aria espirata è satura di vapore e proviene dagli alveoli polmonari, i quali sono ricoperti da un film liquido che, evaporando, raffredda l’alveolo e di conseguenza anche il sangue circolante e l’interno dell’organismo. Aumentando la frequenza respiratoria, aumenta l’evaporazione per cui il corpo si raffredda più velocemente.

Meccanismi a doppio senso

Consentono il riscaldamento o il raffreddamento dell’animale a seconda delle condizioni ambientali. Si parla di:

• Conduzione: scambio di calore tra animale e superficie solida o liquida.
• Convezione: scambio di calore tra animale e superficie gassosa (aria).
• Radiazione: si dividono in radiazioni solari dirette e riflesse; radiazioni solari indirette emesse dal vapore acqueo, dalla CO₂, ecc. La quantità di radiazione assorbita dipende da: area di esposizione, ora del giorno, stagione, latitudine e colore del mantello o piumaggio.

Isolamento termico

È la resistenza al flusso di calore dall’animale all’ambiente. Esistono due tipologie di isolamento termico:

• Tissutale: resistenza al flusso di calore dalla massa centrale dell’organismo alla superficie della pelle. Max: tra 0° e 5°C (massimo livello di vasocostrizione).
• Esterno: resistenza al flusso di calore dalla superficie cutanea all’ambiente attraverso il mantello. È influenzato dalla velocità dell’aria e dalla presenza di piogge.

Bilancio termico

Un animale con temperatura corporea costante deve avere il calore prodotto dall’animale (CP) + calore acquistato dall’ambiente (CA) = calore liberato nell’ambiente (CL).

CP + CA – CL = 0

Questa relazione prende il nome di bilancio termico ed è uguale a:

M – E +/- F +/- Cd +/- Cv +/- R = 0

dove:

• M è il metabolismo che comprende quello basale, di mantenimento e il calore metabolico prodotto in eccesso.
• E è l’evaporazione che comprende traspirazione, sudorazione e respirazione. Qui il calore può essere solo perso.
• F è l’alimento e soprattutto l’acqua bevuta che può essere più fredda o più calda rispetto al corpo animale.
• Cd e Cv sono conduzione e convezione e comprendono i fenomeni di trasmissione di calore per contatto con acquisto o perdita di calore.
• R è la radiazione che può essere + o – perché ogni vivente emette radiazioni infrarossi (-) e durante il giorno è colpito dalle radiazioni solari (+).

La somma di questi fattori deve essere uguale a 0.

Principi di ecologia

La classificazione tassonomica prevede diversi taxa: regno – phylum – classe – ordine – famiglia – genere – specie. La fauna italiana comprende circa 57.000 specie, alcune di queste prendono il nome di “selvaggina” e sono quelle di interesse venatorio.

• Specie: insieme di individui in grado di riprodursi in modo naturale dando prole fertile.
• Popolazione: gruppo di organismi della stessa specie che occupano lo stesso spazio nello stesso periodo di tempo.
• Comunità: insieme di popolazioni appartenenti a specie diverse che vivono in uno stesso ambiente e tra le quali si creano rapporti di interdipendenza.
• Ecosistema: è un sistema aperto con struttura e funzioni caratteristiche determinate da flusso di energia e circolazione di materia tra parte biotica e parte abiotica.

Zonazione

• Zonazione spaziale: distinzione tra comunità in base alle variazioni ambientali nello spazio, ambienti diversi hanno comunità diverse.
• Zonazione temporale: distinzione tra comunità in base a variazioni temporali delle condizioni in una stessa area. È legato al fenomeno della successione, ovvero, il susseguirsi di diverse comunità nell’ecosistema mediante processi di colonizzazione (affermazione di specie alloctone in un ecosistema), estinzione (scomparsa di una specie presente), sostituzione (scomparsa di una specie a causa di una colonizzazione).

Le comunità si distinguono anche in base alla loro capacità di adattarsi ai vari fattori ecologici che caratterizzano un ecosistema. In base al grado di tolleranza si usano i prefissi steno- (stretto) ed euri- (ampio). Una specie steno- ha scarsa tolleranza alle variazioni di un fattore per cui sono più specializzate; una specie euri ha un’ampia tolleranza per cui sono più “generaliste”.

• Habitat: ambiente le cui caratteristiche permettono a una popolazione di vivere e riprodursi ed è riferito all’intera popolazione.
• Nicchia ecologica: non è un luogo ma il modo di vita e il ruolo che una specie o popolazione ha nel suo ecosistema. In un habitat ogni specie ha la sua nicchia ecologica, solitamente si fa riferimento alle abitudini alimentari: maggiore è la differenza tra le abitudini maggiore sarà la differenza tra le nicchie e minore sarà la competizione. A volte una specie occupa nicchie diverse a seconda dei suoi stadi di vita. Si possono distinguere:
• Specie specialiste: hanno nicchie limitate, vivono in un solo tipo di habitat e si nutrono in un solo tipo di cibo.
• Specie generaliste: si adattano a diversi ambienti e a diversi tipi di cibo.
• Home range: area usualmente utilizzata da un animale o da un gruppo di animali durante le attività quotidiane. Questa area è in grado di sostenere l’animale dal punto di vista alimentare.
• Fattori limitanti: tutti i fattori le cui quantità condizionano, in modo positivo o negativo, il ciclo biologico di un organismo vivente.

Le specie possono essere indicate come:

• Monotipiche: non comprende una sottospecie.
• Politipiche: si possono individuare una o più sottospecie, lo sono spesso le specie faunistiche.

Gli esseri viventi sono collegati tra loro da una catena trofica, la quale è costituita da 4 anelli:

• Produttori
• Consumatori primari
• Consumatori secondari
• Consumatori terziari

Dinamica di popolazione

Il numero di individui di una popolazione è variabile nel tempo per cui il rapporto N/T cambia. Alcuni parametri sono in grado di dare indicazioni sull’evoluzione di una popolazione come:

• Natalità: aumenta la densità di popolazione.
• Mortalità
• Immigrazione
• Emigrazione: diminuiscono la densità di popolazione.

N = N + B – D – E + I_T+1 T T T T T

N individui al tempo T+1 = N individui al tempo T + N nati – N morti – N emigrati + N immigrati

• Il numero di nascite e morti dipende dall’abbondanza della popolazione.
• Le immigrazioni dipendono da elementi esterni alla popolazione.
• Le emigrazioni dipendono da fattori interni (eccessivo affollamento) o esterni (presenza di altri siti adatti).

La velocità di crescita di una popolazione dipende dalla differenza tra i nati e i morti nell’intervallo di tempo: r = b – d

Coefficiente istantaneo di crescita

In mancanza di resistenza ambientale la crescita è di tipo esponenziale e dipende da r. Il massimo valore di r è il potenziale biotico, cioè il tasso massimo di accrescimento che una popolazione può raggiungere. Se, invece, l’ambiente influisce sulla dinamica la popolazione tende a crescere in modo malthusiano (a forma di S):

ΔN = ΔT (rN)(1 – (N/K))

Con K = N massimo di individui che la popolazione può avere in quell’ambiente, detta anche capacità portante. Questa equazione la si può utilizzare anche per distinguere le varie dinamiche all’interno di specie differenti tra loro; ci sono infatti specie che privilegiano rapidità di sviluppo raggiungendo velocemente K, e altre a lento sviluppo. Si distinguono in specie K-strategiche e specie r-strategiche.

Specie K-strategiche

Modello teorico di crescita che prevede uno sviluppo lento raggiungendo in tempi lunghi la capacità portante. Rientrano tutte le specie che hanno home range ampi. Questa dinamica è basata sulla capacità di adattamento e di sopravvivenza. Queste popolazioni hanno ritmi di crescita lenti e una volta raggiunta la capacità portante stanno su un livello di equilibrio, non subiscono crolli repentini.

Caratteristiche delle specie a strategia K:

• Fertilità moderata
• Sviluppo da ovocellula a individuo adulto lungo; una volta raggiunto lo stadio adulto sono in gradi di riprodursi per tempi lunghi per cui sono specie longeve.
• Ricambio generazionale proteso nel tempo
• Basso tasso di mortalità: si ha un basso grado prolificità compensata dalla cura della prole che porta a una riduzione di mortalità
• Piramidi di età con più generazioni contemporaneamente nella popolazione

Specie r-strategiche

Modello teorico che prevede uno sviluppo rapido raggiungendo velocemente la capacità portante. È basata essenzialmente sul potenziale riproduttivo. In breve periodo queste popolazioni hanno ritmi di crescita esponenziali che si verificano finché le condizioni ambientali lo permettono. La popolazione cresce e colonizza rapidamente l’ambiente fino ad arrivare alla capacità portante; a queste fasi di crescita, però, si alternano periodi di crolli repentini dovuti a una riduzione del fattore K. In seguito, la popolazione tornerà ad aumentare, raggiungerà velocemente il K e diminuirà di nuovo.

Le specie a strategia r sono molto instabili:

• Elevata prolificità con un alto potenziale riproduttivo
• Cicli di sviluppo brevi
• Elevata mortalità

Queste specie hanno una scarsa cura della prole e mostrano una competizione intraspecifica.

Territorialismo

Tendenza a impedire l’ingresso in un certo territorio a individui della stessa specie, tipico di molti predatori. Gli individui di una popolazione entrano in conflitto tra loro per prendersi una risorsa ambientale.

Il volo degli uccelli

Anticamente, si pensa che l’antenato degli uccelli fosse l’“Archeopteris”, che ha una forma simile ma con delle differenze sostanziali rispetto agli uccelli di oggi: mascelle più massicce e denti da rettile, ha una coda lunga e ossa delle dita molto sviluppate. Gli uccelli di oggi, invece, hanno uno sterno carenato dove si ancorano i muscoli che servono per il volo, gabbia toracica rinforzata, coda ridotta detta pigostilo.

Quando un uccello (così come un aereo) è in volo orizzontale si ha l’equilibrio di 4 forze: portanza (spinta verso l’alto), peso, spinta in direzione del moto e la resistenza dell’aria. Variazioni di portanza e spinta provocano variazioni di quota e velocità.

L’angolo che si crea tra l’aria e l’ala dell’uccello è detto angolo di incidenza, il flusso di aria sulla superficie alare provoca portanza e resistenza che insieme portano a una forza risultante. A 0° i due valori sono limitati, al crescere dell’angolo la portanza aumenta rapidamente e il loro rapporto è massimo ai 5°. Oltre questo valore aumenta l’attrito e con un angolo di 15° l’ala va in stallo: la portanza tende a zero mentre l’attrito aumenta, ciò significa che il flusso d’aria sopra l’ala si interrompe e si stacca dalla superficie stessa, causando perdita rapida di quota finché non si recupera velocità.

Effetto Bernoulli

Un fluido subisce un’accelerazione e una diminuzione di pressione quando passa in una sezione ristretta. La stessa cosa accade quando una corrente d’aria scorre sopra una superficie aerodinamica; la depressione provoca una forza portante sull’ala.

Carico alare

Rapporto tra peso/superficie alare

Allungamento alare

Rapporto tra la lunghezza/larghezza delle ali

Ala

È una superficie portante e propulsiva. Il tendine interno permette la distensione dell’ala e le penne si dispongono perpendicolarmente a carpo e metacarpo.

Disposizione delle penne sull’ala:

• Le secondarie si trovano sull’ulna
• Le primarie si trovano sulle ossa della mano
• Le penne dell'alula si trovano sul pollice

Si ha un’ulteriore distinzione tra le remiganti (quelle più esterne) e le copritrici (più interne), sulla coda si hanno le timoniere. L’alula ha il compito di ridurre il rischio di stallo.