Domande aperte di Ecologia - Aggiornato a Ottobre 2023

Domande aperte di ecologia

Fattori abiotici e biotici

Fattori abiotici (luce, temperatura, ossigeno, pH, CO2, ecc) e biotici (competizione, predazione, parassitismo, mutualismo) sono fattori indispensabili nel determinare la distribuzione degli organismi sulla Terra.

Nicchia, habitat e areale: definizioni, differenze e relazioni

L’areale è l’insieme dei punti nello spazio geografico (fisico) in cui si rileva la presenza degli organismi della specie. L’habitat è lo spazio multidimensionale (teorico) costruito tenendo conto degli ambiti di tolleranza della specie rispetto alle variabili abiotiche; rappresenta quindi lo spazio operativo della specie rispetto alle variabili abiotiche. La nicchia ecologica è lo spazio multidimensionale (teorico) costruito tenendo conto degli ambiti di tolleranza della specie rispetto alle variabili sia abiotiche sia biotiche; rappresenta quindi lo spazio operativo della specie rispetto a tutte le variabili ambientali, sia abiotiche sia biotiche. Quindi l’habitat è un sottoinsieme della nicchia. L’areale è l’insieme dei punti geografici in cui si ottemperano le condizioni di nicchia e habitat.

Le proprietà emergenti nei sistemi biologici

Le proprietà emergenti sono caratteristiche nuove e peculiari del livello, che non rappresentano soltanto la somma delle caratteristiche di ciascuno degli elementi che lo compongono e non possono essere nemmeno dedotte. Ragione per cui l'approccio ecologico prevede, enfatizza e preferisce il rapporto sistemico o olistico, rispetto a quello generale riduzionistico della biologia.

Approccio olistico e proprietà emergenti

L’approccio olistico o approccio sistemico è lo studio dettagliato dei fenomeni che si verificano (proprietà emergenti).

La stratificazione termica negli ecosistemi acquatici

L’acqua a 4 gradi va a fondo nei mari e nei laghi, determinando una serie di effetti ecologici importantissimi come la stratificazione termica dei sistemi acquatici. In estate le masse di acque superficiali si riscaldano, per esempio avranno una temperatura che supera i 20 gradi come indica il grafico. Ad un certo punto nella massa d’acqua c’è una riduzione della temperatura, in un strato molto piccolo detto termoclino. Il termoclino è uno strato in cui c’è una variazione rapida della temperatura (come mostra il grafico da 20 a circa 5 gradi). L’acqua profonda rimane a 4 gradi, stratificata a 4 gradi, perché è più pesante e scende. D’inverno la temperatura dello strato superficiale può essere molto bassa, si può arrivare a zero gradi quando si ghiaccia lo strato superficiale. Nel termoclino l’acqua ha una temperatura più bassa dei 4 gradi e l’ipolimnio è sempre a 4 gradi. Questo fenomeno è importantissimo perché l’acqua a 4 gradi in un fiume o in un lago ghiacciato permette la sopravvivenza di parecchi organismi che altrimenti non potrebbero sopravvivere.

La luce, effetti biologici e regolazione dell’attività degli organismi

L’energia luminosa è utilizzata da un gruppo di molecole capaci di assorbire la luce, la clorofilla ed i pigmenti fotosintetici. Questi ultimi trasformano la luce in nutrimento per l’intero ecosistema biosfera. Tuttavia, di tutta l’energia solare che giunge sulla Terra, solo l’1% viene assorbita dalle piante per le loro attività biologiche; più del 50% viene riflessa, mentre la maggior parte di quella restante viene assorbita dagli oceani, dall’atmosfera, dalle superfici rigide per poi venire irradiata nello spazio come calore. Non tutti i viventi sono in grado di ottenere energia dalla luce solare. In base alle fonti di energia che utilizzano possono essere fotofili o eliofili se vivono bene sotto grandi quantità di luce, quindi questa è necessaria allo svolgimento delle loro attività metaboliche, oppure possono essere fotofobi, quando non vivono bene sotto grandi quantità di luce e quindi cercheranno riparo dalla luce piena.

Fattori limitanti, legge del minimo e di Shelford

I fattori limitanti sono quei fattori descritti dalla legge del minimo o legge di Leibig. Questa legge dice che la crescita e la sopravvivenza di un individuo non è determinata dalla totalità degli elementi di cui necessita per crescere, ma è determinata dalla disponibilità di quella più scarsa. Significa che ad esempio se una pianta ha bisogno di acqua, luce e azoto e dei primi due c'è una elevata disponibilità ma del terzo elemento si ritrova una quantità scarsa o assente la crescita della pianta non riuscirà in ogni caso, anche se dei primi due elementi ne trova in abbondanza. Quindi il terzo elemento, quello che manca, diventa un fattore limitante alla crescita dell'individuo, che ne compromette quindi la sopravvivenza.

La legge di Shelford, o legge della tolleranza, afferma che un organismo di fronte ai fattori ambientali ha un intervallo di tolleranza, compreso tra un minimo e un massimo, entro cui si trova il suo optimum ecologico. Quando questo organismo si ritrova in questo intervallo e vira verso il minimo o il massimo, le sue capacità biologiche tenderanno mano a mano a diminuire, fino a che questo intervallo viene superato e viene compromessa la sopravvivenza dell'organismo. Quando invece l'organismo si trova a livello del suo optimum ecologico le sue attività si trovano al massimo della resa. Un esempio di intervallo di tolleranza può essere riferito alla temperatura. Esistono organismi che hanno un intervallo ampio di tolleranza che quindi sopportano sia temperature alte che temperature più basse e vengono detti euritermi. Quando invece gli organismi hanno un basso intervallo di tolleranza vengono detti stenotermi, e sono microtermi se l'intervallo si riferisce a basse temperature mentre sono megatermi se l'intervallo prevede alte temperature.

Fattori abiotici e biotici

Un ambiente, ossia il non self dell'osservatore, quindi tutto ciò che è presente nell'ambiente ad esclusione dell'osservatore, è composto da diversi fattori. Questi fattori possono essere abiotici, quando si parla della parte non vivente del sistema. I fattori abiotici possono essere fisici, come la temperatura, l'umidità, l'energia data dalla luce solare, oppure possono essere chimici quando si parla di ossigeno, acqua, azoto ecc. I fattori biotici invece comprendono tutta la parte vivente del sistema, comprese le interazioni che sopraggiungono tra i diversi organismi all'interno del sistema.

Il mutualismo

Il mutualismo è un'interazione tra individui, di solito di due specie, dove entrambi gli individui di ciascuna specie traggono beneficio dall'altro individuo. Questo beneficio è quello che gli individui di entrambe le popolazioni crescono e sopravvivono ad un tasso superiore se sono accoppiati piuttosto che quando sono soli. Il mutualismo si basa su una riduzione dei costi, perché ogni partner della coppia mette a disposizione una funzionalità, che non gli costa molto a livello energetico e che farebbe in ogni caso, ma che l'altro non sa fare. Il mutualismo può essere facoltativo, quando i partner sarebbero in grado di vivere anche da soli, ma che quando vivono insieme stanno meglio oppure può essere obbligato per uno o per entrambi i partner. Un esempio di mutualismo obbligo è quello tra i microrganismi del rumine e il ruminante. Il rumine è una sostanza di cellulosa che il ruminante non riuscirebbe a digerire e assimilare senza l'interazione con il microrganismo. Allo stesso tempo il microrganismo non riuscirebbe a sopravvivere senza il cibo che gli viene fornito dal ruminante quando trasforma il rumine in una sostanza digeribile per il ruminante.

La predazione

La predazione è un'interazione tra due individui, dove uno, il predatore, attacca l'altro, la preda, e la preda è viva al momento dell'attacco ma muore dopo essere stata attaccata. I predatori possono essere mobili, come il leone o la gazzella, oppure possono essere sedentari come il ragno che aspetta la preda sulla ragnatela. La predazione ha degli effetti positivi sia sulla popolazione del consumatore che sulla popolazione della preda. Questo perché la popolazione del predatore acquisirà dall'attacco molta più energia da consumare, e di conseguenza aumenterà le capacità riproduttive, di sopravvivenza e aumenterà il numero di discendenti per ogni femmina. Per quanto riguarda invece la popolazione della preda, sebbene la predazione sia un'interazione negativa a livello individuale per la morte dell'individuo, la predazione ha un effetto positivo sulla popolazione, perché, in accordo con le altre popolazioni, mantiene la popolazione al di sotto di un certo numero e aumenta così la resa della popolazione stessa.

La competizione

La competizione è un'interazione tra due organismi, popolazioni, che utilizzano la stessa risorsa limitata ma rinnovabile. Cosa vuol dire? Due organismi devono usufruire della stessa risorsa che è limitata e con risorsa si intendono molte cose, dal territorio, al cibo, alla luce, al partner sessuale.

La competizione però è un'interazione tutto sommato negativa, sia per l'individuo che vince sia per quello che perde, perché competere per un organismo significa usufruire di molte energie, che di conseguenza vengono sottratte per la riproduzione, l'accrescimento e alla fine compromette la sopravvivenza.

Negli anni sono state fatte molte classificazioni per la competizione. La prima da fare è sicuramente tra competizione intraspecifica, ossia due individui della stessa specie competono per qualcosa, e interspecifica, ossia quando la competizione avviene tra due individui di specie diverse. In questo caso la differenza sta nell'effetto. L'effetto della competizione intraspecifica è densità dipendente, ossia la competizione si avvia mano a mano che la densità aumenta a causa di una limitata disponibilità di risorse, questo significa che la competizione è in grado di regolare le dimensioni di una popolazione.

Per quanto riguarda invece la competizione interspecifica non è densità dipendente, ma è in grado di ridurre la capacità portante dell'ambiente, ossia il numero massimo di individui che un ambiente può supportare in base alla quantità di risorse disponibili. Ovvero ad una minor disponibilità di risorse possono essere sostituiti un maggior numero di individui di una o dell'altra popolazione.

Un'altra classificazione è quella di Park del 1962 dove classificava: Competizione per exploitation, ossia una competizione senza interferenza diretta tra individui, ove un individuo consuma le risorse che servono anche all'altro individuo, in modo che l'altro sia costretto a cambiare sito per procurarsi la stessa risorsa. Competizione per interferenza, dove invece c'è un'eliminazione diretta di un individuo da parte di un altro dal sito che occupa.

La classificazione di Shoener invece evidenzia i modi di competizione: consumo, prelazione, territorialismo, meccanismi chimici, scontro diretto/lotta. Un'ultima classificazione è di Philips del 1955 dove afferma che la competizione può essere: Imperfetta, dove non c'è esclusione competitiva, ma quando due individui o due specie hanno sovrapposizione di nicchia riescono comunque a sopravvivere entrambe. Perfetta quando si ottempera il principio di esclusione competitiva, quindi una specie viene eliminata dal sito che occupa, quindi in quel sito o c'è una specie o c'è l'altra. Imperfetta quando una specie compete e elimina l'altra producendo delle tossine, delle sostanze tossiche, che fanno in modo che nessun'altra specie riesca a colonizzare quel sito, e è chiamata anche competizione chimica o allelopatia.

La competizione come agente selettivo

• Fecondità
• Accrescimento
• Sopravvivenza

Quindi interferisce con la dinamica di popolazione e condiziona l’accrescimento e la distribuzione.

La popolazione e le sue caratteristiche statistiche

Caratteristiche statistiche (attributi di gruppo) di una popolazione sono:

• Densità
• Natalità, mortalità
• Curve di accrescimento
• Curve di sopravvivenza
• Distribuzione nello spazio
• Distribuzione in classi d’età

La popolazione e le sue caratteristiche statistiche

La popolazione è il primo livello di organizzazione oggetto di studio degli ecologi e rappresenta l'insieme degli individui di una stessa specie che vivono nella stessa area e che sono tra loro interfecondi. Le caratteristiche di una popolazione possono essere genetiche, come la fitness riproduttiva, il valore adattativo e la capacità di persistenza della popolazione nel sito. E presenta anche delle caratteristiche statistiche che sono:

Densità: la densità indica il numero di individui, calcolato come biomassa, in un'unità di spazio, e più propriamente in ecologia la biomassa calcolata per unità di spazio realmente utilizzata. La densità ha molta importanza sulla crescita, riproduzione e sopravvivenza della popolazione in quanto presenta due limiti, uno superiore e uno inferiore. Il limite superiore determina il budget energetico di cui l'ambiente dispone, al di sopra del quale la popolazione non può più aumentare, il limite inferiore invece è più complicato da identificare. Quando la popolazione ha una densità che è pari a K, ossia pari alla capacità portante dell'ambiente, la capacità riproduttiva pro capite è pari a zero, cioè non c'è più posto per nuovi individui, e verranno solamente sostituiti gli individui che muoiono. A densità più basse invece la capacità riproduttiva cresce in modo proporzionale all’abbassamento della densità, fino al limite inferiore, spiegato dal principio di Allee, che afferma che quando la densità della popolazione è troppo bassa la capacità riproduttiva si abbassa notevolmente, a causa di una troppa dispersione degli individui nell'ambiente.

Piramidi di età, con particolare attenzione a quelle umane

La distribuzione in classi di età dà una visione della popolazione in cui sono inseriti tutti gli individui della popolazione che la compongono classificati in base alla loro età. Questa divisione permette di fare delle previsioni sia sulla dinamica attuale della crescita della popolazione ma anche di prevedere come crescerà la popolazione nelle generazioni future. La distribuzione in classi di età è quindi in grado di determinare la capacità riproduttiva di una popolazione, dando valore sul potenziale bioetico della popolazione. Per formalizzare questa distribuzione vengono utilizzate delle piramidi, in cui alla base sono presenti gli individui in età pre-riproduttiva, nel mezzo quelli in età riproduttiva e sulla cima sono presenti gli individui in età post-riproduttiva.

Dando uno sguardo alle piramidi di età umane, quindi con individui alla base che vanno da 0-14 anni, nel centro da 15 a 44 anni e in cima individui dai 45 anni in su si vedono diversi scenari. Può esserci una piramide a base molto larga che si restringe mano a mano che sale. Questa è una popolazione in crescita perché sono molto maggiore gli individui in età pre-riproduttiva e riproduttiva rispetto agli individui più anziani. Si può avere una piramide con una base un po’ più stretta ma con sempre un numero maggiore di giovani rispetto agli anziani. In questo caso la popolazione si vede in crescita ma molto più lenta della precedente. Una piramide con stessa larghezza tra le tre classi di età, quindi un numero uguale tra giovani e anziani significa che la popolazione è ferma, che non cresce, quindi la crescita della popolazione è pari a zero. Un'ultima piramide è quella a base stretta che si allarga salendo di età. In questo caso sono maggiori gli individui anziani rispetto a quelli giovani in età riproduttiva e pre-riproduttiva, e significa che la popolazione ha una crescita negativa, quindi andrà mano a mano decrescendo.

Le curve di accrescimento delle popolazioni

Le curve di accrescimento sono dei modelli stipulati per descrivere la modalità con cui una popolazione cresce nel suo ambiente naturale. Sono state riconosciute due curve di accrescimento: un accrescimento esponenziale con curva a J, e un accrescimento sigmoide con curva a S. L'accrescimento esponenziale presenta questa curva fatta secondo un modello esponenziale, dove presenta una prima fase di latenza dove la popolazione cresce poco e lentamente, ma che dopo essere arrivata ad un certo numero i componenti inizia a crescere in modo esponenziale, raddoppiando i loro individui ad ogni ciclo, crescendo così in modo rapidissimo. La funzione che rappresenta questo modello è rN, la quale indica la variazione del numero di individui in base al loro potenziale biotico. Cosa accade però alla fine di questa crescita? La popolazione arriverà ad un certo punto in cui non crescerà più, perché l'ambiente non riuscirà più a sostenere una tale capacità di popolazione e di conseguenza si assisterà ad una scarica di densità dove la popolazione verrà drasticamente diminuita. La crescita esponenziale è propria di individui di piccola taglia, dove l'energia è utilizzata per creare un gran numero di discendenti e nessuna parte di energia è utilizzata per altre funzioni.