Ecologia

Ecologia: la rete della vita

Concetti chiave

• Gli eventi del mondo naturale sono interconnessi.
• L'ecologia è la scienza che studia le interazioni tra gli organismi e il loro ambiente.
• Gli ecologi valutano le diverse ipotesi relative ai sistemi naturali attraverso osservazioni, esperimenti e modelli.

Malformazioni e declino delle popolazioni di anfibi

1995, Minnesota: un gruppo di studenti riscontra che 11 delle 22 rane leopardo (Rana pipiens) che avevano trovato erano gravemente malformate.

Questa scoperta stimolò gli scienziati a verificare la presenza di deformità in altre parti del paese: furono trovati in 46 stati degli Stati Uniti e in più di 60 specie di rane, salamandre e rospi. Nel 1980 si evidenziò che a livello globale le popolazioni di anfibi sembravano essere in declino.

Nel 1993 fu segnalata una diminuzione in termini di abbondanza e pericolo di estinzione per oltre 500 popolazioni di rane e salmandre.

Gli anfibi vengono considerati indicatori biologici: hanno la pelle permeabile e le loro uova non presentano gusci o rivestimenti protettivi. La maggior parte di essi trascorre parte della vita in acqua e parte in terra.

Queste tre condizioni espongono gli anfibi ad una vasta gamma di potenziali minacce nell'ambiente: inquinamento dell'aria e dell'acqua, cambiamenti di temperatura e quantità di luce ultravioletta. Il declino di una popolazione in un dato luogo potrebbe indicare un peggioramento delle condizioni ambientali locali.

Gli esseri umani esercitano un enorme impatto sul nostro pianeta: le nostre attività hanno trasformato quasi la metà della superficie terrestre e hanno modificato la composizione dell'atmosfera con conseguente cambiamento climatico globale.

Abbiamo inoltre introdotte molte specie in nuove aree. Per questo è importante prendere in considerazione i sistemi naturali, che sono il risultato dei modi in cui gli organismi interagiscono tra loro e con il loro ambiente fisico. L'ecologia è lo studio scientifico di come gli organismi influenzano altri organismi e il loro ambiente.

Connessioni in natura

Gli eventi del mondo naturale sono interconnessi. Tutti gli organismi sono collegati alle funzionalità del loro ambiente (tutti hanno bisogno di cibo, spazio e altre risorse).

Interagiscono quindi con altre specie e con l'ambiente fisico per ottenere ciò di cui hanno bisogno per vivere. Anche le specie che non interagiscono direttamente tra loro possono essere collegate indirettamente dalle caratteristiche comuni del loro ambiente.

Ruolo dei parassiti (Ribeiroia)

Pieter Johnson effettuò un esperimento controllato in cui un gruppo sperimentale (con malformazioni) era confrontato con un gruppo controllo (senza malformazioni).

Scoprirono che quanto più il numero di parassiti aumentava, tanti meno girini sopravvivevano alla metamorfosi e tanti più sopravvissuti presentavano malformazioni. Il parassita Ribeiroia poteva causare malformazioni nelle rane. I parassiti potevano contribuire al declino numerico degli anfibi.

Esperimento di campo (pesticidi e parassiti)

Alcuni ricercatori sospettavano che altri fattori avrebbero potuto scatenare le malformazioni, come per esempio i pesticidi. Per esaminare i possibili effetti congiunti di pesticidi e Ribeiroia, Joseph Kiesecker condusse un esperimento di campo:

• Prese 6 laghetti, 3 contaminati da pesticidi e 3 non contaminati. Prese 6 gabbie, 3 in cui poteva entrare il parassita e 3 in cui non riusciva ad entrare. Nei laghetti contenenti i pesticidi fu riscontrata una maggiore percentuale di rane malformate rispetto a quelle prelevate dai laghetti incontaminati.

Conclusioni: affinché si manifestassero malformazioni era necessaria l'esposizione a Ribeiroia e quando le rane venivano esposte al parassita, le malformazioni erano più numerose nei laghetti contaminati.

Ipotesi: i pesticidi potevano diminuire la capacità delle rane di resistere alle infezioni da parassiti. Per verificare se i pesticidi avevano questo effetto analizzò i girini in laboratorio, alcuni furono allevati in ambienti con pesticidi e altri senza, ma tutti esposti da Ribeiroia. I girini esposti ai pesticidi presentavano un minor numero di globuli bianchi, ovvero una soppressione del sistema immunitario.

Aumento della frequenza delle malformazioni

I primi pesticidi sono comparsi nel 1930 e il loro uso è aumentato notevolmente nel tempo. L'uso di fertilizzanti spesso stimola una maggiore crescita delle alghe che sono risorsa alimentare delle lumache che ospitano il parassita Ribeiroia. Questo è un esempio di come gli eventi nel mondo naturale sono strettamente collegati tra loro.

Quando l'uomo altera un aspetto ambientale è in grado di causare altri cambiamenti che non sono immaginabili o prevedibili. Inoltre alcuni cambiamenti che stiamo apportando all'ambiente a scala locale e globale sembrano aver aumentato i rischi per la salute umana: AIDS, la malattia di Lyme, sindrome polmonare da hantavirus, Ebola, virus “West Nile”.

Cos'è l'ecologia

È la scienza che studia le interazioni tra gli organismi e il loro ambiente.

Gli ecologisti riconoscono che i sistemi naturali non necessariamente tornano al loro stato di equilibrio dopo un disturbo e che le perturbazioni apparentemente casuali svolgono un ruolo importante in natura. Specie diverse spesso rispondono in modo diverso al mutare delle condizioni. Gli eventi in natura sono interconnessi: una variazione in una parte di un sistema ecologico può alterare altre parti di tale sistema.

L’ecologia cerca di capire

1. Come interagiscono gli organismi con i fattori viventi e non viventi che li circondano.
2. Di cosa hanno bisogno gli organismi per sopravvivere e prosperare nei loro ambienti attuali.
3. Esaminando il funzionamento degli ecosistemi, gli ecologi possono anche studiare cosa succede quando gli ecosistemi non funzionano normalmente. I cambiamenti negli ecosistemi possono derivare da molti fattori diversi, tra cui malattie tra gli organismi che vivono nell'area, aumenti di temperatura, attività umane. Comprendere questi cambiamenti può aiutare ad anticipare le sfide ecologiche future, informare altri scienziati e responsabili politici sulle sfide che devono affrontare i loro ecosistemi e come utilizzare le risorse della Terra in modo da lasciare l'ambiente salutare per le generazioni future.

Scale ecologiche

Gli ecologi devono scegliere la dimensione più adeguata o la tipologia di scala, sia temporale che spaziale:

1. Spaziale piccola: misurazioni valutate su scala da cm a m (microrganismi).
2. Spaziale grande: per esempio per una valutazione sugli inquinanti atmosferici.
3. Temporale breve: da secondi a ore (risposta delle foglie alla variazione di luce).
4. Temporale lunga: da secoli a millenni o più (studi che usano dati fossili).

Livelli di organizzazione in uno studio

Gli studi ecologici di solito enfatizzano uno o più dei seguenti livelli:

• Individuo: il sistema vivente di base, un raggruppamento funzionale dei componenti viventi di livello inferiore, tra cui almeno una cellula.
• Popolazione: gruppo di individui della stessa specie che vivono in una particolare area geografica e interagiscono tra loro.
• Comunità: insieme di più popolazioni appartenenti a specie diverse che vivono nella stessa area. ...Gli studi ecologici a livello di popolazione e comunità spesso esaminano non solo gli effetti della componente biotica (vivente) ma anche quelli della componente abiotica (fisica).
• Ecosistema: comunità di organismi più l'ambiente fisico in cui essa vive.
• Bioma: un gruppo di ecosistemi che hanno lo stesso clima e comunità dominanti simili.
• Paesaggi: aree che variano notevolmente da un luogo a un altro, generalmente includenti diversi ecosistemi.
• Biosfera: costituita da tutti gli organismi della Terra e gli ambienti in cui essi vivono.

Terminologia

1. Evoluzione: può essere definita come un cambiamento nelle caratteristiche genetiche di una popolazione nel tempo o una discendenza modificata, processo attraverso il quale gli organismi accumulano gradualmente differenze rispetto ai loro progenitori.
2. Adattamento: caratteristica o insieme di caratteristiche presentate da un organismo per migliorare le sue capacità di sopravvivere o di riprodursi nel suo ambiente.
3. Selezione naturale: gli individui con particolari caratteristiche tendono a sopravvivere e a riprodursi con un tasso superiore a quello di altri individui. Se le caratteristiche selezionate sono ereditabili, la prole degli individui favorita dalla selezione naturale tenderà a presentare le stesse caratteristiche vantaggiose.
4. Produttore: organismo che può produrre il proprio cibo utilizzando una fonte di energia esterna, senza dover mangiare altri organismi o loro resti.
5. Consumatore: organismo che ricava la sua energia mangiando altri organismi o resti.
6. Produzione primaria netta (PPN): quantità di energia persa sotto forma di calore metabolico nella respirazione cellulare.
7. Ciclo del nutriente: movimento ciclico di un nutriente tra gli organismi e l'ambiente fisico. L'energia si muove attraverso gli ecosistemi in un'unica e sola direzione e non può essere riciclata. I nutrienti invece, vengono riciclati dall'ambiente fisico agli organismi.

Esperimenti e modelli

Gli ecologi valutano le diverse ipotesi relative ai sistemi naturali attraverso osservazioni, esperimenti e modelli. In un esperimento ecologico, un ricercatore modifica una o più caratteristiche ambientali e osserva gli effetti di tale cambiamento. Gli esperimenti includono sia un gruppo di controllo (non soggetto a modificazioni) che uno più sperimentali. Gli ecologi hanno una serie di tipologie e scale da scegliere: studi di laboratorio, studi in campo e studi in campo su larga scala.

In alcuni casi risulta difficile o impossibile effettuare un esperimento in modo adeguato (grandi regioni geografiche su lunghi periodi). Un esempio è quello del riscaldamento globale: i dati della temperatura mostrano un riscaldamento globale ma la futura entità e gli effetti di questo rimangono incerti. Queste difficoltà devono essere affrontate con una combinazione di studi basati su osservazioni, esperimenti e approcci quantitativi (matematici e informatici). Il termine “cambiamento climatico” si riferisce a un cambiamento direzionale del clima che si sta verificando da più di 30 anni. Il clima influisce su molti aspetti ecologici: crescita e sopravvivenza degli individui, interazioni tra membri di specie diverse e abbondanza di esse.

Progettazione di esperimenti ecologici

I livelli differenti del fattore che viene valutato sono spesso indicati come trattamenti differenti. La progettazione di molti esperimenti ecologici comprende 3 ulteriori passi: la replicazione, l'assegnazione casuale dei trattamenti e le analisi statistiche. Le prime due vengono usate per ridurre la possibilità che le variabili che non sono sotto il controllo dello sperimentatore influenzino i risultati dell'esperimento. Le analisi statistiche vengono usate per valutare la misura in cui i risultati dei diversi trattamenti differiscono l'uno dall'altro.

L'attività umana svolge un ruolo importante nella salute degli ecosistemi di tutto il mondo

La plastica è un aspetto onnipresente della vita umana ed è un indicatore dell'attuale, nuova era geologica: l'Antropocene.

La produzione, l'uso e lo smaltimento su larga scala della plastica fanno sì che l'inquinamento da plastica sia diventato uno dei problemi ambientali globali più problematici.

Le plastiche sono un substrato persistente, inerte, idrofobo, organico e trasportabile a lunga distanza che può essere colonizzato da microrganismi.

Il sistema ecologico risultante, caratterizzato da diversi microrganismi prosperando all'interno della matrice plastica, è comunemente nota come “PLASTISFERA”.

Gli organismi e il loro ambiente

L'ambiente fisico/chimico

L'ambiente fisico è il fattore determinante per stabilire dove gli organismi possono vivere, le risorse disponibili e la velocità con cui le popolazioni possono crescere.

L'ambiente fisico comprende il clima, l'aria, l'acqua e il suolo (substrato, acqua e sostanze nutritive).

La comprensione dell'ambiente fisico è la chiave per comprendere tutti i fenomeni ecologici e i cicli