Modulo di Ecologia

Storia dell'ecologia (1) ڵڼڹڽ)

Dopo la divisione di Linneo (ڵڻڴڴ) seguirono gli studi di Charles Darwin ("L'Origine delle specie") e di Gregor Mendel, i quali rivoluzionarono la visione della Biologia.

ڵڼںڽ Nel Ernst Haeckel (biologo tedesco) avanzò la proposta del termine ecologia.

ڵڽڻڻ Nel Karl Mobius (zoologo tedesco) descrisse i banchi di ostriche, introducendo il termine biocenosi (=associazioni di animali e piante).

ڵڼڽڼ Nel Clements (botanico statunitense), a 18 anni, pubblicò "The Phytogeography of Nebraska", in collaborazione con un altro botanico.

ڵڼڽڹ, Nel Eugenius Warming (botanico svedese) pubblicò "Oecology of Plants" (primo testo universitario presentante la parola "ecologia" nel titolo) in cui introdusse la scala temporale nella descrizione della associazioni vegetali, introducendo per la prima volta il termine di climax.

ڵڽڴڸ, Nel Clements pubblicò "The Development and Structure of Vegetation", mentre nel 1916 pubblicò "Plants Succession".

In contemporanea a Clements, Charles Adams e Victor Shelford (zoologi americani) concentrarono i loro studi sulle comunità di animali, in particolare su molluschi di acque dolci e scarabei, inoltre Charles Adams si dedicò all'American Ecology Society, mentre Victor Shelford, in collaborazione con Clements, scrisse "Biology-Ecology" (1939), descrivendo i biomi.

Fino a questo punto di storia ci furono dei notevoli progressi nella descrizione degli ecosistemi ("chi c'è") ma ancora non si erano intuite le basi del loro funzionamento.

Elton (zoologo inglese) arrivò a comprendere le relazioni funzionali nelle varie comunità ("chi fa cosa") dove è emerso che la relazione più evidente è il "che cosa mangia" e il "da chi è mangiato".

Studiando le catene alimentari artiche, introdusse il concetto di piramide trofica basato sui numeri (1 orso, tante foche, moltissimi pesci, innumerevoli piccoli crostacei e una miriade di organismi vegetali microscopici).

ڵڽڶڻ Nel scrisse "Animal Ecology" dove ogni organismo rientrava in una complesso di relazioni funzionali: si domandò cosa potesse succedere alla fine della vita di un organismo ed intuì che il processo di disgregazione degli organismi andava a restituire una serie di elementi minerali per i vegetali, andando così a creare una sorta di ciclo perpetuo (cicli biogeochimici).

Ma come si può adattare le piramidi dei numeri (piramidi trofiche) alle foreste? La risposta la si trova nelle piramidi della biomassa.

Ma anche queste piramidi, in alcuni casi, si rovesciano (es. la biomassa del fitoplancton in determinate condizioni è minore di quella dello zooplancton).

Hardy (zoologo inglese) studiò per 3 anni i contenuti stomacali delle aringhe del mare del nord: notò che la dieta cambia con l'età e con la disposizione alimentare. Nel ڵڽڶڸ pubblicò una dettagliata descrizione della rete alimentare che presenta l'aringa del mare del nord.

La conservazione di una risorsa richiede la conservazione di una rete complessa di relazioni, detta rete alimentare.

Ma ancora non si sapeva bene chi sostenesse le reti alimentari e come queste funzionassero.

ᇱ ڶڴ Negli anni Vito Volterra e Alfred Lotka descrissero matematicamente l'andamento delle popolazioni di predatori nei confronti delle prede. In Elements of Physical Biology intuì che l'energia solare, oltre ad essere il motore del mondo fisico (venti, correnti) era anche il motore delle comunità vegetali ed animali. Però, a quei tempi, non si sapeva ancora chiaramente che l'energia, la temperatura e l'umidità fossero il motore degli ecosistemi.

ڵڽڷڹ Solo nel Sir Arthur George Tansley (botanico inglese) intese con ecosistema l'unità fondamentale dell'ecologia, partendo dal presupposto che le piante interagiscono tanto con il mondo animale quanto con il suolo motore degli ecosistemi.

ڵڽڷڹ Solo nel Sir Arthur George Tansley (botanico inglese) intese con ecosistema l'unità fondamentale dell'ecologia, partendo dal presupposto che le piante interagiscono tanto con il mondo animale quanto con il suolo ed il mondo inorganico in generale (sistema casa).

Per scoprire il "segreto" degli ecosistemi, alla fine degli anni 'ڷڴ, Raymond Lindeman studiò il lago Cedar Bog (Minnesota, USA): divise gli organismi i autotrofi e eterotrofi e capì che tutto è mantenuto dall'energia solare che alimenta gli autotrofi (produttività primaria), la quale si trasmette nella catena alimentare e poi si dissipa come calore attraverso la respirazione di tutti gli organismi.

Lindeman morì a 27 anni, prima della pubblicazione di The Trophic-dynamic Aspect of Ecology, che uscì grazie all'aiuto di Evely Hutchinson.

A questo punto si può considerare svelato il funzionamento delle comunità vegetali e animali: esse, infatti, rispondono alle leggi della fisica (termodinamica).

L'eredità di Lindeman fu accolta da Eugene Odum, il quale propose per la prima volta un corso di ecologia, pubblicò Fundamentals of Ecology (ڵڽڹڷ) e fondò l'Istituto di Ecologia nella propria università.

A questo punto l'ecologia viene considerata una vera scienza!!

L'ecologia comprende:

• Rinaturalizzazione.
• Conservazione della natura.
• Ecofisiologia.
• Ecotossicologia.
• Etologia.
• Ecologia del paesaggio.

ڵڽڽڻ Nel entra in vigore il Protocollo di Kyoto.

Si tratta di un accordo internazionale per contrastare il riscaldamento climatico. Affinché questo trattato potesse entrare in vigore era necessario che venisse rettificato da non meno di ڹڹ nazioni e che tali nazioni complessivamente rappresentassero non meno del ڹڹܫ delle emissioni serra globali di origine antropica.

Entrò in vigore solamente nel ڶڴڴڹ.

ڶڴڵڹ Nel si tenne il Meeting di Parigi.

L'accordo di Parigi è un accordo tra gli stati membri della Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici riguardo alla riduzione dei gas serra a partire dall'anno 2020.

Ecosistema: definizione, tipologie e proprietà (2)

L'ecosistema è l'insieme della comunità biologica che vive in una data area e dell'ambiente fisico che la costituisce. Biogeocenosi. Ecosistema = associazione di piante ed animali in un ambiente fisico.

L'ecosistema presenta 2 importanti componenti:

• Componente biotica: produttori (piante, alghe e alcuni batteri), consumatori (organismi eterotrofi), decompositori (funghi e batteri).
• Componente abiotica: fattori ambientali (temperatura, pH, umidità), fattori multipli (clima), insieme di fattori multipli (condizioni pedo-climatiche).

Gli organismi oscillano nell'ecosistema e tale oscillazione viene definita come dinamica delle popolazioni.

I singoli fattori, temperatura, disponibilità idrica, pH, non agiscono da soli questo perché gli organismi rispondono ad una combinazione di tali singoli fattori.

Il clima è un fattore multiplo complesso che agisce sull'ecosistema: le comunità, però non dipendono unicamente dal clima (ad esempio si parla di condizioni pedoclimatiche per racchiudere sia le condizioni atmosferiche che quelle terrestri, è quindi una combinazione).

L'ecosistema è definito anche da 2 ulteriori componenti:

• Componente spaziale (confine di un ecosistema/dimensione) ossia è la distribuzione spaziale di un ecosistema (es. lago).
• Componente temporale (stato di un ecosistema).

Possono essere definiti:

• Microecosistemi (pozzanghere…).
• Mesoecosistemi (stagni, prati...).
• Macroecosistemi (biomi distribuiti per fasce climatiche).

Ossia le successioni ecologiche che interessano un ecosistema.

Anche in tempi relativamente brevi (tempi geologici e storici, in questo caso gli ecosistemi mantengono una condizione di climax) gli ecosistemi cambiano.

Alcuni ecosistemi invece restano invariati, altri sono caratterizzati da un enorme cambiamento (es. ghiacciai).

Con ecosistemi antropici si va ad intendere quegli ecosistemi che si trovano nelle zone colonizzate dall'essere umano (es. città): all'interno di tali ecosistemi esistono delle stabilità che sono mantenute in modo artificiale e anche qui si può identificare una sorta di climax.

Gli ecosistemi si differenziano per dimensione, fragilità e durata ma presentano comunque degli aspetti comuni:

• 1) Sistema aperto: quando si hanno scambi (in termini di energia e materiali) con l'esterno: quindi, se qualcosa entra nell'ecosistema poi esce.
• L'ecosfera è un sistema aperto poiché riceve energia dal sole ed emette energia infrarossa.
• 2) Componenti biotiche e abiotiche: quelle biotiche sono raggruppate in 3 gruppi che interagiscono tra loro.
• Organismi e ambiente interagiscono tra loro fino ad influenzarsi (es. selezione naturale).
• A) Produttori che sono in grado di usare l'energia inorganica (solare e chimica) e di trasformarla in energia organica, si trovano infatti alla base della catena alimentare.
• B) Consumatori che usano direttamente la sostanza organica viva.
• C) Decompositori che usano la sostanza organica come residuo organico, restituiscono poi le componenti inorganiche.
• 3) Flusso dell'energia che è unidirezionale e non si conserva (per la 2° legge della termodinamica), vi è quindi una dispersione termica: l'energia entra sotto forma di E. solare, poi viene trasformata in E. chimica, assorbita sotto forma di E. organica ed infine viene dispersa sotto forma di E. termica (calore) nell'ambiente.
• 4) Materiali: il loro ciclo è efficiente, vengono riutilizzati (cicli biogeochimici).
• Es. Le piante assorbono l'azoto che verrà utilizzato dagli animali per la formazione del legame peptidico: alla fine, i decompositori liberano nuovamente l'azoto sotto forma di minerale.
• In pratica, le sostanze subiscono un percorso, si muovono nei comparti ambientali venendo utilizzate e restituite al comparto successivo: durante tali cicli possono avvenire perdita materiali.
• 5) Presenza di meccanismi di controllo: grazie ad essi viene mantenuta una certa stabilità.
• Non si tratta di un controllo centralizzato esterno ma è interno e diffuso (sono gli stessi elementi dell'ecosistema ad essere controllati e a controllare: per esempio qualunque predatore controlla il numero delle prede e viceversa).
• 6) Tendenza alla stabilità: si seguono dei percorsi (climax) fino al raggiungimento della stabilità.
• Es. Una foresta in accrescimento che subisce una perdita, si ricostruisce velocemente.

La stabilità è data da 2 componenti:

• Resistenza (capacità di un sistema di evitare modifiche rispetto allo stato originario).
• Resilienza (capacità di un materiale di auto-ripararsi, quindi di recuperare).

I sistemi di controllo sono così efficienti da portare alla stabilità.

Maggiore è il recupero delle condizioni stabili a seguito di una perturbazione, minore sarà il valore della resilienza.

Il bosco presenta una resistenza elevata, la pozzanghera ha invece una resistenza bassa ma una resilienza elevata (riacquista le sue condizioni rapidamente).

Lo studio degli ecosistemi è molto complesso ma si può affrontare in due modi:

• Approccio olistico: utilizzato nell'ecologia funzionale.
• Si parla di proprietà emergenti.
• Descrivono i funzionamenti dell'ecosistema.
• Approccio meristico: utilizzato nell'ecologia descrittiva.
• Descrivono le componenti (biotiche e abiotiche) di un ecosistema in modo dettagliato.
• Scrivendo in un modo dettagliato si va alla perdita dell'unicità del tutto.
• Si parla di proprietà collettive.

La ipotesi Gaia di Lovelock e Margulis (ڵڽڻڽ) secondo tale ipotesi gli organismi tendono a determinare condizioni favorevoli alla vita e al loro mantenimento.

Descrizione di un ecosistema: stagno e prato (3-4)

Stagno a. (3)

Uso approccio meristico.

• È caratterizzato da uno specchio d'acqua di piccole dimensioni.
• Presenta una profondità bassa ed è per tale caratteristica che la vegetazione riesce a formarsi anche sul fondale, distribuendosi in tutto lo specchio d'acqua.

In tale ecosistema sono presenti organismi vegetali di grandi dimensioni: macrofite.

• Idrofite, eleofite: la parte superiore emerge dall'acqua.
• Igrofite: non sono in sommersione permanente, necessitano di elevata umidità.

1. Igrofite:

• Sono piante che si trovano nei pressi dello stagno, in zone dove l'acqua è abbondante così come l'umidità atmosferica.
• Hanno radici poco sviluppate, fusti allungati e foglie con lamina grande e cuticola sottile.
• Arundo donax (=canna comune) è una pianta perenne erbacea usata nella produzione di biocombustibile, cellulosa e bioetanolo.

2. Eleofite:

• Si trovano nell'ambiente di riva.
• Non sono del tutto legate all'acqua perché il fusto emerge in parte.
• Sfruttano l'apparato radicale come sostegno e per assorbire nutrimenti dal suolo.
• Anche se nei sedimenti si accumula molta sostanza organica, è difficile per la pianta assorbire i minerali, dal momento che spesso si creano situazioni di anossia che rallentano la decomposizione batterica e di conseguenza la mineralizzazione.

Per tale motivo hanno sviluppato dei canali aeriferi i quali giungono fino alla rizosfera (=porzione di suolo che circonda le radici) che viene ossidata grazie all'apporto di ossigeno da parte di questi canali: dunque si viene a creare un ambiente aerobico, favorevole alla mineralizzazione.

3. Idrofite:

• Si tratta di piante ampiamente differenziate.
• Gli organismi più primitivi sono rappresentati da alghe, careto e da altre piante che vanno a costituire il potameto (=fanerogame con fiori legate all'aria per la riproduzione).

Idrofite sommerse:

• L'apparato radicale ha la sola funzione di ancoraggio.
• Il fusto è sommerso.
• Assumono anidride carbonica nutrimenti dal fusto e dalle foglie attraverso gli stomi, i quali sono sempre aperti.
• L'unica limitazione è la luce: si trovano infatti in zone con fondale poco profondo e acque limpide dove arriva abbastanza energia solare.
• I fiori delle piante superiori escono dall'acqua e quindi si parla di colonizzazione secondaria dell'ambiente acquatico.

Idrofite flottanti:

• Si tratta di piante galleggianti che non presentano un ancoraggio fisso al fondale.
• I nutrimenti vengono assunti grazie ai filamenti immersi in acqua: hanno il vantaggio che la radiazione solare può essere assorbita direttamente dall'atmosfera ma queste piante possono essere facilmente spostate in posizioni non favorevoli.
• Ne fa parte il lamneto (es. lenticchia).
• Ne fa parte il nufareto (es. ninfee, esse hanno un apparato radicale ancorato al fondo ed un fusto sommerso, mentre foglie e fiori crescono in ambiente sub aereo. Assorbono nutrimento mediante fusto e foglie e hanno il duplice vantaggio di non dipendere dalla limpidezza dell'acqua e di avere una posizione stabile).

In tale ambiente non sono presenti solo organismi di grandi dimensioni ma anche di più piccole come il fitoplancton e lo zooplancton: alcuni si depositano sul fondo dove si ha la deposizione del detrito (risorsa alimentare. Vi sono anche esempi di alghe come il Pediastrum coloniale, si ha la presenza anche di piccoli organismi come le Daphnie e una grande varietà di artropodi (es. Ragni palombaro).

Lo stagno non è un ambiente favorevole ai pesci poiché le dimensioni non sono sufficienti da poter garantire loro lo sviluppo.

La fauna tipica di tale ambiente è composta da anfibi (salamandre, tritoni, rospi, rane…), rettili (tartarughe e serpenti) e talvolta si ha anche la presenza di uccelli (es. Falchi della palude).

Prato b. (4)

• Completamente terrestre.
• Più uniforme e molto più ampio.
• Si distinguono 3 livelli ognuno caratterizzato da una fauna e una flora tipica.

A. Ipergaion = parte aerea.

• È la porzione aerea della vegetazione quindi comprende fusti e gli organi riproduttivi delle piante.
• Per gli animali sono disponibili 3 fonti alimentari.

Linfa = soluzione acquosa, contenete zuccheri e nutrienti, che fluisce all'interno delle piante.

• Non è direttamente disponibile: gli insetti, che la sfruttano come fonte di nutrimento, hanno sviluppato apparati boccali perforanti e succhianti.
• Es. ne fanno uso gli Afidi e le Cicalidae: gli afidi vengono a loro volta predati dalle cocciniglie.

Organi riproduttori:

• Gli insetti che si nutrono di questi organi instaurano un rapporto mutualistico con la pianta, dove entrambi hanno gli effetti positivi della simbiosi.
• Es. impollinatori che si nutrono del nettare prodotto dalle piante appositamente per attirarli (l'ape mangia e poi, spostandosi di fiore in fiore, impollina andando a vantaggio così anche della pianta).

Organi vegetativi:

• (=foglie) di essi si nutrono molluschi o insetti come cavallette, coleotteri, lepidotteri o mammiferi erbivori.

B. Epigaion = zona di transizione (a livello del suolo) dove si accumulano tutti i composti organici provenienti dai livelli superiori.

È favorevole alla presenza di organismi poiché vi si trovano:

• Detrito vegetale (= fonte alimentare).
• Tessuti vegetali vivi.
• Resti animali.
• Feci.

C. Ipogaion = sottosuolo.

Inoltre si ha la presenza di animali detritivori o predatori (es. scolopendra e scutigera).

Si tratta di un ambiente protetto dagli agenti.