Ecologia

ETEROTROFI E AUTOTROFI

In base al ruolo che svolgono i vari organismi per usare le varie risorse questi si dividono in

autotrofi ed eterotrofi.

Gli autotrofi si dividono in foto e chemio autotrofi, sulla base dell’energia che utilizzano per fissare

l’anidride carbonica, i fotoautotrofi trasformano l’energia solare in chimica; i chemio autotrofi

trasformano le sostanze inorganiche in organiche.

Le forme di energia radiante e chimica utilizzate dagli autotrofi sono trasformate in energia dei

legami carbonio-carbonio. La stragrande maggioranza della produzione avviene attraverso la

fotosintesi, sebbene la chemiosintesi sia fondamentale per alcuni batteri coinvolti nei cicli dei

nutrienti e in alcuni ecosistemi peculiari. Alcuni chemio autotrofi (in tabella 5.1)

Processo dei chemio autotrofi:

1. Sottrazione di elettroni da composti

inorganici ridotti che quindi si ossidano

2. Gli elettroni sono utilizzati per produrre due

composti ad elevata energia: ATP (adenosina

trifosfato) e NADPH (nicotinammide-adenin-

dinucleotide fosfato)

3. L’energia contenuta in ATP e NADPH viene

utilizzata per immagazzinare il carbono contenuto

nella CO2 atmosferica in composti organici

(processo identificato come fissazione del carbonio

attraverso il ciclo di Calvin un po’ diverso dalla fotosintesi) PAGINA 29

4. I composti organici prodotti saranno utilizzati per soddisfare altre esigenze energetiche per

la biosintesi (formazione di altri composti, membrane, organelli, tessuti).

Prima del 1650, si credeva che le piante ottenessero dal suolo le materie necessarie alla crescita.

Van Helmont organizzò un esperimento:

Tempo 0:

Pianta (2,3 kg) Suolo (91 kg)

Innaffiata solo con acqua piovana

Dopo 5 anni:

Pianta (74 kg) Suolo (90,94 kg)

Conclusioni: L’aumento di peso della pianta è dovuta all’acqua assorbita. Le conclusioni erano

sbagliate, ma gettarono le basi per la comprensione del fatto che la CO2 atmosferica era la

responsabile dell’aumento di peso. L’ esperimento mise in evidenza il ruolo della Co2.

Il processo fotosintetico è articolato in due fasi principali:

La prima fase o fase luminosa (400-700nm) - in cui si ha cattura della radiazione e fotolisi

dell’acqua da cui si ottengono elettroni per ridurre NADP a NADPH e per formare ATP. Le foglie

appaiono verdi perché assorbono tutti i colori tranne il verde, mentre alcune piante hanno

pigmenti accessori che fanno assorbire la luce a diverse lunghezza d’onda.

La seconda fase o fase oscura – in cui si ha la fissazione di CO2 e la sintesi di zuccheri. PAGINA 30

Fase oscura

Eterotrofi

La materia organica che fornisce energia agli eterotrofi include:

1. Organismi vivi (erbivori, carnivori)

2. Organismi morti (decompositori)

3. Detrito

L’acquisizione della sostanza organica è associata a tre momenti fondamentali:

a. Ricerca b. Ottenimento del cibo c. Assorbimento di energia e sostanze.

A seconda della materia che mangiano, gli eterotrofi producono una diversa quantità di energia.

Gli eterotrofi trasformano l’energia incorporata nella materia organica in energia chimica

utilizzabile attraverso processi come la respirazione che libera ATP. L’energia che l’eterotrofo può

utilizzare dipende anche da quanta ne consuma per la ricerca e l’ottenimento ma anche dalla

qualità della materia organica assunta. Es. lombrichi nel suolo e predatori si differenziano molto.

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Le fibre (ricche di carboidrati complessi come

cellulosa o lignina), a differenza dei carboidrati

semplici, delle proteine e dei lipidi, sono considerate

di scarsa energia a causa della loro struttura e

dell’impossibilità di molti eterotrofi di scinderle in

composti utilizzabili.

I tessuti animali sono generalmente più ricchi di

energia di quelli vegetali, in quanto questi ultimi

presentano un’elevata frazione di fibre.

STRATEGIE DI ASSUNZIONE DI CIBO NEGLI ETEROTROFI

I batteri possono essere immersi nel loro cibo e assorbirlo attraverso la membrana cellulare;

spesso liberano all’esterno un’enorme varietà di enzimi (extracellulari) che degradano diverse

sostanze organiche operando una digestione esterna.

Gli insetti possiedono un apparato boccale molto diversificato e che riflette la diversità delle fonti

di cibo (detrito, piante, animali). Le mosche hanno apparato boccale con parti “spugnose” che

emettono saliva che inumidisce il cibo e parti che consentono l’assorbimento e l’ingerimento del

cibo. Le zanzare hanno apparato boccale succhiatore che consente di estrarre i fluidi della loro

fonte d cibo.

Gli uccelli possiedono un becco che mostra morfologie diverse che riflettono la moltitudine di

modi in cui catturano, manipolano e consumano il cibo. PAGINA 32

Gli erbivori, ingerendo cibo di scarsa qualità energetica, possiedono tratti digestivi più lunghi

rispetto a quelli dei carnivori per aumentare il tempo di digestione e la superficie di assorbimento.

Talvolta, sono coprofagi (re-ingeriscono le feci), aumentando l’assorbimento di vitamine.

Spesso, ospitano batteri simbionti che aumentano l’efficienza di assimilazione. Essi contengono

enzimi che ad esempio digeriscono la cellulosa.

PRODUTTIVITÀ

La produttività è la velocità con la quale si produce nuova sostanza organica.

La produttività primaria lorda (PPL) è la velocità totale di fotosintesi, compresa la materia

organica usata per la respirazione durante il periodo di misura. Quanto veloce è stata la fotosintesi.

La produttività primaria netta (PPN) è la velocità di immagazzinamento della materia organica

prodotta, al netto di quella usata per la respirazione (R) dalla pianta stessa durante il periodo di

misura (PPL=PPN+R). Diagramma di flusso che mostra l'allocazione dell‘ energia

per opera delle piante. I costi metabolici della biosintesi

del mantenimento dei tessuti rappresentano energia

perduta attraverso la respirazione e quindi non disponibile

per i livelli trofici superiori.

La quantità di sostanza organica che resta al netto della

respirazione si definisce produttività primaria netta, che è

visibile perché è quella che resta all’interno della biomassa

vegetale.

La produttività netta della comunità è la velocità di

immagazzinamento della materia organica non utilizzata

dagli eterotrofi (cioè la produzione primaria netta meno il

consumo degli eterotrofi) durante il periodo di studio.

La produttività secondaria è la velocità di immagazzinamento dell’energia a livello dei

consumatori. PAGINA 33

Componenti

principali di un ecosistema in un campo.

L’energia viene usata e convertita, si assorbe Co2, si formano carboidrati, si libera O2, la sostanza

organica viene mangiata dagli erbivori etc. (vedi ciclo della materia).

Componenti principali di un ecosistema di acqua dolce.

La differenza tra ecosistema terrestre e marino è la disposizione e distribuzione degli organismi

eterotrofi e autotrofi. Nell’ambiente marino, gli eterotrofi si trovano in tutta la colonna d’acqua,

ma il ciclo è lo stesso. Le sostanze decomposte dai decompositori possono risalire nella parte

superficiale del corpo idrico (in primavera e autunno) tramite mescolamento delle acqua. Durante

l’estate e l’inverno, le sostanze si stratificano per la densità dell’acqua. PAGINA 34

RIMESCOLAMENTO DELLE ACQUE O TERMOCLINO

Il termoclino è lo strato di transizione tra lo strato rimescolato di superficie e lo strato di acqua

profonda in corpi idrici profondi come oceani, mari e laghi. Le definizioni di questi strati sono

basate sulla temperatura. Lo strato di rimescolamento (mixed layer) è vicino alla superficie, dove la

temperatura è costante ed approssimativamente pari a quella dell'acqua di superficie. Nello strato

di termoclino, la temperatura diminuisce rapidamente dal valore assunto nello strato di

mescolamento a quello corrispondente alla temperatura dell'acqua profonda, che è stabile nel

corso dell'anno perché troppo profonda per poter essere influenzata dalla radiazione solare. Il

termoclino rappresenta quindi la zona di transizione tra lo strato superficiale e quello profondo.

Sotto il termoclino la temperatura rimane costantemente bassa. La repentina variazione di densità

costituisce uno sbarramento per la diffusione dei nutrienti quando le acque più calde galleggiano

sopra quelle più fredde. In inverno accade invece che le acque superficiali possono scendere a

temperature inferiori a quelle dello strato profondo, che sono costanti e si scostano di pochi gradi

dallo zero negli oceani. Quando ciò accade quelle profonde tendono a risalire perché meno dense,

ed in questa risalita trascinano verso l'alto i nutrienti, di cui sono ricche. Al contrario, quelle

superficiali tendono a scendere portando in profondità l'ossigeno, di cui sono ricche per effetto del

continuo contatto con l'atmosfera.

Senza l’ossigeno nessun organismo potrebbe vivere sott’acqua.

GRAFICO DELL’ENERGIA DI ODUM

Tramite il grafico vediamo qual è il destino dell’energia una volta che entra nel sistema in un livello

trofico.

L’energia che entra tramite l’input, viene assimilata in parte (organicazione, trasformazione dei

composti inorganici in composti organici), la restante parte no. Dell’energia assimilata una parte

viene respirata (vedere produzione primaria netta e lorda). Dell’assimilato, quello che è al netto

della respirazione va a formare la produzione quindi A = B+R.

L’energia assimilata viene suddivisa per l’accrescimento, per lo stoccaggio e una parte di questa

verrà escreta. Se volessimo mettere un livello trofico di seguito ad un altro notiamo che

dell’energia che arriva al primo livello trofico, soltanto una parte arriva all’ultimo livello, proprio

per continue perdite da un passaggio all’altro. All’interno di un sistema non possono essere

mantenute in esse più di 3-4 livelli trofici perché l’energia che arriva alla fine sarebbe insufficiente

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per un ulteriore livello trofico. Nell’ambiente acquatico la quantità di energia a passare dal primo

livello al secondo è molto più alta rispetto all’ambiente terrestre, questo perché dipende dalla

quantità di biomassa vegetale, e in acqua c’è abbondanza di fitoplancton che non ha strutture di

mantenimento in cui viene persa energia per lo stoccaggio, dato che sono unicellulari, a differenza

ad esempio degli alberi, di cui vengono consumate solo foglie, frutti e semi.

Negli autotrofi l’energia assimilata (A) è la fotosintesi lorda o produzione primaria lorda. Negli

et