Ecologia - Appunti

Il termine Ecologia viene da oikos=casa, ambiente e logos=discorso e venne per la prima volta

coniato da Ernst Heinrich Haeckel (1834-1919), come “scienza dei rapporti dell’organismo con

l’ambiente”. Nel 1972 Krebs dà una definizione più precisa su cosa studia l’ecologia, egli definisce

l’ecologia come “lo studio scientifico delle interazioni che determinano la distribuzione e

l’abbondanza degli organismi”. Begon l’ecologia è “lo studio scientifico della distribuzione e

dell’abbondanza degli organismi e delle interazioni che determinano distribuzione ed

abbondanza”. L’ecologia è lo studio della struttura e del funzionamento degli ecosistemi per

Odum.

Il Mondo dei viventi può essere visto

come una gerarchia biologica che inizia

con le cellule, continua con i tessuti, gli

organismi sino ad arrivare alla biosfera.

L’ecologo non studia le molecole o

cellule. Organismi e popolazioni possono

essere studiati da genetica, fisiologia e

ecologia.

L’ecologia può essere suddivisa in due grosse aree: autoecologia e la sinecologia.

L’AUTOECOLOGIA studia gli adattamenti morfologici e fisiologici di una data specie in rapporto

all’ambiente in cui vive (es. range temperatura o luminosità). La SINECOLOGIA studia i rapporti

esistenti tra i vari membri di una comunità. (Lanza et al. 1982).

Gli organismi unitari sono quelli che hanno la forma prevedibile e determinata (es. tigre, cane).

Mentre gli organismi modulari si accrescono mediante la ripetuta produzione di moduli e formano

quasi sempre una struttura ramificata Il loro programma di sviluppo non è prevedibile (es. corallo

di cui non si sa con certezza quante ramificazioni hanno, lemna, hydra dal cui corpo può comparire

un nuovo organismo, trifoglio, lo cnidario pennaria, organismi rizomatosi e stoloniferi come la

felce, organismi formanti cespugli comprendenti moduli strettamente impacchettati come la

festuca, organismi persistenti pluriramificati come le piante ad alto fusto).

Per gli organismi modulari possiamo parlare di GENET cioè

individuo che inizia la vita come zigote unicellulare. Il genet si

divide in ramet e moduli. Il Ramet è il membro di una unità

modulare di un clone, avente la capacità di condurre

un’esistenza indipendente se separato dall’organismo

parentale (es. se in una fogliolina della lemna se ne forma

un’altra questa si può staccare). I Moduli sono il membro di

una unità modulare di un clone, non avente la capacità di

condurre un’esistenza indipendente se separato

dall’organismo parentale (se io separo il modulo delle radici

nelle piante ad alto fusto, l’organismo muore).

La POPOLAZIONE è l’insieme di organismi appartenenti alla stessa specie che vivono nello stesso

spazio e nello stesso tempo; ogni individuo ha una uguale probabilità di scambiare i propri geni

con altri individui della stessa popolazione, quindi hanno uguale probabilità di riprodursi.

Mentre la METAPOPOLAZIONE è l’insieme di popolazioni interconnesse “geneticamente tra loro”

per lo spostamento di singoli individui tra diverse popolazioni. All’interno di una metapopolazione

si osserva una diversa probabilità di scambiare geni tra

individui di diverse popolazioni (es. cavedani si trovano

nel naviglio grande e nel naviglio pavese e ogni tanto

capita che qualcuno si scambia, non sono isolati). Nello

schema vediamo come ragionando in orizzontale si parla

di popolazione mentre in verticale della metapopolazione. L’estinzione (E) in alcuni periodi storici

e la successiva ricomparsa delle popolazioni 2, 4, 5 e 6 è spiegabile tenendo conto del concetto di

metapopolazione, probabilmente la ricomparsa sarà arrivata da una popolazione vicino.

All’interno di una metapopolazione è possibile distinguere due diverse

categorie di popolazioni: 1) Popolazioni Pozzo: generano meno figli di quanti

sarebbero necessari per mantenere la popolazione 2) Popolazioni Sorgente:

in grado di produrre più discendenti di quanti ne siano necessari per

mantenersi nel tempo. Una sorgente può dare origine ad una più piccola

pozzo ed essere interconnessa con un’altra sorgente che darà origine ad

altre pozzo.

La COMUNITÀ ECOLOGICA può essere definita come l’insieme degli organismi (piante animali ecc.)

che occupano un’area. Un ecologo si pone domandi quali: – Cosa controlla l’abbondanza relativa

delle specie all’interno della comunità? – Come interagiscono le specie tra loro? – Come cambiano

le comunità nel tempo? – Come interagiscono le comunità a grande scala (ecologia del

paesaggio)?. Una definizione di comunità può essere quella di un gruppo di specie che occupano

una data area e che interagiscono direttamente o indirettamente (concetto spaziale). Le

popolazioni in una comunità interagiscono tra loro. Una più restrittiva definizione di comunità è

definita come un sottoinsieme di specie (piante, uccelli, piccoli mammiferi, pesci) in cui si ha una

relazione di similarità tra membri della comunità. Quindi si potrebbe studiare la comunità di coralli

della barriera corallina o quella di pesci, ma sappiamo che la comunità comprende tutto. Una

comunità ha attributi che differiscono da quelli dei suoi componenti: – Numero di specie –

Abbondanza relativa delle specie – Abbondanza di specie – Natura dell’interazione tra le specie.

Le Specie Chiave sono in grado di influenzare la struttura della comunità in modo sproporzionato

rispetto al loro numero. Ad esempio le modalità distruttive di nutrizione dell’elefante africano

permettono la crescita dei prati.

Le comunità si dividono in: Comunità Biologicamente Condizionate sono comunità stabili

caratterizzate da un elevata diversità specifica, le condizioni fisiche tendono a essere costanti e i

loro parametri condizionanti sono dati dalle interazioni biologiche (competizione, predazione,

simbiosi ecc); Comunità Fisicamente Condizionate sono comunità sottoposte ad un grosso stress

fisiologico e si hanno poche specie ciascuna con un elevato numero di individui.

L’ECOSISTEMA è l’insieme della comunità biologica e del suo ambiente fisico. La distribuzione e

l’abbondanza delle specie e la struttura biologica della comunità varia in risposta alle condizioni

ambientali. Gli organismi, almeno in parte, modificano l’ambiente abiotico. Ad esempio le piante

che crescono sulle colate di lava dei vulcani delle Hawaii possono sgretolare la lava sottostante e

modificare l’ambiente. Un altro esempio sono i licheni, insieme di alghe e funghi, che sono in

grado di sgretolare lentamente le rocce.

I BIOMI sono comunità caratteristiche di regioni

climatiche ampie. In una zona ampia caratterizzata

da temperature medie e piovosità medie danno

origine ad un certo bioma (insieme ecosistemi).

Non si sa quanti siano i biomi. Possono essere

classificati in base alle piante dominanti. Vediamo

8 principali biomi: – Foresta tropicale – Foresta

temperata – Foresta a Conifere (detta anche taiga

o foresta boreale) – Prateria temperata – Savana

tropicale – Macchia Chaparral – Tundra – Deserto.

La BIOSFERA è lo strato di vita che circonda la terra, quindi è l’insieme dei biomi (e quindi degli

ecosistemi). Nel terreno va fino a qualche centinaio di metri, in mare a qualche chilometro in

profondità e nell’atmosfera qualche chilometro in altezza. Di biosfera ne esiste solo una.

Ma esiste anche la Biosfera 2. Costruita tra il 1987 e il 1991, la Biosfera 2 (il 2 deriva dal fatto che

la biosfera 1 è quella che avvolge la Terra) è una struttura progettata per contenere un ecosistema

completo e autosufficiente (comprende foreste, oceano, deserto, piante, animali), al fine di

studiare applicazioni per una futura

colonizzazione spaziale, ma anche la

crescita di piante e animali, i cicli vitali dei

più diversi organismi viventi, il riciclo di aria

e acqua e così via. L’idea era quella di

creare migliorie tecnologiche per poi andare a colonizzare la luna e marte, quindi la struttura

doveva autosostenersi.

Ogni variabile fisica, chimica o biologica dell’ambiente in grado di influire sulla vita di un organismo

almeno in una fase del suo ciclo vitale, assume il ruolo di fattore ecologico. Possono essere divisi in

fattori Abiotici come luce, temperatura e caratteristiche chimo-fisiche del suolo e fattori Biotici

come la competizione, predazione e parassitismo. I fattori ecologici possono essere anche divisi in

Condizione cioè una quantità non consumabile né esauribile come temperatura, umidità e salinità

e in Risorsa che è una quantità consumabile e esauribile come spazio e cibo. Quando un fattore

ecologico assume per un dato organismo valori che superano i limiti di tolleranza, esso diviene un

fattore limitante, impedendone la vita, la crescita, o la dispersione, anche se altre condizioni

ambientali sono favorevoli. Ad esempio noi ci troviamo in un range tra i -30 e +30 gradi, al di là di

quei valori moriremmo. Vediamo nel grafico più a sinistra la fitness

della specie cioè il numero di figli che

ciascun individuo è in grado di produrre il

quale possa raggiungere la maturità sessuale

e possa riprodursi a sua volta. Più la

condizione ambientale è favorevole, più è

facile che un individuo abbia dei figli. Nella

gaussiana c’è un range S-S di temperatura o pH all’interno il quale la specie è in grado di

sopravvivere, mentre il range G-G permette alla specie di crescere, mentre nello spazio R-R la

condizioni di temperatura/pH sono favorevoli alla riproduzione. Ma non tutti i fattori sono in

grado di dare una gaussiana. Sul grafico intermedio vediamo che i veleni a basse concentrazioni

sono in grado di riprodursi, ma man mano che la concentrazione aumenta è in grado di crescere e

più aumenta avrà solo la capacità di sopravvive (oltre morirebbe). Rame e cloruro di sodio devono

essere presenti in piccole concentrazioni nell’organismo, quindi se abbiamo una piccola quantità la

specie è in grado di riprodursi, ma se aumentasse la specie sarebbe solo in grado di crescere e

oltre di sopravvivere.

RISORSE CONSUMABILI ED ESAURIBILI si possono dividere ulteriormente in:

risorse essenziali, perfettamente sostituibili, complementari e antagoniste.

Le risorse essenziali devono essere garantite entrambe affinché l’organismo riesca

a completare il suo ciclo biologico. Ad esempio nella vita delle farfalle Heliconius,

la risorsa 1 potrebbe essere la foglia della Passiflora e la risorsa 2 il nettare della

Cucurbitacea Gurania per la farfalla adulta. Quindi per far crescere il ciclo

riproduttivo delle farfalle dovrò garantire entrambe le risorse (se io do un tot di

risorsa 1 avrò un tot di farfalle, ma se ne avessi il doppio otterrò il doppio anche di

organismi).

Quando una risorsa può sostituire completamente l’altra, ad esempio per le piante

i semi del frumento o dell’orzo nella dieta di un pollo da cortile si parla di risorse

perfettamente sostituibili. Posso dare o il 100% della risorsa 1 o il 100% della

risorsa 2 o il 50% di 1 con 50% di 2. Se ne darò poco la popolazione sarà un tot,

aumentando le risorse la popolazione aumenta.

Le risorse complementari sono quelle che se date insieme lavorano

sinergicamente in modo positivo e quindi l’organismo ha bisogno di meno energia

per vivere. Ad esempio gli esseri umani che mangiano certi tipi di fagioli insieme al

riso riescono ad aumentare del 40% il contenuto di proteine utilizzabili del loro cibo.

I fagioli sono ricchi di lisina (scarsamente presente nel riso)

mentre il riso è ricco di amminoacidi contenenti zolfo (presenti

in piccola quantità nei fagioli). Se io mangiassi solo uno dei due

elementi il mio corpo dovrebbe spendere energia per formare

l’amminoacido che si trova nell’altro alimento.

Le risorse antagoniste sono quelle che se date insieme interagiscono

sinergicamente per produrre una sostanza tossica, il corpo dovrà poi spendere

energia per detossificarsi. Anche in questo caso le risorse possono essere

fornite singolarmente ma nel caso in cui l’organismo si nutra di entrambe le

risorse è necessario che vengano mangiate maggiori quantità. Es.: L’acido D, L- Pipecolico e l’Acido

Diencolico (sostanze difensive presenti in certi semi).

Gli organismi possono essere omeotermi (solo uccelli e mammiferi così l’organismo è sempre

attivo ma costa energia) o eterotermi i quali non sono in grado di controllare la temperatura del

corpo (protozoi, vermi, molluschi, insetti, pesci, rettili).

Negli Eterotermi è possibile considerare il Q10 cioè il coefficiente metabolico. Nel

grafico vediamo il consumo di ossigeno in relazione alla temperatura e questo è

un parametro metabolico perché più ossigeno si consuma più il metabolismo è

attivo. Negli eterotermi il metabolismo dipende dalla temperatura, vediamo che

nel grafico da 10 gradi a 20 gradi il metabolismo raddoppia. Ma se andiamo da 20

a 30 arriveremmo a 400. Il Q10 dice che ogni aumento di 10 gradi negli organismi

eterotermi il metabolismo raddoppia. Funziona entro un certo range perché i vari organismi

possono sopravvivere a determinate temperature. Il Q10 funziona partendo dallo 0 fisiologico che

è la temperatura alla quale un organismo eterotermo è in grado di iniziare ad accrescersi (per la

dorifora, un coleottero è 5 gradi). Se il metabolismo aumenta con la temperatura allora in teoria lo

sviluppo di una larva aumenta con la temperatura. Vediamo l’esempio della cavalletta che ha

come 0 fisiologico 16 gradi. A 20 gradi la cavalletta ci metterebbe 17,5

giorni a riprodursi, mentre a 30 gradi ci metterebbe 5 giorni. Ma il

prodotto della differenza tra la temperatura e quella dello 0 fisiologico col

numero di giorni otteniamo lo stesso numero, sempre 70. Quindi si

possono calcolare in gradi-giorno la vita degli organismi eterotermi.

Alcuni organismi vivono a basse temperature ed hanno sviluppato la tecnica dell’Acclimatazione

cioè la capacità di un individuo di acclimatarsi alle condizioni ambientali. Lentamente l’organismo

cerca di acclimatarsi alle variazioni dell’ambiente per evitare che arrivi ad un punto di

congelamento in cui l’acqua delle cellule formano dei cristalli quando fa freddo

ed hanno dimensioni maggiori e perciò rompe le membrane delle cellule. Era

stato fatto un esperimento sul collembolo, Cryptopygus antarcticus, portandolo

da una temperatura di 5 gradi a 2 gradi. Videro che dopo un secondo faceva

scendere la temperatura corporea. L’organismo muore per congelamento a -14

gradi. Se invece prendo l’organismo dai 5 ai 2 e poi molto lentamente abbasso la

temperatura, l’organismo ha il tempo di acclimatarsi e muore a circa -20 gradi.

Nel radiatore della macchina si mette l’anticongelante per interporsi tra le molecole d’acqua per

non formare i cristalli d’acqua. La molecola principale dell’anticongelante è il glicole etilenico che è

molto simile a molecole di glicerolo. La variazione di molecole di glicerolo che derivano dallo

spacchettamento del glicogeno può evitare il congelamento. Il glicogeno viene liberato dagli

organismi eterotermi nei periodi freddi, invernali. Esistono pesci che vivono in acque freddissime

sottozero nel polo sud come gli icefish che non presentano emoglobina e eritrociti e l’ossigeno

viene direttamente assorbito dalla pelle. Il punto di congelamento del sangue dei Nototenioidei è

di -1.9 °C, grazie ad alcune caratteristiche chimicofisiche particolari: 40 % per maggiore quantità di

NaCl (impedisce formazione di cristalli); il 5% per la presenza di potassio, urea, glucosio e

aminoacidi; il 55% per la presenza di peptidi anticongelanti.

Non è che gli organismi omeotermi se ne fregano della temperatura, anzi sono state sviluppate

delle regole. La regola di Allen dice che gli endotermi dei climi freddi hanno appendici più brevi e la

regola di Bergmann che gli endotermi dei climi freddi sono più grandi ciò perché maggiore è la

superficie del corpo minore è il rapporto superficie/volume e minore è la dispersione di calore. Gli

endotermi se fa molto freddo vanno in letargo o in ibernazione. Il letargo è un comportamento

caratteristico di alcuni mammiferi e rettili che durante la stagione fredda riducono le proprie

funzioni vitali e rimangono in stato di quiescenza. Durante questo periodo si nutrono di riserve di

grasso immagazzinate durante i mesi autunnali. Fra gli animali che vanno in letargo ricordiamo gli

orsi, i procioni, gli scoiattoli, i pipistrelli, le tartarughe di terra del genere Testudo ed altri rettili.

Durante la fase letargica, la temperatura corporea dell'animale si abbassa, di poco in alcune specie

(passando da 37 a 31 gradi centigradi negli orsi) fino a raggiungere anche i -2 gradi centigradi in

altre specie come gli scoiattoli. Nel periodo del letargo per gli omeotermi la temperatura scende

per poi risalire quando torna il bel tempo. Ricorrono all'ibernazione diversi tipi di invertebrati, ma

anche anfibi, rettili, mammiferi come l'orso bruno, il tasso, la marmotta, in special modo in

inverno nelle regioni fredde o temperate. L'ibernazione differisce dal letargo perché non è un vero

lungo sonno: gli animali ibernati possono reagire a stimoli, seppure in modo torpido.

L'adattamento permette a questi animali di sopravvivere in una condizione di ibernazione grazie

all'alta concentrazione di sostanze nel circolo sanguigno che impediscono all'acqua di congelare.

Come il liquido antigelo di un radiatore di automobile così varie sostanze, come sali, urea, a