Riassunto esame Fondamenti di ecologia, Prof. Vizzarri Matteo, libro consigliato Ecologia, Michael L. Cain

ENERGIA

Definizioni: La quantità di energia permette tutte le funzioni fisiologiche, la crescita e la riproduzione di tutti gli organismi. Gli organismi ottengono energia direttamente dalla luce del sole oppure consumando composti organici. Input energetici: radiazione solare (v. temperatura), energia chimica e energia cinetica (v. conservazione dell'energia)

Autotrofi: Gli autotrofi sono organismi che sono in grado di produrre il proprio nutrimento organico utilizzando l'energia proveniente da fonti inorganiche

Il flusso energetico negli autotrofi dipende da:

• Radiazione solare
• (fototemperamento e fotoperiodo)
• Concentrazione di CO2 e O2 nell'atmosfera
• Temperatura

Fotosintesi: La fotosintesi si divide in due fasi: fase luminosa e fase oscura. Nella prima, i pigmenti clorofilliani (contenuti nei tilacoidi) assorbono quantità di energia (fotoni) dalla radiazione solare nelle porzioni rossa e blu dello spettro del visibile. Questa energia viene usata per scindere le

molecole d'acqua (ossidazione) (che arrivano dal suolo o presenti sulla foglia) che sono trasferiti nella membrana fino ad arrivare ai complessi molecolari responsabili delle formazione di ATP (adenosina trifosfato). Nella seconda fase (senza energia solare), l'energia immagazzinata nell'ATP e NADPH entra nel ciclo di Calvin per fissare il carbonio. L'anidride carbonica viene assorbita dagli stomi e utilizzata dall'enzima RuBisCO (Ribulosio 1,5 Bifosfato Carbossilasi / Ossigenasi) per la produzione della 3-fosfogliceraldeide, il primo zucchero che si forma e poi viene utilizzato in una serie di reazioni che hanno come prodotto finale zuccheri a sei atomi di carbonio che si possono interconvertire in altri carboidrati (es. glucosio).

Perché è importante il processo fotosintetico in ecologia: (1) la vita sulla Terra dipende dalle capacità di accumulo di energia solare da parte degli autotrofi; (2) l'ossigeno rilasciato con la fase luminosa ha permesso la

migliorare l'efficienza fotosintetica in ambienti caldi e secchi. In queste piante, l'anidride carbonica viene prima fissata in un composto a quattro carboni, l'acido ossalacetico, nelle cellule specializzate chiamate cellule del fascio vascolare. Queste cellule trasferiscono quindi l'acido ossalacetico alle cellule dei tessuti fotosintetici chiamate guaina del fascio, dove avviene la fotosintesi vera e propria. La separazione fisica tra le due fasi consente alle piante C4 di concentrare l'anidride carbonica attorno all'enzima chiave della fotosintesi, riducendo così le perdite di CO2 e la traspirazione.

Fotosintesi CAM: La fotosintesi CAM (Crassulacean Acid Metabolism) è un meccanismo che si trova in piante adattate a condizioni di scarsa disponibilità di acqua, come molte piante succulente e alcune orchidee. In queste piante, l'anidride carbonica viene fissata di notte e convertita in acido malico o acido aspartico, che viene conservato

sciafilia● Foglie d'ombra e foglie di luce: punto di saturazione (Ps) e punto di compensazione(Pc)

La velocità di fotosintesi determina la disponibilità di energia, quindi la capacità di❖ crescita e riproduzione degli organismi fotosintetici. Per questo, l'effetto dell'ambiente è di grande interesse per l'ecofisiologia.

A seconda del comportamento delle piante rispetto alla luce, distinguiamo fra eliofile (necessitano di intensità di luce maggiore) e sciafile (necessitano di intensità di luce minore). In base a questo comportamento, i punti di saturazione e compensazione cambiano (come si vede nel grafico, fra le foglie di luce e le foglie d'ombra).

Regenerate response

Fra i meccanismi di acclimatazione (es. temperatura e radiazione solare), alcune piante hanno creato delle vie metaboliche alternative a quelle ordinarie per ottimizzare l'assorbimento di CO2 con la fotosintesi. Questo perché, con il processo

difotorespirazione (in alto a destra), opposto a quello della fotosintesi le piantepotrebbero perdere CO2 più di quanta riuscirebbero ad acquisirne col ciclo di Calvin.Infatti, la RuBisCO è in grado di catalizzare due reazioni opposte fra loro: lacarbossilasi e l’ossigenasi. Il processo di fotorespirazione serve alle piante persopravvivere ad elevate irradianze. Ad alte temperature, per esempio, il rapportocarbonio-ossigeno è più basso.

AUTOTROFI CHEMIOSINTETICI

Processo di riduzione dei composti inorganici per produrre energia. Le reazioni di ossido –riduzione riguardano lo scambio di elettroni tra composti chimici da ossidato (cede elettroni)a ridotto (riceve elettroni)

Eterotrofi MODELLI ECOLOGICI (slide 84)

Sfida: catturare la variazione nello spazio e nel tempo dei fenomeni ecologici

Modello: rappresentazione verosimile e semplificata della realtà. I modelli sono usati per spiegare ifenomeni nei sistemi complessi

PRINCIPALI MODELLI

1. Modelli biogeochimici e bioenergetici (Yasso Orchidee - Prim):
   • Causalità
   • Principi di conservazione della massa/energia
   • Facilità d'uso
   • Utili per predizioni
   • No per dati eterogenei
   • Elevata qualità del dato
   • Difficoltà di calibrazione
   • Difficoltà di adattamento a contesti diversi
2. Modelli dinamici di popolazione (sensu Lotka - Volterra model):
   • Adattamento alle varie dinamiche
   • Considerazione di età e altri fattori d'impatto
   • Facilità di interpretazione/sviluppo
   • No principi di conservazione
   • Limitati a dinamiche di popolazione
   • Qualità del dato
   • Difficoltà di

1. Modelli Fuzzy:
   • Applicabile a dati <<Fuzzy>>
   • Applicabile a informazioni semi-quantitative (expert-knowledge)
   • Possibile base per lo sviluppo di ulteriori modelli
   • No per modelli complessi
   • No per interazioni numeriche
   • Modello <<black-box>>
   • Reti neurali artificiali:
     • Facilità di applicazione
     • Possibile utilizzo per dati eterogenei
     • Ottimizzazione dell'uso del set di dati
     • No causalità (cf. combinazione con modello ordinario)
     • Alta accuratezza nelle predizioni
2. Modelli spaziali:
   • Distribuzione spaziale
   • Potenzialità informative
   • Dati numerosi
   • Calibrazione e validazione spesso complesse
   • Complessità richiesta per solidità dell'output
3. Modelli tossicologici:
   • Problemi ecotossicologici
   • Facilità d'uso
   • Comprensione/quantificazione degli effetti
   • Molti dati input richiesti
   • Incertezza legata alla stima degli effetti
   • Limitazioni legate alla conoscenza dell'effetto

stocastici: Casualità delle funzioni e dei processi. Diverse simulazioni per calcolare l'incertezza. Necessaria distribuzione casuale dei vari elementi. Elevata complessità.

ECOLOGIA EVOLUTIVA E COMPORTAMENTALE (slide 108)

ECOLOGIA ED EVOLUZIONE

Evoluzione: Modificazioni del corredo genetico all'interno della popolazione, cioè variazione nel tempo delle frequenze alleliche in una popolazione (legge di Hardy-Weinberg).

L'equilibrio di Hardy-Weinberg stabilisce che all'interno di una popolazione ideale, esiste un equilibrio delle frequenze alleliche e genotipiche da una generazione all'altra, ovvero queste non cambiano a meno che non intervengano fattori specifici di disturbo di questo equilibrio. Le condizioni per la legge di Hardy-Weinberg sono:

• popolazione potenzialmente infinita,
• assenza di emigrazione / immigrazione,
• incroci casuali,
• successo riproduttivo medio,
• non mutazione.

Discendenza con modificazioni: si originano

1. Mutazione
• Fenotipo: insieme delle caratteristiche morfologiche e funzionali di un organismo, quali risultato dell'espressione del suo genotipo (patrimonio genetico) e influenze ambientali (es. rane freccia del sud america)
• Mutazione: cambiamento di
2. Selezione naturale
3. Deriva genetica
4. Flusso genico