Appunti dettagliati delle lezioni di Ecologia e didattica delle scienze naturali di Riccardo Santolini

ECOLOGIA E DIDATTICA DELLE SCIENZE NATURALI

Prof Riccardo Santolini

1. Interazioni: competizione intra ed interspecifica, coesistenza; parassitismo, mutualismo.

2. Sistemi preda-predatore: tipologia e natura; dieta, spettro trofico, comportamento alimentare,

erbivoria, decompositori e detritivori;

3. foraggiamento ottimale.

Meccanismi di controllo sulla crescita della popolazione

- Variazioni ambientali

- Risorse limitate

Competizione

Selezione naturale

- Self-regulation

Il tasso di crescita rallenta propozionalmente all’aumento degli individui di una popolazione

INTERAZIONI

Tra tutti gli organismi, sia della stessa specie, che di specie diverse, si instaura una rete

complessa di relazioni che caratterizza la vita delle popolazioni e ne rende possibile la

permanenza in quel determinato ambiente (RELAZIONI SIMBIOTICHE più o meno strette)

Le interazioni tra organismi possono essere definite positive, negative o indifferenti; in genere

questi aspetti dell'interazione vengono indicati rispettivamente da tre simboli +; --; 0 vantaggiosa

per entrambe (+/+)

vantaggiosa per una sola (+/− o +/0)

svantaggiosa per entrambe (− /−)

COMPETIZIONE

Definizione: -/-

Interazione tra individui per l’utilizzo di una limitata risorsa che porta ad una riduzione della

probabilità di sopravvivenza, crescita e riproduzione di almeno uno degli individui in competizione:

una tende ad avere il sopravvento sull’altra.

è l’interazione che si realizza tra organismi che sfruttano le stesse risorse, spesso presenti in

quantità limitate

Intraspecifica: all’interno di una stessa specie per spazio, substrato, cibo, partner, ecc.

 Interspecifica: tra specie diverse per risorse, luce, luoghi di nidificazione, ecc.

La competizione tra organismi è tanto intensa quanto più essi sono simili, per esigenze o stili di

vita. Le interazioni competitive riguardano spazio, nutrienti, acqua, luce e prede. La competizione

può produrre una regolazione dell’equilibrio tra due popolazioni o una differenziazione delle loro

attività giornaliere o stagionali; se una popolazione è decisamente più forte, può arrivare

all’eliminazione dell’altra, o a costringerla ad usare un’altra zona o ad usare altro cibo. Specie

diffuse in uno stesso ambiente e che occupano la stessa nicchia ecologica o nicchie simili possono

entrare in competizione per il cibo (competizione per cause edafiche), per lo spazio, per la luce

(piante), per la disponibilità di acqua (competizione radicale nelle piante).

Competizione per la luce > migliore intercettazione: epoca di emergenza, velocità di crescita, LAI,

architettura della pianta. Maggiore assorbimento: spessore del mesofillo fogliare, superficie foglie.

Maggiore utilizzazione: contenuto in clorofilla ed altri pigmenti, fissazione della CO2.

Competizione per l’acqua > Maggiore attingimento: velocità di crescita e profondità radici. Migliore

utilizzazione, Maggiore risparmio: peli, cere fogliari, regolazione stomi, organi per

l’immagazzinamento idrico, spessore del mesofillo fogliare, superficie foglie. Maggiore tolleranza

agli stress: tolleranza citoplasmatica al disseccamento.

Competizione per gli elementi nutritivi > Maggiore assorbimento: velocità di crescita, profondità

delle radici, micorrize. Migliore utilizzazione: tolleranza a carenze ed eccessi di elementi nel

terreno.

Influenza della competizione sulle popolazioni

-La competizione per le risorse, per lo spazio, è alla base della evoluzione biologica (la lotta per la

sopravvivenza)

-Tasso di natalità, di mortalità, i movimenti sono regolati dalla competizione.

-Gli individui di una popolazione che non hanno risorse sufficienti aumentano il tasso di mortalità,

diminuiscono la natalità, tendono a spostarsi (se possono).

-Non è possibile comprendere la dinamica di una popolazione senza comprendere i ruoli della

competizione.

-Un aspetto rilevante in questi temi è l’effetto della densità: al crescere della densità si osserva un

aumento della mortalità (modello densità-dipendente), l’aumento di densità ha effetto sulla

competizione per le risorse.

Meccanismi di competizione

COMPETIZIONE PER SFRUTAMENTO (O INDIRETTA): Non c’è contatto diretto tra gli organismi

che competono e la competizione è mediata dalla risorsa

- Una risorsa sfruttata da un organismo non sarà più disponibile per un altro organismo

COMPETIZIONE PER INTEFERENZA (O DIRETTA): C’è contatto diretto fra gli organismi

 Intraspecifica

Competizione  Interspecifica

Competizione intraspecifica

-competizione per interferenza diretta

-competizione per sfruttamento delle stesse risorse

La competizione ha effetti sulla fitness individuale (probabilità di sopravvivenza)

Avviene per risorse limitate

 Effetti:

Riduzione risorse disponibili, riduzione tasso di crescita, aumento del rischio di predazione,

riduzione della sopravvivenza, riduzione della fecondità

Competizione intraspecifica regola la densità (es.riduzione numero di piccoli per nidiata)

- Esempio di competizione intraspecifica

Pesco (Prunus persica). Onde evitare una eccessiva competizione intraspecifica tra la pianta

madre e le piante figlie che potrebbero nascere troppo in prossimità di essa, l'apparato radicale

della pianta madre secerne una serie di molecole nel terreno a forte azione inibente degli apparati

radicali delle piante della medesima specie (ad eccezione della pianta madre

ovviamente). La zona di terreno interessata dall'apparato radicale della pianta madre sarà quindi

fortemente repressivo per la crescita delle piante nate dai semi prodotti da lei stessa, di

conseguenza attraverso una competizione "preventiva" intraspecifica ed "indolore" (semplicemente

i semi non germogliano) si evitano tutte le problematiche sopra citate, che porterebbero ad una

forte riduzione nella crescita sia della pianta madre che di quelle figlie. Germoglieranno così solo i

semi che si troveranno ad una distanza dall'apparato radicale della pianta madre tale per cui non si

abbiano problematiche di spazio e di interferenza nell'assorbimento degli elementi nutritivi.

Competizione interspecifica

Tra individui appartenenti a specie diverse, spesso fra specie dello stesso livello trofico.

- competizione per interferenza diretta

- competizione per sfruttamento delle stesse risorse relazioni competitive tra specie differenti

La competizione interspecifica è uno dei motori principali della distribuzione e della abbondanza di

una popolazione, è anche una delle forze evolutive più rilevanti.

Una comunità, così come la osserviamo è il risultato di relazioni tra specie, tali relazioni sono

mediate dalla competizione (sulle risorse trofiche, sullo spazio, dunque sulla capacità di riprodursi,

di far crescere la prole, ecc…). I fattori competitivi tra specie non sono sempre così evidenti,

spesso sono mediati.

Interazioni tra specie: Se le nicchie fondamentali di due specie si sovrappongono molto, si ha

competizione interspecifica e una delle specie può: emigrare in un’altra area, cambiare le sue

abitudini alimentari o comportamentali, subire un crollo di popolazione, estinguersi localmente e

globalmente.

Riguarda spazio, cibo, malattie, ecc…

Può portare a equilibrio tra le due specie o alla sostituzione di una popolazione di una specie da

parte di un’altra, costringere l’altra ad occupare un altro spazio o usare altra fonte alimentare. Gli

effetti provocati dalla competizione interspecifica possono influenzare le dinamiche delle

popolazioni coinvolte dalla competizione il che, alla fine, può determinare conseguenze anche a

livello evolutivo. Se due specie sono simili spesso non possono trovarsi negli stessi posti, se

accade essi usano diverse risorse alimentari o in diverse fasi della giornata

Principio di esclusione competitiva di GAUSE

 Esclusione competitiva

Competizione interspecifica  Coesistenza

Competizione interspecifica

Principio di esclusione competitiva

Se due specie competono per la stessa risorsa, una delle due è destinata all’estinzione. In

particolare, avrà la meglio la specie che ha bisogno della quantità minore di risorsa per la pure

sopravvivenza. Nella realtà ogni specie cerca di evitare la competizione sfruttando variazioni

nell’ambiente o nelle risorse.

Due specie non possono occupare la stessa nicchia e competere per le medesime risorse nello

stesso habitat per molto tempo: se due specie coesistono in un medesimo ambiente ciò avviene in

ragione del fatto che esse presentano nicchie ecologiche separate.

Nel 1936 Gause (1910-1986) effettuò un esperimento in laboratorio: Fece crescere due colture di

Parameci (protozoi-animali monocellulari) di specie diversa (Paramecium Aurelia e Paramecium

Caudatum): stesso genere stessa nicchia ecologica.

-Per prima cosa fece sviluppare le due colture separatamente

-Successivamente fece una coltura congiunta, mettendo le due specie nello stesso ambiente.

Risultato: Nelle colture separate ogni specie si sviluppava fino ad un valore costante (Capacità

portante). Nella coltura congiunta una specie si sviluppa molto meno che da sola: dipende dalle

condizioni ambientali

Principio di competizione: le due specie si influenzano a vicenda se costrette a sfruttare le risorse

di uno stesso ecosistema

NICCHIA ECOLOGICA

La nicchia è uno spazio concettuale delimitato da tutte le condizioni, biotiche e abiotiche, che

influenzano l’esistenza di una specie in un ecosistema. La nicchia ecologica comprende sia lo

spazio fisico che il ruolo funzionale svolto in un ecosistema. Per ogni specie la nicchia occupata

definisce le relazioni che si instaureranno con gli altri organismi dell’ecosistema, in quanto è

attraverso la propria attività che ogni organismo entra in relazione coi propri vicini.

In un ambiente è molto difficile che due specie con la stessa nicchia (stesso tipo di alimentazione,

stesse esigenze ambientali) possano coesistere. Se due nicchie presentano un certo grado di

sovrapposizione si scatena la competizione.

La nicchia ecologica è un termine che indica la posizione di una specie all’interno di un

ecosistema, ossia il suo modo di vivere, il suo ruolo e tutte le condizioni fisiche, chimiche e

biologiche che ne permettono l’esistenza in quel particolare ambiente. Per definizione una nicchia

ecologica esiste solo se esiste una popolazione che la occupa. Nicchia: professione, habitat:

indirizzo. La diversificazione delle nicchie favorisce un miglior utilizzo delle risorse ambientali!!

- Sovrapposizione delle nicchie: nelle foreste dell’Europa, la quasi perfetta sov