Appunti di Ecologia

TEMPERATURA

Il fattore ecologico fondamentale perché: - è collegato a tutti gli altri fattori - rappresenta la capacità di un corpo di trasmettere calore ad altri Per gli organismi viventi i limiti di temperatura variano da -200 a 100 gradi, tuttavia i 50 gradi rappresentano il limite superiore di vita per la maggior parte degli animali e dei vegetali, mentre poco meno degli 0 gradi come limite inferiore di vegetali e alcuni animali. Le specie si suddividono in due gruppi in funzione della tolleranza nei confronti della temperatura: - euriterme: accettano grandi variazioni di t - stenoterme: accettano poche variazioni di t Per ogni specie esistono dei limiti di temperatura superiori e inferiori ben definiti e sono: - temperatura ottimale: t in cui lo sviluppo e le reazioni metaboliche avvengono nel migliore dei modi - temperatura letale: t limite che coincide con la morte dell'organismo - temperatura di inattivazione: precede la t letale e ne rappresenta una

Condizione necessaria e sufficiente:

La carpa e la trota (due pesci di acqua dolce) hanno due range di temperatura differenti: la carpa tra 20 e 30 gradi, la trota tra 5 e 20 gradi circa.

Negli organismi viventi si distinguono due principali tipi di adattamento alle variazioni di temperatura dell'ambiente esterno:

• Pecilotermia (eterotermia): la temperatura corporea segue con poche differenze quella esterna. Negli organismi pecilotermi le variazioni di temperatura contribuiscono all'accelerazione dei processi biologici ad alte temperature esterne (vantaggio), mentre il rallentamento fino all'arresto di ogni funzione a basse temperature ambientali (svantaggio).
• Omeotermia: la temperatura corporea viene mantenuta elevata e praticamente costante anche quando varia quella dell'ambiente esterno. Negli organismi omeotermi (mammiferi e uccelli) il mantenimento di un'alta temperatura corporea implica un incremento del tasso metabolico (vantaggio) anche se risulta energicamente dispendioso mantenere la temperatura costante.

1. migrazione: spostamento lungo rotte ben precise seguito da un ritorno alle zone di partenza
2. ibernazione: condizione biologica in cui le funzioni vitali sono ridotte al minimo
3. estivazione: riduzione al minimo del fabbisogno di cibo e di acqua durante periodi di grande caldo
4. diapausa: arresto spontaneo dello sviluppo in cui l'organismo è inattivo, non si alimenta e non si muove
5. quiescenza: stato di sospensione reversibile dei processi vitali fondamentali

La temperatura presenta diverse caratteristiche per aria, suolo e acqua:

• temperatura nell'aria: varia a seconda di latitudine e altitudine secondo un gradiente di circa mezzo grado ogni 100 m, infatti ad altitudine elevate la vegetazione è quasi nulla. Durante le stagioni estive l'aria a contatto con il suolo si riscalda e risale creando una circolazione di aria calda e fredda, mentre in quelle

Invernali l'aria fredda non riesce a risalire e in assenza di vento, in ambiente umido, si trasforma in nebbia e smog.

Temperatura nel suolo: diminuisce con la profondità ed è funzione della conduttività termica (rapporto tra flusso termico e gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore) e della capacità termica (rapporto fra il calore scambiato tra il corpo e l'ambiente e la variazione di temperatura che ne consegue oppure massa per calore specifico).

Temperatura nell'acqua: l'acqua è la sostanza che richiede la maggiore quantità di calore per innalzare la temperatura e analogamente per raffreddarsi (ha un alto calore specifico infatti ha bisogno di più calore per riscaldarsi). I valori di temperatura nell'acqua non scendono mai al di sotto del punto di congelamento (0 gradi per acqua dolce e -2,5 gradi per acqua salata).

Possiamo distinguere alcune proprietà dell'acqua per acque di mare e...

interne:mare: negli strati superficiali la t varia con la latitudine e segue ritmi stagionali e diurni, mentre in quelli profondi è stabile (circa 3 gradi).

acque interne: si creano degli strati chiamati epilimnio (superficiale), termoclino (zona di rimescolamento) e ipolimnio (profondo) a causa della diversa densità dovuta alla differenza di temperatura delle varie stagioni. In estate la temperatura diminuisce con la profondità (stratificazione diretta), in inverno gli strati superficiali si raffreddano e quelli sottostanti restano più caldi perché la densità dell'acqua ha valore massimo in corrispondenza di 4 gradi (stratificazione inversa), in primavera e in autunno la differenza di t tra superficie e profondità si annulla e quindi gli strati avendo uguale densità si rimescolano (periodo di circolazione).

ACQUA è il composto più abbondante sulla terra e il costituente principale dei tessuti animali.

Per gli organismi fuori dall'acqua si parla sempre di acqua dolce, perché quella salata disidrata a causa del fenomeno dell'osmosi (processo fisico spontaneo che tende a diluire la soluzione più concentrata: la cellula in ambiente salato perde acqua per compensare la differenza di concentrazione), infatti gli insediamenti umani più grandi nascono vicino a corsi di acqua dolce.

Gli organismi hanno diverse necessità di acqua e in base a questo si dividono in:

• idrofili: vivono nell'acqua (idrofite per le piante)
• igrofili: vivono in ambienti terrestri molto umidi
• mesofili: hanno esigenze intermedie nei confronti dell'acqua e sopportano anche le condizioni più critiche
• xerofili: adattati ai climi in cui il deficit di acqua è molto accentuato (sia in aria che nel suolo)

Gli organismi possono rifornirsi di acqua in diversi modi:

• ingestione diretta
• assorbendola attraverso la pelle con contatto con materiali umidi

(terreno opiante)- direttamente dal cibo- producendola per via chimica Ci sono alcune difese adottate per evitare la disidratazione: - evitare perdite di acqua - sviluppare forme di resistenza in ambienti sfavorevoli - spostamenti - usare il proprio metabolismo per la sintesi dell'acqua - prelevare acqua dall'ambiente esterno Gli organismi (come i vertebrati) producono urine e feci per scartare i residui del loro metabolismo: - ammoniaca: tipica dei vertebrati acquatici, è tossica - urea: tipica dei mammiferi, è più energetica e consente di non usare molta acqua di depurazione - acido urico: tipico nei rettili e negli uccelli, è costituito da sali che precipitano e quindi non restano in circolo. Esistono alcuni mammiferi che possono produrlo per risparmiare acqua, ad esempio il dromedario può tollerare un incremento di temperatura corporea anche di 7 gradi senza utilizzare acqua, poiché la produce dall'ossidazione dei lipidi. LUCE Molti

Fenomeni biologici sono basati sulla luce, infatti i ritmi biologici sono legati all'alternanza giornaliera dei periodi di luce e oscurità, nonché alla durata di questi periodi nel corso dell'anno. Se la luce diminuisce, il metabolismo rallenta; al contrario, in presenza di luce, quando le giornate si allungano, si attivano gli ormoni degli organismi e aumenta il metabolismo. Esistono degli organismi detti fotofili che cercano la luce, mentre altri che possono vivere anche in elevate profondità marine in cui la luce non c'è più. L'energia luminosa è alla base del fenomeno fondamentale di fotosintesi: un processo mediante il quale, a partire da anidride carbonica e acqua, in presenza di luce solare quale fonte di energia, vengono prodotti glucosio e ossigeno. La reazione fotosintetica viene mediata dalla clorofilla, un pigmento di colore verde, e da altri pigmenti. Nella respirazione cellulare, l'ossigeno brucia il glucosio.

Prodotto dalla fotosintesi per liberare energia, che può essere spesa per tutte le attività cellulari. I prodotti finali di questa combustione sono acqua e anidride carbonica:

glucosio + ossigeno → anidride carbonica + acqua + energia

All'interno di un corpo idrico possiamo distinguere 2 zone:

• fotica: caratterizzata dalla presenza di luce, si divide in zona eufotica (elevata presenza di luce in cui si ha fotosintesi) e zona oligofotica (poca luce)
• afotica: caratterizzata dall'assenza di luce, qui non avviene la fotosintesi ma soltanto la respirazione

CICLI BIOGEOCHIMICI

Il ciclo biogeochimico è il percorso seguito da un determinato elemento chimico all'interno dell'ecosfera, ovvero nella parte più bassa dell'atmosfera.

Ogni ciclo può essere diviso in due comparti:

• pool di riserva: compartimento più ampio, meno attivo, generalmente non biologico
• pool di scambio: compartimento più piccolo in continuo movimento

tra organismi e ambiente

Ciclo dell'azoto

Il suo ciclo viene definito gassoso poiché il pool di riserva (accumulo) è l'atmosfera. L'azoto è un elemento fondamentale per la formazione di proteine e amminoacidi. Le piante non riescono a utilizzare l'azoto molecolare dell'atmosfera. L'azoto è reso disponibile grazie all'azione di particolari batteri, che vivono in simbiosi con le radici di alcune piante. Questi batteri riescono a ridurre le molecole di azoto N a ione ammonio in un processo chiamato azotofissazione. Lo ione ammonio viene poi trasformato prima in ione nitrito e poi in ione nitrato ad opera di altri batteri presenti nel terreno. Questo processo, fondamentale dal punto di vista biologico, è chiamato nitrificazione. I nitrati, una volta in soluzione nell'acqua di infiltrazione, possono essere assorbiti dalle radici delle piante e trasformati in sostanza organica attraverso il processo di assimilazione.

Solo il 12% dell'azoto richiesto dalle piante deriva dalla azotofissazione operata dai batteri. La maggior parte dell'azoto viene reso disponibile attraverso il suo riciclo da altre molecole organiche azotate presenti nella biosfera. L'azoto delle sostanze organiche entra a far parte di un corto ciclo che si svolge tra piante, animali e batteri. L'azoto può rientrare in circolazione attraverso le deiezioni degli animali oppure può essere liberato dagli organismi morti grazie all'azione di organismi come insetti, batteri e funghi, che decompongono i rifiuti azotati trasformandoli in azoto ammoniacale. Il processo di decomposizione è talmente importante che la maggior parte di azoto minerale presente nel terreno deriva dagli organismi morti. Attraverso processi di denitrificazione, che avvengono anch'essi ad opera di particolari batteri, l'azoto viene restituito all'atmosfera sotto forma di azoto molecolare.