Appunti di ecologia, lezioni

LA SCIENZA (da scire=sapere) rappresenta sia il risultato del processo che porta al sapere che è il METODO

per acquisire tale CONOSCENZA ed è anche un PROCESSO D’INDAGINE che prevede l’esecuzione di

osservazioni ripetibili e la formulazione di ipotesi verificabili.

RICERCA SCIENTIFICA:

i FATTI sono il punto di partenza e di arrivo e sono aspetti della realtà. La RAGIONE è la CAPACTA’ di

PROCESSARE informazioni, cioè tenta di spiegare PERCHE’ avvengono i FATTI avvengono in certi modi.

Tutto ciò avviene attraverso una METODOLOGIA SCIENTIFICA, cioè lo scienziato deve forbire la prova che le

sue ipotesi hanno resistito ad ogni tipo di FALSIFICAZIONE EMPIRICA: lo scienziato, davanti a una situazione

nuova, isola il problema e formula un’ipotesi che prima esamina e poi progetta una sperimentazione e la

sottopone a prove. L’ACQUISIZIONE DEI DATI avviene tramite l’osservazione e/o misure, la formulazione di

un’ipotesi e la verifica di questa mediante il metodo ipotetico-deduttivo. Il GRADO DI ATTENDIBILITA’ di

un’ipotesi dipende dal livello di ripetibilità delle osservazioni e degli esperimenti. Quindi il METODO

adottato dagli scienziati si basa sull’OSSERVAZIONE e sul RAGIONAMENTO INDUTTIVO (= è una

generalizzazione in grado di sommare e di sintetizzare molte osservazioni tra loro coerenti) e sul METODO

IPOTETICO-DEDUTTIVO (si basa sul principio logico “se…allora” e porta alla formulazione di PREVISIONI).

OSSERVAZIONI QUESITO IPOTESI PREVISIONE VERIFICA (tramite esperimento/osservazioni) se la

verifica SUPPORTA l’ipotesi si fanno altre previsioni per rafforzare la propria ipotesi; al contrario è

necessario riconsiderare l’ipotesi o proporne una nuova

MODELLI COMPLESSI

Si tiene conto della complessità del sistema e di tutte le sue componenti per descriverlo in modo

“realistico”, ma bisogna tener conto di tutti gli input, capire tutti i fenomeni che speso sono poco conosciuti

poiché si va incontro a una grande complessità sia operativa che interpretativa. Al contrario nei

MODELLI SEMPLICI vengono isolati i vari fenomeni così da semplificare l’interpretazione poiché sono

presenti meno input e si ha una maggiore possibilità di utilizzo a fini gestionali. Ma si ha un ridotto

“realismo ecologico”.

In un ecosistema esistono troppe componenti per poter utilizzare il METODO RIDUZIONISTA, però per

COMPRENDERE E RAPPRESENTARE alcuni fenomeni bisogna per forza adattare questo metodo per poter

isolare un determinata parte dell’ecosistema dal contesto GENERALE, sebbene poi si abbiano risultati

approssimati. In un ecosistema però, avendo una grande varietà di elementi, non sempre le leggi sono

applicabili a differenza delle LEGGI FISICHE-CHIMICHE.

COS’E’ UNA LEGGE? È una FORMULAZIONE generale che ESPRIME I RISULTATI DELL’EVIDENZA

SPERIMENTALE. I fondamenti di chimica/fisica possono essere spiegati da leggi esprimibili in modo univoco

con FORMULAZIONI MATEMATICHE che possono essere considerate formulazioni generali. Ciò appunto

NON è applicabile in ecologia

Il mondo degli organismi è organizzato secondo una SCALA GERARCHICA che si estende dalle MOLECOLE

fino alla BIOSFERA. Progredendo nel senso della complessità crescente, emergono nuove proprietà che

rappresentano il risultato delle interazioni tra gli elementi costitutivi del gradino inferiore.

BIOSFERA

ECOSISTEMA

COMUNITA'

POPOLAZIONE

ORGANISMO

ORGANO

CELLULA

GENE

SISTEMA: struttura costituita da diverse parti interagenti

SISTEMI quando è costituito da molte componenti, SOTTOSISTEMI o SUBUNITA', che

COMPLESSI:

interagiscono tra loro in modo tale che il comportamento globale non sia riducibile alla semplice somma dei

comportamenti delle sue componenti, ma dipenda in modo imprevedibile dalle mutue interazioni tra questi

ultimi. il sistema complesso non può essere considerato una semplice SOMMATORIA DEI SOTTOINSIEMI

che lo compongono.

se è costituito da un elevato numero di componenti: SOGLIA NUMERICA

• la dominanza sulla gestione dei processi è ripartita tra le diverse componenti: SOGLIA STRUTTURALE

• le diverse componenti interagiscono tra loro e sono legate da feed-back: SOGLIA FUNZIONALE

•

MODELLI

Scopo: descrivere e rappresentare schematicamente la struttura e il funzionamento degli ecosistemi,

prevedendo l'andamento in funzione della modificazione di alcuni parametri.

MODELLI COMPLESSI

Tengno conto della complessità del sistema e cercano di descriverlo nella MAGGIO PARTE DELLE

COMPONENTI;

Vantaggi: elevato realismo ecologico

Svantaggi: -grande complessità operativa ed interpretativa;

-enorme quantità di input;

-necessità di conoscere fenomeni spesso poco conosciuti

MODELLI SEMPLICI

Isolano i fenomeni particolari e cercano di descriverli.

Vantaggi: -semplicità operativa e interpretativa

-ridotti dati di input

Svantaggi: -ridotto realismo ecologico

MODELLI CHIMICO-FISICI E MODELLI ECOLOGICI:

i fondamentali della FISICA E DELLA CHIMICA possono essere spiegati da leggi esprimibili in modo univoco

con formulazioni matematiche che possono essere considerate di validità generale: principio difficilmente

applicabile in modo rigoroso all'ecologia.

CARATTERISTICHE DEI SISTEMI

APERTO: può scambiare materia e energia con l'esterno

CHIUSO: scambia energia ma non materia con l'esterno

ISOLATO: non scambia energia né materia

CIBERNETICO: mantiene l'omeostasi con meccanismi di feed-back

MODELLO DEL SISTEMA GENERALE

La realtà viene percepita nei termini di in cui ogni ente è strettamente connesso agli altri

sistemi complessi,

e in cui si instaurano complesse tra le componenti del sistema e tra esse e l'ambiente

reti di relazioni

esterno (olismo). Da queste relazioni derivano proprietà emergenti nei sistemi naturali: i sistemi sono

finalizzati al mantenimento dello stato di stazionario (teleologia)

equilibrio

(energia libera e biosfera).

Le relazioni consistono in (cicli della materia), energia (entrate ed uscite di energia),

flussi di materia

informazione, che sono concertati in modo tale che, nel sistema, si sviluppino efficienti meccanismi di

emerge senza essere progettata da

autoorganizzazione ( proprietà emergente dei sistemi complessi,

nessuno. Infatti la materia di può organizzare per sé e dar luogo a strutture dinamiche ) regolazione e

controllo (modello cibernetico)del funzionamento complessivo.

A differenza del modello newtoniano, questo modello non ha la pretesa di esporre l'intera essenza dei

fenomeni, ma si propone di fornire un'immagine efficace della realtà indagata.

CARATTERSTICHE DEI SISTEMI:

- APERTO: avviene scambio di materia e energia tra sistema e ambiente esterno

- CHIUSO: sistema e ambiente scambiano energia, ma NON materia

- ISOLATO: NESSUNO scambio

- CIBERNETICO: gli elementi INTERAGISCONO tra di loro ma tendono sempre a mantenere

l’omeostasi, cioè l’equilibrio all’interno di un sistema

MODELLO GENERALE

Si basa su principi sistematici:

Questo modello si basa sui pertinenza, olismo, teleologia, complessità.

principi_sistemici:

La realtà viene percepita nei termini di in cui ogni ente è strettamente connesso agli

sistemi_complessi,

altri e in cui si instaurano complesse reti di relazioni tra le componenti del sistema e tra esse e l'ambiente

esterno (olismo).

Da queste RELAZIONI derivano proprietà_emergenti_nei_sistemi_naturali, cioè i SISTEMI sono finalizzati al

MANTENIMENTO dello stato di equilibrio stazionario (teleologia = considerare i fini e i comportamenti),

attraverso la liberazione di energia.

Le relazioni consistono in FLUSSI di materia (cicli della materia), energia (entrate ed uscite), informazione,

che sono concertati in modo tale che, nel sistema, si sviluppino EFFICIENTI MECCANISMI

DI AUTOORGANIZZAZIONE, regolazione e controllo(modello cibernetico) del funzionamento complessivo.

A differenza del questo modello non ha la pretesa di esprimere l'intera essenza dei

modello newtoniano,

fenomeni, ma si propone di fornire un'immagine utile, efficace e pertinente della realtà indagata.

PROPRIETA’ DEI SISTEMI:

UN SISTEMA PUO’ ESSERE SCOMPOSTO IN PIU’ COMPONENTI, SPESSO CONSIDERABILI SISTEMI O

SOTTOSISTEMI.

- PROPRIETA’ COLLETTIVE O INSIEMISTICHE: sono deducibili attraverso lo studio delle proprietà delle

singole componenti del sistema. La VARIABILITA’ tende a diminuire con l’AUMENTARE DELLE

DIMENSIONI del sistema

- PROPRIETA’ EMERGENTI: NON si possono prevedere dallo studio delle singole componenti, cioè le

proprietà dell’insieme NON SONO RIDUCIBILI alla somma delle proprietà delle singole parti. Le

nuove proprietà emergono perché le componenti interagiscono tra loro e vanno perciò osservate

per ogni livello di organizzazione.

Emergenza: sottolinea il carattere di “novità”, “non deducibilità” di proprietà appartenenti

o a un livello superiore e non a quello inferiore. Infatti a ogni livello del reale emergono

nuove proprietà che pur non contraddicendo quelle del livello più basso non possono

essere derivate da queste.

Es. le spugne sono animali privi di sistema nervoso e sono composte da varie cellule che, se

o vengono separate, poi tendono sempre a interagire tra di loro e a riformare la spugna.

Es. le cellule epatiche compongono le pareti del fegato, ma non gli conferiscono tutte le

o proprietà che lo caratterizzano

Es. in una cordata alpinistica i limiti della cordata NON COINCIDONO con i limiti

o dell’elemento più debole

1. AUTOORGANIZZAZIONE: è una PROPRIETA’ EMERGENTE dei sistemi complessi, cioè la

materia si può organizzare di per sé e dar luogo a strutture dinamiche che prima

potevano essere assenti e che non sono caratteristiche dei singoli elementi componenti

- FEED-BACK E RIDONDANZA: conferiscono stabilità al sistema

- OMEOSTASI: tendenza a conservare il proprio stato stazionario dinamico

- OMEORESI: tendenza a perseverare nella propria direzione(success)

- RESISTENZA(R) attitudine a cambiare poco sotto uno stimolo

- RESILIENZA (r) attitudine a riprendere rapidamente lo stato iniziale

STATO DI EQUILIBRIO STAZIONARIO o STATO DI STABILITA’ DINAMICA

Vi è equilibrio se le MASSE, pur con delle fluttuazioni, sono COSTANTI nei singoli comparti. L’ECO-

ORGANIZZAZIONE recupera sotto forma di materie prime tutti i sottoprodotti in una condizione di

AUTOSUFFICIENZA, in cui le uniche necessità sono l’energia solare e i sali minerali provenienti dalla

decomposizione delle rocce. Il CLIMAX è lo stato di equilibrio stazionario verso il quale tendono gli

ecosistemi se il climax viene distrutto da perturbazioni disorganizzarci, subentra il fenomeno

dell’EVOLUZIONE.

- Ogni equilibrio ecologico è NECESSARIAMENTE DINAMICO, poiché è la risultante di un numero di

componenti che cambia qualitativamente e quantitativamente nel tempo.

STATO DI EQUILIBRIO STAZIONARIO

In biologia il termine equilibrio è molto radicato nel linguaggio ecologico.

In un ecosistema vi è equilibrio se le masse, a breve o lungo periodo, sono, pur con delle fluttuazioni (per

costanti nei singoli comparti.

esempio, nei paesi temperati, secondo cicli stagionali) in linea di massima

Lo stato di equilibrio stazionario verso il quale tendono gli ecosistemi viene definito dagli ecologi "climax":

esso può mantenersi indefinitamente, a parità di altre condizioni; se il climax viene distrutto da

perturbazioni disorganizzatrici, subentra il fenomeno dell'evoluzione.

Ogni equilibrio ecologico è necessariamente DINAMICO essendo la risultante statistica di un'enorme

numero di componenti che cambiano nel tempo.

Alcune delle peculiarità degli organismi

L’organizzazione strutturale ordinata

o La riproduzione

o La crescita e lo sviluppo

o L’utilizzazione dell’energia in varie forme

o Le risposte agli stimoli ambientali

o Gli adattamenti evolutivi

o L’omeostasi

o

ALL’INTERNO DI UN SISTEMA:

1. IL FIUME E LE SUE FUNZIONI:

GEOMORFOLOGICHE E IDROLOGICHE: attraverso l’erosione e deposito trasportano

o sostanze solide e favoriscono la distribuzione di nutrienti; mantengono pulito il bacino

idrografico; trasportano e distribuiscono l’acqua; formano e modellano i paesaggi.

ECOLOGICHE: attraverso il trasporto dei nutrienti, riequilibrano gli apporti tra materiali e

o nutrienti; favoriscono la formazione di habitat; determinano la diversità del paesaggio.

ESTETICO PERCETTIVO

o ANTROPICHE: l’acqua dei fiumi viene utilizzata in ambito agricolo, per uso ricreativo e per

o bere; depura e conserva la natura; è un bene pubblico che tutti possono utilizzare.

2. IL BOSCO E LE SUE FUNZIONI:

ECOLOGICA: il bosco ha un funzione stabilizzante e antierosiva del suolo e favorisce la

o depurazione delle acque (FUNZIONE PROTETTIVA). Qui è dove avvengono i cicli delle

componenti gassose e non (polveri) ed ha una forte influenza sui fattori climatici (es. vento,

temperatura…), sulle comunità animali e vegetali, sul paesaggio e sulla biodiversità.

SOCIALE: escursionistica, estetico-ricreativa, scientifica, culturale.

o PRODUTTIVA: viene sfruttato nel settore primario e secondario (per la produzione di

o legname, in alimentazione e in attività indirette)

Il DISBOSCAMENTO a favore dell’agricoltura e dell’allevamento può portare a un’alterazione

dei servizi degli ecosistemi: le forti piogge portano via tutto il nutrimento del suolo e, insieme al

vento e all’allevamento, erodono anche i suoli superficiali. Inoltre le forti piogge e la mancanza

di radici provocano l’esondazione del fiume, mentre la costruzione di strade creano instabilità

nel terreno. Il tutto porta a una diminuzione dell’evapotraspirazione e quindi a un’alterazione

dell’ecosistema.

Quindi l’EFFICACIA DI UN ECOSTISTEMA dipende dalle COMPLESSE INTERAZIONI biologiche, chimiche e

fisiche che a loro volta vengono CONDIZIONATE dalle attività umane. La DISTROFIA è la perdita delle

funzioni che si verifica quando si BANALIZZA IL SISTEMA e diventa così VULNERABILE.

La RISORSA è un ELEMENTO DEL PAESAGGIO INDISPENSABILE ALLA SOPRAVVIVIENZA DEL SISTEMA

ECOLOGICO. Una RISORSA RINNOVABILE è capace di rigenerarsi se gestita in modo opportuno; una

RISORSA NON RINNOVABILE è una risorsa che non si può rinnovare di cui si rischia quindi una perdita

progressiva (suolo, ghiaia, minerali) IL PAESAGGIO

SCALA, GRANA, ESTENZIONE

Gran parte degli studi ecologici riguardano scale di dettaglio che NON SEMPRE possono portare a

formazioni esaustive riguardanti scale globali e i risultati ottenuti non possono essere sempre traslati su

un’altra scala.

- TESSERA è UNITA’ AMBIENTALE, cioè la più piccola unità OMOGENEA (es. pendio, sponda di un

torrente caratterizzato da una associazione vegetale

- PIASTRELLA O ECOTOPO è complesso di associazioni (sigmassociazione)

- PAESAGGIO è la risultante di tutte le strutture e processi.

Un modo comune di QUANTIFICARE un territorio è di definire un pezzo di terra e calcolare la sua

ABBONDANZA. La parte del territorio racchiusa all’interno del quadrato si chiama “percentuale di

copertura”. Attraverso questa tecnica si può calcolare la percentuale di copertura suddividendo il territorio

in quadrati e contandoli, dividendo, a sua volta, il risultato per il numero di quadrati (ognuno può decidere

in quanti quadrati suddividere il territorio. In pratica, la percentuale di copertura è calcolata costruendo un

reticolato sulla mappa. Più è alto il numero dei quadrati utilizzati maggiore sarà la precisione della

descrizione di quel territorio (= piccoli quadrati, maggiore precisione).

- ESTENSIONE: quando viene cambiata l’AREA DI ESTENSIONE di studio patch “artificiali” che

subiscono un errore di “troncamento”. Le patches non sono elementi fissi di un paesaggio, ma degli

ARTIFICI che variano a seconda dell’oggetto di studio.

- GRANA: maggiore è la grana peggiore è la risoluzione.

- ELEMENTI:

1. DISTRIBUZIONE: per schematizzare la distribuzione delle MACCHIE PAESISTICHE bisogni

rappresentarle attraverso un cerchio o, se ciò non è possibile, attraverso cerchi più piccoli e

ravvicinati per minimizzare la dispersione di energia, ma comunque ridurre AL MINIMO le

distanze tra punti raggruppandoli e non rappresentandoli in maniera lineare.

2. FUNZIONE: la disposizione degli elementi condizionano le FUNZIONI E I PROCESSI

IN COSA DIFFERISCONO I VARI PAESAGGI: 2 paesaggi possono avere STESSI elementi nelle stesse quantità,

ma cambiano FORMA E DISTRIBUZIONE, rendendo un territorio più specializzato di un altro, con più o meno

interazioni, ritrovandosi quindi diverso grado di COMPLESSITA’.

MODELLO BIOCENOTICO viene utilizzato per analizzare la frammentazione degli habitat e lo stato della rete

ecologica.

LA CONFIGURAZIONE DEL PAESAGGIO dipende da:

1. Cause ABIOTICHE:

CLIMA: la distribuzione dei biomi sulla Terra dipende dai pattern climatici a livello globale,

o mentre gli effetti della posizione latitudinale e continentale sono modificate localmente

dalla topografia, portando a una eterogeneità a scala di dettaglio dei pattern climatici.

MORFOLOGIA: quota, esposizione, pendenza influiscono sulla TEMPERATURA dell’ARIA e

o del SUOLO; la MORFOLOGIA in sé influisce su FLUSSI DI ORGANISMI, ENERGIA, MATERIA

attraverso un paesaggio, ma influisce anche sulla frequenza di DISTURBI NATURALI come

fuoco o venti.

2. Cause biotiche (competizione):

ESCLUSIONE PER COMPETIZIONE: la competizione tra 2 specie in un paesaggio pu&og