Ecologia Condizioni, risorse e Fattori limitanti la Produttività

RISORSE AMBIENTALI

radiazione solare

La risposta della fotosintesi da parte delle foglie di vari tipi di piante

verdi (misurata come captazione di anidride carbonica) all’intensità della

radiazione solare a temperature ottimali e con disponibilità naturale di

anidride carbonica. RISORSE AMBIENTALI

acqua

La diversa disponibilità di acqua condiziona la fotosintesi

le caratteristiche morfologiche

Profili di apparati radicali di piante in

ambienti contrastanti.. Specie

temperate settentrionali di terreno

aperto: (a) Lolium multiflorum (= L.

italicum), una graminacea annuale;

(b) Mercurialis annua (mercorella),

una euforbiacea infestante annuale;

( c) Aphanes arvensis e (d) Sagina

procumbens, entrambe piante

infestanti effimere. RISORSE AMBIENTALI

nutrienti minerali

L’apparato radicale sviluppato da una giovane

Plantule di senape sono state fatte crescere pianta di frumento che si accresce attraverso un

in provette di suolo contenente fosfato suolo sabbioso con uno strato di argilla. L’argilla

marcato con un isotopo radioattivo. La offre più risorse nutrienti e trattiene più acqua

figura è un’autoradiografia; le zone da cui rispetto alla sabbia e le radici rispondono

le plantule hanno assorbito il fosfato ramificandosi più intensamente nell’argilla.

appaiono bianche.

CAPTAZIONE ATTIVA : risposta diminuzione disponibilità sostanze nutritive

Quali condizioni o risorse sono

critiche per la vita e la

funzionalita’ di un organismo?

esempi

 per un organismo che vive in

ambiente terrestre o subaereo:

temperatura, umidita’, concentrazione dei gas atmosferici, natura

del suolo, l’illuminazione, ecc.

 per un organismo che vive in ambiente acquatico:

temperatura, illuminazione, tipo e concentrazione dei sali e dei gas

disciolti, pH, ecc.

• quali sono le misure importanti?

- media, intervallo, estremi

(variano da specie a specie, ma in genere gli estremi sono I piu’ critici )

FATTORI LIMITANTI

Condizione limitante o fattore limitante è qualsiasi condizione o risorsa che si

avvicini o superi i limiti di tolleranza.

In condizione di equilibrio stazionario (flusso di energia e materia in entrata

bilencia quello in uscita), le sostanze essenziali disponibili in quantità

vicinissima al minimo necessario tendono a divenire limitanti. (legge del

minimo di Liebig)

Laboratorio di Liebig a Giessen, 1840

Legge del Minimo (legge di Liebig)

Liebig

• osservò che la crescita delle colture era spesso inibita

dalla carenza di un elemento essenziale, che nel suolo era presente in

quantità limitante, cioè disponibile a bassa concentrazione

nell’ambiente perchè necessario proprio a quella concentrazione

ESEMPI sull’importanza e sui limiti del concetto “fattore

limitante”

Es. Baia a Sud di Long Island, grandi allevamenti di ostriche vs allevamenti di oche

Alta concentrazione nutrienti per presenza di “oche” - aumento fertilizzazione (aumento

azoto organico),

cambiamento rapporto: azoto inorganico/fosforo – diversi i produttori

Fitoplancton endemico:

diatomee, flagellati verdi e dinoflagellati: utilizzano azoto inorganico

Sostituito da:

flagellati verdi del genere Nannochloris e Stichococcus – urea, acido

urico e ammoniaca

ESEMPI sull’importanza e sui limiti del concetto “fattore

limitante”

 Studi sulle distribuzioni ai margini e sull’abbondanza al centro

dell’area geografica (fattori diversi intervengono)

Esperimenti di arricchimento

 Esperimenti atti a determinare fattori limitanti biotici – rimozione e

 aggiunte di popolazioni delle varie specie

Esperimenti di limitazione multipla



Esperimenti di arricchimento per campioni provenienti dal Mar dei

Sargassi

Nutrienti aggiunti alle colture Incremento relativo di C nelle colture*

14

sperimentali

Nessuno (controlli) 1,00

Azoto (N) + fosforo (P) 1,00

N + P + metalli (escluso il ferro) 1,08

N + P + metalli (compreso il ferro) 12,90

N + P + ferro 12,00

*L'incremento di C nelle colture è una misura della produttività primaria.

14

Fonte: W. M. Dunstan e J. H. Ryther, Nutriens limiting the production of phytoplankton in the

Sargasso Sea, with special reference to iron, Deep Sea Research, 7:276-281 (1961)

FATTORI LIMITANTI

La capacità potenziale di una “risorsa” di limitare l’accrescimento di una

popolazione si dice fattore limitante

“Limitanti” sono quelle sostanze disponibili in quantità vicinissime al minimo

“Legge di Liebig”

1. Equilibrio stazionario – resa dei raccolti è limitata da sostanze rare

2. Interazione dei fattori – determina una modificazione della velocità di

utilizzazione del fattore limitante stesso

Es. zinco – ombra interazione nella crescita di piante

“Legge di Shelford” della tolleranza: concetto di effetto limitante del fattore

massimo come quello minimo

LIMITI DI TOLLERANZA – TEST DI STRESS

LIMITI DI TOLLERANZA

Un fattore limitante può essere non solo una sostanza presente

in quantità troppo esigua, ma anche presente in eccesso (legge

della tolleranza di Shelford).

La distribuzione degli individui sarà controllata da quel fattore

ambientale per il quale l’organismo ha il più ristretto range di

tolleranza

COROLLARI ALLA LEGGE DELLA TOLLERANZA

Gli organismi possono avere un ampio intervallo di

1 tolleranza per un fattore ed un intervallo più

limitato per un altro.

Gli organismi con ampi intervalli di tolleranza per

2 tutti i fattori sono probabilmente quelli più

ampiamente diffusi.

3 Spesso gli organismi in natura non vivono sempre

entro l’intervallo ottimale.

La riproduzione è un periodo critico in cui i fattori

4 ambientali possono essere limitanti.

Fattore limitante:

Un fattore ecologico che assume valori che superano i limiti

dell’intervallo di tolleranza per un dato organismo determinerà:

Tolleranza e distribuzione



Gli intervalli di tolleranza definiscono le condizioni

ambientali che influenzano la distribuzione degli

organismi delle diverse specie



Fattori climatici e del suolo sono particolarmente

importanti (es. Piante)



Un organismo risponde a un aspetto specifico del

clima o del suolo, non alle condizioni generali.

L’intervallo di tolleranza per ogni fattore varia:

 Da uno stadio a un altro per lo stesso individuo.

 Da un individuo all’altro della stessa specie.

 Da una specie all’altra.

Intervalli di tolleranza diversi per specie

diverse

Specie Intervallo Optimum

Uova di rana 0 C to 30 C 22 C

o o o

Uova di trota 0 C to 10 C 8 C

o o o

Gli intervalli di tolleranza possono

essere modificati da

 Interazioni tra fattori

 Interazioni tra organismi

Importanza del concetto “fattore limitante”

Interazione dei fattori:

 un’elevata concentrazione o disponibilità di certe sostanze

 l’influenza in un certo fattore su quello limitante

può modificare la velocità di utilizzazione del fattore limitante

stesso.

Esempi:

Molluschi utilizzano il calcio per la formazione delle conchiglie. In ambienti dove

abbonda lo stronzio, usano quest’ultimo.

Alcune piante mostrano una minore richiesta di zinco quando crescono all’ombra

Legge della tolleranza (legge di Shelford)

Le specie vivono e si riproducono solo all’interno di un determinato

intervallo di tolleranza

limite minimo limite massimo

di tolleranza di tolleranza

zona di zona di zona di zona di

non stress stress non

intervallo ottimale

tolleranza fisiologico fisiologico tolleranza

raro assente

raro

assente

popolazione massima

abbondanza

disponibilta’ del fattore ecologico alta

bassa LIMITI DI TOLLERANZA

Confronto dei limiti relativi di tolleranza degli organismi stenotermi ed

euritermi. Il minimo, l’optimum e il massimo sono molto vicini per una

specie stenoterma, e quindi una piccola differenza nella temperatura che

potrebbe avere un effetto minimo su una specie euriterma, è spesso critica.

Si noti che gli organismi stenotermi possono tollerare basse temperature

(oligotermi), alte temperature (politermi) o medie (secondo Ruttner, 1963).

Steno - Euri

Questi prefissi descrivono l’ampiezza dell’intervallo di tolleranza

rispetto a un determinato fattore ecologico.

Per esempio, una specie di pianta con un ambito di tolleranza

ristretto per la temperatura e’ detta stenoterma.

Una specie di pianta con un’ampio ampia tolleranza per la

temperatura e’ detta euriterma.

I prefissi possono riferirsi a:

 Una tolleranza ambientale generale.

 Uno specifico fattore abiotico.

filo - fobo

Questi suffissi sono usati per descrivere specie che

favoriscono un estremo di un gradiente ambientale

Per esempio, una specie di pianta che vive di

preferenza in habitat nevosi e’ detta chionofila,

mentre una che vive solo in habitat privi di neve e’

detta chionofoba.

Adattamenti alla temperatura

• Alcuni organismi hanno intervalli di tolleranza per la

temperatura molto ristretti , altri ampi

• Alcuni batteri tollerano da 0° a44°C

• Alcuni parassiti tollerano solo intervalli di temperatura di pochi

gradi

La temperatura degli ospiti e’ mantenuta costante (omeotermi)

Fattori abiotici

• temperatura

– temperature elevate

• rottura membrane cellulari

• denaturazione enzimi

• alcuni organismi sono

adattate alle temperature

elevate

– temperature basse batteri termofili, Nevada

• congelamento

• alcuni animali e piante

hanno sostanze “antigelo” “Cool” arctic fish (sp.?)

Le reazioni enzimatiche

si svolgono alla velocita’

massima

Le reazioni enzimatiche si

svolgono a velocita’ crescente

Gelificazione delle membrane; Denaturazione delle proteine;

processi tanto lenti da impedire disfacimento delle membrane

l’accrescimento citoplasmatiche

ghiaccio intracellulare lisi termica

Se un fattore ecologico fluttua stagionalmente al di la’

dell’intervallo di tolleranza di un organismo, si puo’ avere:

 Morte

la specie scompare dall’area a meno che non si verifichi una

nuova invasione

 Morte di uno stadio vitale

es. muoiono gli adulti ma alcuni stadi, come uova, pupe, semi,

con un intervallo di tolleranza piu’ ampio, sopravvivono

banche del seme

 Passaggio a condizioni di resistenza