Ecologia generale

LA MATERIA

La materia è tutto ciò che è dotato di massa e che occupa uno spazio; si può trovare

nei diversi stati di aggregazione, cioè solido, liquido o aeriforme. È costituita da

un’aggregazione

elementi, a loro volta costituiti da di atomi; gli atomi stessi unendosi

danno vita ai composti (= molecole). Quando la materia cambia forma, volume o stato,

la sua massa non varia.

La materia non viene né creata né distrutta, ma riciclata di continuo.

La chimica organica è organizzata intorno al carbonio (C), che rappresenta più della

metà del peso secco delle cellule.

Le macromolecole più importanti sono:

 PROTEINE, formate da polimeri di AMMINOACIDI; comprendono:



Enzimi mediano le reazioni chimiche



Recettori trasferiscono segnali specifici

trasportano sostanze specifiche verso l’interno o



Trasportatori

l’esterno della cellula

 ACIDI NUCLEICI (DNA ed RNA), formati da polimeri di nucleotidi

 CARBOIDRATI, si dividono in monosaccaridi (zuccheri semplici, come il

(polimeri di monosaccaridi, come l’amido; rappresentano

glucosio) e polisaccaridi

le riserve di sostanze nutritive)

 LIPIDI, svolgono diverse finzioni: compongono la membrana cellulare e

rappresentano le riserve di sostanze nutritive

TEORIA CELLULARE:

1. Tutti gli organismi sono costituiti da cellule

2. Le cellule hanno origine da altre cellule

Le reazioni chimiche avvengono all’interno delle cellule

3.

4. Struttura gerarchica tra le cellule

Condizioni per la Vita

Deve essere presente:

 Fonte luminosa, come il sole

 Atmosfera, che protegga dai raggi UV e dalle meteoriti

 Acqua, nei 3 stati di aggregazione; occupa i ¾ della superficie terrestre e

costituisce il 60-80 % della massa degli organismi. Funzioni:

Medium per le reazioni biochimiche

Solvente per le reazioni polari e ioniche

Trasporta materia sia a livello cellulare che di ecosistema 1

Dominio Batteri Dominio Archea Dominio Eucarioti

Antenato Comune



Batteri organismi unicellulari procarioti; presentano una parete cellulare e non

una membrana nucleare, per cui il DNA circolare è disperso all’interno del

possiedono

citoplasma. 

Es: stomatoliti sono batteri che inglobano carbonato di calcio (CaCO ) e sostanze

3

inorganiche, andando a formare complessi solidi e globosi



Archea organismi unicellulari, che mantengono caratteristiche procarioti, con una

parete cellulare contenente glicerolo; sono organismi in grado di sopravvivere a

condizioni estreme. Si suddividono in:

 Termofili, sopravvivono a T > 100 °C

 Psicrofili, sopravvivono a T < -10 °C

 Acidofili, sopravvivono in ambienti acidi

 Alcalofili, sopravvivono in ambienti alcalini

 Alofili, sopravvivono in condizioni di elevata salinità

Gli organismi eucarioti possono essere:

 

Eterotrofi non sintetizzano sostanza organica, ma la assumono attraverso

organismi che l’hanno già sintetizzata

 

Multicellulari sono organismi costituiti da più cellule, raggiungendo

un’organizzazione molto complessa

 

No Parete Cellulare essa è stata sostituita dalla membrana cellulare (o

plasmatica)

 

Movimento Attivo sono in grado di muoversi liberamente in acqua, aria e

suolo; esistono delle eccezioni, ad esempio in ambiente acquatico sono presenti

organismi sessili (ancorati ai substrati), dotati però anch’essi di movimenti,

anche se minimi variano enormemente; quest’aspetto è legato anche

 

Diversità delle Forme

alla grande varietà di colorazione

 

Diversità di Habitat inerente al luogo in cui vive un determinato organismo

 

Riproduzione Sessuata accompagnata da dimorfismo sessuale (gonocorismo =

sessi separati); successivamente alla fecondazione, vi è la formazione

dell’embrione. Eccezioni: partenogenia, che caratterizza soprattutto gli

organismi acquatici, importante per gli studi in eco-tossicologia (es: Dafnia

mania) 2

Organizzazione della Materia

In natura, essa è organizzata secondo diversi livelli di complessità, detti SISTEMI.

Un sistema è un insieme di componenti interdipendenti, che regolarmente

interagiscono tra loro a formare un tutt’uno; si dividono in:

subatomiche all’universo

1. FISICI, dalle particelle

2. BIOLOGICI, comprendono la materia organica nei suoi vari livelli, dalle

macromolecole alla biosfera

3. ECOLOGICI, comprendono i livelli tra individuo (o popolazione, a seconda delle

scuole di pensiero) e sistema globale

l’ecosistema e le interazioni tra la componente

4. AMBIENTALI, comprendono

biologica, abiotica e i fattori ambientali. A loro volta si suddividono in:



Naturali (ecosistema, bioti) ecosfera = biosfera + litosfera + criosfera

+ idrosfera + atmosfera



Umani sistemi naturali + fattori ambientali culturali 3

LE SEI SFERE

Idrosfera

Comprende tutta l’acqua allo stato liquido, in qualunque luogo essa sia presente.

Biosfera

È comparsa circa 500 milioni di anni fa ed ha modificato profondamente la Terra.

Comprende la totalità degli organismi viventi, a qualunque regno essi appartengano;

presenta proprietà omeostatiche ed esercita quindi un controllo sull’ambiente

all’omeostasi è molto importante il ruolo della comunità biotica

geochimico. Riguardo

(anche se una corrente di pensiero ritiene che sia più importante il ruolo dei sistemi

geologici).

Offre condizioni favorevoli allo sviluppo e alla persistenza della vita; per ciò necessita

di 3 condizioni fondamentali:

1. Acqua in forma liquida

2. Energia che giunge da fonti esterne (sole) 

3. Relazioni tra stato solido, liquido e gassoso della materia CICLI

BIOGEOCHIMICI

Solamente una piccola parte della biosfera è oggi usata direttamente dagli uomini; con

una tecnologia globale, l’umanità si avvia ad incidere su tutta la biosfera, sulla

regolazione del clima, sulla composizione dell’atmosfera, sulle riserve d’acqua, sui cicli

biogeochimici e su molti altri fattori e processi ambientali.

Racchiude uno spessore di 100 m, prescindendo dagli animali che volano o nuotano

rispettivamente ad altezze e profondità superiori. Il limite della biosfera delle alte

altitudini, è data dalla mancanza di ossigeno; ci sono animali e uomini (come gli sherpa),

che hanno sviluppato modificazioni che gli permettono di sopravvivere. Nei mari,

4

invece, la vita è possibile solo in determinate fasce, mentre a grandi profondità sono

presenti solo pochissime specie e, in particolare, batteri; gli organismi autotrofi sono

condensati nei primi 200 metri, mentre al dì sotto de questa profondità non passano

più i raggi solari, per cui vi sono solo organismi eterotrofi.



IPOTESI di GAIA (Lovelock, 1979) la biosfera regola e mantiene il clima e la

composizione dell’atmosfera ad uno stato ottimale:

Bilancio dei gas dell’atmosfera

 Ciclo dell’acqua



 Consolidamento delle coste e delle terre emerse

 Bio-condizionamento dei fattori fisici

 Rallentamento dei processi entropici

La nostra Terra è come un unico grande sistema caratterizzato da una grande

capacità di auto-regolazione degli ambienti chimico e fisico.

il pensiero scientifico e l’attività della scienza costituiscono una



VERNADSKIJ

forza biologica che agisce sulla biosfera:

 

Geosfera Biosfera Noosfera

Criosfera

Comprende la totalità dei ghiacci, sia montani che marini. Il ghiaccio di congelamento

si trova nelle zone di permafrost, nel terreno o in fratture della roccia; può essere

presente anche in grotte.

In realtà la criosfera non comprende il ghiaccio in sé, ma tutti gli organismi vivi che

sono contenuti all’interno di esso. Ciò è dovuto ai cicli di congelamento e

scongelamento, che permettono di intrappolare migliaia di microrganismi (batteri e

alghe unicellulari).

Luoghi in cui incontriamo la maggior parte del ghiaccio compreso nella criosfera:

 

Calotta Antartica è divisa in due parti: occidentale (più piccola) ed orientale

(comprende il 78% dei ghiacciai presenti sulla terra). Qui il ghiaccio si forma

lentamente, per la scarsità di precipitazioni, ma anche la sua fusione è molto

lenta, per la rigidità delle temperature. Infatti qui si trova il ghiaccio più

antico della terra.

Nelle parti inferiori della calotta avviene un processo continuo di congelamento

e successivo scongelamento dell’acqua marina, che ghiaccia solo in superficie,

mentre negli strati inferiori rimane allo stato liquido, dove proliferano i

microrganismi. Con lo scongelamento, essi vengono liberati. Questo processo è

importante per il ciclo vitale di molti animali marini (es: balene).

Le alghe unicellulari che vengono intrappolate sono dette alghe simpagiche.

 Permafrost presente nelle zone continentali ad alte latitudini (zona



periglaciale); anche qui la formazione del ghiaccio è causata dalla rigidità delle

temperature. Il permafrost presenta vari strati, il più importante dei quali è

quello superficiale, detto anche strato attivo, in quanto è soggetto a cicli di

congelamento e scongelamento. 5

All’interno dello strato superficiale si formano comunità microbiotiche, che con

lo scongelamento vengono liberate; esse sono in grado di consumare la sostanza

organica presente in questo strato, in modo anaerobico, provocando la

fuoriuscita di metano e anidride carbonica (quest’ultima prodotta dagli stessi

microrganismi, essendo in grado di formarla partendo dal metano).

Tecnosfera

E’ l’ambiente fisico regolato dalla tecnologia dell’uomo, che provoca la frammentazione

l’uomo e le sue attività,

del territorio. Quindi comprende includendo le trasformazioni

territoriali ed i fenomeni ambientali da esse causati (inquinamento), o più in generale,

le tecnologie sviluppate dall’uomo; per questo motivo è detta anche ANTROPOSFERA.

Gerarachia

Individuo

Popolazione

Comunità

Ecosistemi ECOLOGIA

Paesaggi

Biomi

Biosfera unità basilare dell’ecologia, che risponde agli stimoli L’insieme

 ambientali.

Individuo

delle nascite e delle morti determina la dinamica delle popolazioni. Le interazioni tra

individui di una stessa specie e di specie diverse, definiscono la COMUNITA

(biogenesi)’. Ogni individuo trasmette i suoi geni alle generazioni successive.

 insieme di individui appartenenti alla stessa specie.

Popolazione

 gruppo di popolazioni i cui individui possono incrociarsi e dare prole fertile

Specie

(ibridi). Se gli ibridi sono sterili, non danno origine ad una nuova specie (es: mulo =

asino + cavalla; bardato = asina + cavallo).

 popolazioni di specie diverse, che interagiscono tra loro nello

Comunità o Biogenesi

spazio e nel tempo.

 configurazione spaziale di porzioni (patches) di un territorio di dimensioni

Paesaggi

rilevanti per l’organismo considerato.

 grandi comunità biologiche (terrestri), determinate dal clima e

Biomi

caratterizzate dal paesaggio vegetale. Per estensione si considerano biomi anche altre

regioni, come gli oceani.

SPECIE

Individui appartenenti alla stessa popolazione, che interagiscono tra loro nello spazio

tra loro e non con gli individui di un’altra

e nel tempo; sono in grado di riprodursi

specie, poiché i discendenti sono sterili. 6

Esistono attualmente 5 milioni di specie, derivate dall’evoluzione e dall’estinzione di

altre specie meno adatte.

Le specie non sono risorse inesauribili, ma possono scomparire a causa di cambiamenti

e climatici e di catastrofi naturali, ma soprattutto per causa dell’uomo.

ambientali

Tuttavia quando invadono nuovi ambienti possono causare problemi non essendo idonee

a vivere in quel determinato ambiente, non essendo il loro habitat. 7

SISTEMI

I sistemi possono essere di 3 tipi:

sistema che può scambiare materia ed energia con l’ambiente



1. APERTO

esterno (organismi ed ecosistemi)



2. ISOLATO sistema che non può scambiare né energia né materia con

l’ambiente esterno

sistema che non può scambiare materia con l’ambiente esterno, ma



3. CHIUSO

può scambiare energia (es: Terra)

I sistemi viventi sono aperti e a bassa entropia, che mantiene il sistema lontano

dall’equilibrio termodinamico.

Es: il Sole attraverso i raggi solari

l’energia solare viene trasformata in energia termica e viene

 

Roccia

irradiata o dissipata di notte; non avvengono ulteriori trasformazioni di energia

l’energia luminosa

 

Pianta viene trasformata in energia di legame chimico

(ATP o NADP), che viene utilizzata per la sintesi di sostanze glucidiche

(nutrizione erbivori)

Entropia (Clausious, 1865): è la funzione di stato di un sistema termodinamico, che

definisce l’entità della degenerazione di energia. Ogni trasformazione energetica

aumenta l’entropia, quindi una parte di questa energia viene dissipata sottoforma di

calore. Il termine entropia viene usato anche come indice generale del disordine

associato alla degradazione di energia.

Quando si parla di entropia in un sistema biologico, deve essere preso sempre in

relazione alle condizioni dell’ambiente esterno. Oltre ai sistemi biologici, anche quelli

ecologici sono lontani dall’equilibrio termodinamico, altrimenti la vita non esisterebbe.

In condizioni normali si ha un passaggio naturale dall’ordine al disordine, a meno che

non intervenga una forza esterna.

Ciascun sistema è caratterizzato da:

 

AMBIENTE ESTERNO è il sistema delle condizioni e relazioni che si attuano

all’interno del sistema, che ne costituisce una componente

 

AMBIENTE INTERNO insieme delle condizioni e relazioni che si sviluppano

fra le sue componenti interne

Proprietà dei Sistemi

1. Scambio di materia ed energia

2. Gli elementi di un sistema costituiscono una rete di interazioni

L’insieme delle interazioni forma le PROPRIETA’ EMERGENTI

3. L’insieme agisce sulle parti

4. L’organizzazione dell’insieme è di tipo

5. gerarchico. Più che altro vi è

un dato livello dell’organizzazione ambientale non ha come

un’appartenenza: 8

unici referenti solo i livelli immediatamente superiore e inferiore, ma tutti

quelli superiori e inferiori.

PRINCIPIO delle PROPRIETA’ EMERGENTI:

Proprietà Emergenti ≠ ∑ proprietà delle singole parti

Questo perché le proprietà emergenti, sono proprietà nuove, sviluppate dalla

combinazione di una o più componenti gerarchiche (es: combinazione di atomi;

combinazione di cellule, tessuti e organi).

CONSEGUENZE delle PROPRIETA’ EMERGENTI:

 Sistemi gerarchicamente integrati evolvono più rapidamente dei loro

componenti

 Le interazioni tra le componenti non modificano la natura delle stesse, ma danno

origine a proprietà nuove ed esclusive

 I sub-insiemi, anche se separati, conservano la capacità di riorganizzarsi ad un

livello di complessità più alto

I sistemi ambientali, grazie alle proprietà emergenti, avranno la capacità di superare



le situazioni di degrado e criticità tendenza del sistema a

Sistema Stazionario:

di ordine interno, stazionario e lontano dall’equilibrio; i sistemi

persistere nello stato

hanno uno stato stazionario che, a seguito di perturbazioni, gli permette di

ripristinare una configurazione diversa rispetto alla precedente

Meccanismi di controllo cibernetici

Feed-back Ridondanza

Stabilità

di Resistenza di Resilenza

attitudine del sistema di capacità del sistema di

rimanere nello stato stazionario riprendere lo stato stazionario dopo che

la situazione negativa è passata

Quando il sistema si scosta dallo stato stazionario, entra in stress e tende a tornare

alla situazione iniziale:

 

OMEOSTASI tendenza a stabilire a perseverare nel proprio stato dinamico,

anche in presenza di perturbazioni

 

OMEORESI tendenza del sistema in fase di sviluppo a perseverare nella

propria direzione anche in presenza di perturbazioni

a sacco dell’ossigeno nei corsi d’acqua

Es: curva 9

P: inquinamento organico

R: funzione di resistenza

r: funzione di resilenza

corso d’acqua turbolento ; b corso d’acqua laminare

 

a

La saturazione dell’acqua che si calcola, dipende dai fattori che incidono sul fiume nel

momento in cui sono state fatte le misurazioni.

Cambiamenti Culturali l’Homo sapiens sapiens

 

RIVOLUZIONE AGRICOLA è presente da 40.000

anni; per 30.000 anni sono stati cacciatori e agricoltori, dopo hanno introdotto

la prima tecnica di coltivazione agricola. Ciò ha provocato il primo impatto

ambientale ( abbattimento e combustione delle foreste tropicali)

iniziò in Inghilterra verso la metà del ‘700 e

 

RIVOLUZIONE INDUSTRIALE

rappresentò lo spostamento dell’uso delle fonti di energia rinnovabile all’uso di

l’invenzione di macchinari per

energie non rinnovabili; simultaneamente avvenne

una produzione su larga scala. Si ha una maggiore dipendenza da risorse non

rinnovabili e un aumento dell’uso di prodotti chimici, molte volte tossici.

Si ha inoltre l’uso di attrezzature agricole più efficienti e fertilizzanti, che

portano ad un aumento dei raccolti.

Tutto ciò portò alla nascita di industrie, città industriali e ad un aumento

demografico. La popolazione ebbe