Ecologia (no demoecologia)

ECOLOGIA - SANTINI

25 febbraio2019

STORIA

L’ecologia è una scienza relativamente giovane rispetto alle discipline

naturalistiche tradizionale. Ha un campo d’azione molto vasto perché va

dalle molecole fino alla biosfera (ad esempio il cambiamento climatico) ed è

una scienza di base perché si indagano alcuni fenomeni per il puro interesse

di capire come funzionano ma sta diventando anche una scienza sempre più

applicata. Il termine ecologia spesso viene utilizzato in maniera impropria.

Nasce ufficialmente nel 1866 quando Ernst Haeckel (naturalista tedesco)

conia per la prima volta nel suo libro il termine “ecologia” e lo fa prendendo

due parole greche “olikos” e “logos” (rispettivamente casa e parola),

sostenendo che sostanzialmente l’ecologia è la scienza

dell’ambiente, ovvero il posto dove vive un organismo; dunque l’ecologia

non è altro che lo studio del rapporto tra organismi e mondo esterno, che

può essere il mondo fisico, chimico, biologico.

In realtà però la storia dell’ecologia parte però dalle origini della storia

stessa, cioè dall’antichità e quindi dai greci e dai romani con lo studio del

mondo naturale; ad esempio Aristotele con la “storia degli animali” , Plinio

con “naturalis historia” , Lucrezio con “de rerum natura” e Seneca. Nella

seconda metà del 1700 Linneo sappiamo che introduce la classificazione

binomia, per cui ogni organismo deve essere identificato da due nomi latini,

il primo ne indica il genere e il secondo la specie; inizia però anche ad

intravedere delle relazioni tra gli organismi ma poiché era però un fissista e

un creazionista, credeva che noi osserviamo tante specie quante ne creò

l’ente infinito (Dio). Inoltre, aveva capito che vi sono delle proporzioni

numeriche tra erbivori e carnivori, tra prede e predatori, seppur le attribuiva

ad un’ente superiore.

Un altro studioso importante fu Von Humboldt, un grande naturalista

tedesco, definito da Darwin il più grande scienziato di tutti i tempi; fece un

lungo viaggio in Sudamerica dove a differenza dei naturalisti tradizionali, non

si limitò a collezionare campioni di specie animali e vegetali ma cominciò a

fare un vero e proprio lavoro da ecologo, cioè quello di osservare le relazioni

tra le specie; disse infatti di voler “esplorare l’unità della natura”.

Parallelamente Lavoiser, con la sua opera, pone le basi per la chimica

moderna che saranno fondamentali per le applicazioni della chimica

all’ecologia.

Tra la fine del 700 e gli inizi dell’800, Malthus , che fu un economista

demografo, cominciò a studiare l’andamento delle popolazioni; nello specifico

era interessato all’andamento delle popolazioni umane ma le sue idee furono

messe insieme e riprese dall’ecologa stessa,tant’è che persino Darwin si

ispirò a lui parlando della cosiddetta lotta per l’esistenza. Malthus diceva

infatti che una popolazione cresce secondo una proporzione geometrica

descritta da

un’equazione di tipo esponenziale, teoria detta appunto “dinamica

malthusiana”. Questo è vero solo le risorse sono infinite, la mancanza di

esse fa sì invece che la crescita non sia continua ma che ci sia o una

regolazione o un crollo demografico, è ciò sarà l’oggetto di studio della

demoecologia.

Nel pieno 800, Darwin riesce invece a capire due concetti basilari

dell’ecologia: il concetto di nicchia ecologia che lui chiama “station”che verrà

però formalizzato solo negli anni 50, e quello di rete trofica detta da lui “web

life”, ovvero una rete che si instaura tra organismi che vivono in un certo

sistema.

Durante il XX secolo, nel panorama dell’ecologia si aprono diversi scenari:

• vi è un progressivo affrancamento dalle discipline storiche (in particolare

la zoologia e la botanica), cominciando quindi a costituirsi come una

scienza pienamente autonoma, una scienza a sé, è trasversale alle altre

discipline più tradizionali, abbatte cioè le barriere disciplinari che avevano

caratterizzato (e in parte lo fanno ancora) lo studio dei sistemi naturali

come la botanica e la zoologia che hanno invece ognuna il proprio

campo; quindi l’ecologia non è la somma delle altre discipline ma si

configura nel tempo come un qualcosa di diverso trasversale alle altre

discipline;

• a partire dagli anni 20, si assiste allo sviluppo di modelli matematici: si

comincia a pensare che la matematica può far capire come funzionano le

interazioni tra gli organismi;

• nasce il concetto di ecosistema ;

• vi è un allargamento della prospettiva dell’ecologia che diventa sempre più

globale, si passa cioè sempre più dallo studio locale in un singolo posto e in

un singolo momento a studi di una più grande scala spaziale e temporale ;

• un progressivo interesse per gli aspetti applicativi dell’ecologia.

Tradizionalmente quindi nasce come studio degli effetti dell’ambiente sugli

organismi, quindi è molto vicina a quello che facevano la zoologia e la

botanica; negli anni 20 del 1900 ci si inizia a soffermare sulle popolazioni e

quindi si riprende lo studio di Malthus, ha inizio quindi lo studio teorico della

dinamica delle popolazioni basata anche su dei modelli matematici. Citando

figure importanti sicuramente vi sono Volterra che fu un fisico matematico

italiano e Lodka che era un chimico fisico; essi hanno analizzato la dinamica

sincrona di prede e predatori, non lavorando insieme ma nello stesso periodo

sulla stessa cosa, arrivando alle stesse conclusioni, perciò si parlerà del

modello di Vodka e Volterra.

In seguito nasce inoltre il concetto di comunità che è un passo avanti

rispetto a quello di popolazione (quindi inizialmente si parte dallo studio

dell’organismi, poi si vede ciò che fanno più organismi della stessa specie

insieme, poi ciò che fanno prede e predatori e infine si allarga ancora di più il

campo fino ad arrivare alle comunità). La comunità è l’insieme di tutte le

popolazioni di tutte le popolazioni che coesistono in un certo habitat in un

certo periodo di tempo; si studia quindi come nascono, crescono (crescita

detta successione), sviluppano,

muoiono; c’è quindi un’analogia con ciò che fanno gli organismi (nasce,

cresce e muore) e le comunità come sistemi complessi fatti da molte specie

che interagiscono, hanno più o meno lo stesso andamento importanti. Due

personaggi fondamentali nello studio delle comunità furono Clements e

Gleason che avevano due visioni completamente opposte: il primo le vedeva

come degli organismi, quindi nascono, crescono e muoiono, hanno cioè un

andamento prevedibile, l‘altro come un insieme di specie che stanno insieme

quasi per caso. Oggi sappiamo che la verità sta nel mezzo, forse più vicino a

Clements perché vi sono comunque delle regole che tengono tutto insieme.

Nelle comunità è insito il concetto di rete trofica intuito da Darwin: le

comunità non sono una collezione di qualcosa ma sono dei sistemi i cui

singoli componenti sono tra loro collegati da delle relazioni trofiche (rapporti

di competizione, mutualismo e predazione)

; la rete trofica è un concetto importante non solo per capire come

funzionano le comunità ma ha un’applicazione formidabile perché ci fa

capire che poiché tutti i componenti sono collegati tra loro, il fatto di togliere

un tassello (un componente) non fa in modo he la rete rimanga intatta ma

può avere effetti che si propagano e si ripercuotono sulla comunità stessa

cambiandola, questa propagazione è detta cascata trofica. La formalizzazione

dell’idea di rete trofica si deve a Charles Elton nel 1927.

Si arriva quindi al concetto di ecosistema che è un passo oltre la comunità,

mentre quest’ultima è l’insieme delle specie che vivono in un certo

ambiente, se a questo si unisce la componente fisico-chimica dell’ambiente

si ha l’ecosistema. Quindi (la componente biotica e abiotica e le interazioni

tra questi due compartimenti che vanno in entrambi i sensi perché si

possono

influenzare a vicenda) si arriva alla formulazione del concetto di ecosistema

con l’integrazione dei concetti della demoecologia e dell’ecologia delle

comunità associati alle conoscenze sulla dinamica geologica e climatica e a

quelle della biochimica e della fisiologia; in questo modo può essere

appunto studiato nella sua completezza. Ad esempio posso studiare

l’ecosistema lago senza conoscere esattamente quello che succede a tutte

le specie che ci sono, ma posso capire, analizzare il funzionamento di questo

grande sistema, quindi l’interazione tra le

componenti biotica e abiotica. Importanti per l’ecosistema furono americano

Odum e l’inglese Tansley (quest’ultimo fu quello che ha coniato il termine

ecosistema).

L’ecologia quindi si colloca un po’ ovunque con delle specificità e i gradini

tipici dell’ecologia sono quello basilare dell’autoecologia, cioè lo studio delle

interazioni dei singoli organismi con l’ambiente (ad esempio cosa succede

all’organismo se cambia la temperatura o la disponibilità dei nutrienti) e si

trova nella parte bassa della scala organizzativa diciamo della materia

vivente, tra l’altro parte dell’autoecologia sono discipline l’ecoetologia (studia

adattamenti

comportamentali all’ambiente) e l’ecofisiologia. Poi a salire troviamo

l’ecologia della popolazione, delle comunità, dell’ecosistema e della biosfera

(che rappresenta l’ecosistema degli ecosistemi). Tutte volte che saliamo di

livello si hanno le proprietà emergenti: ovvero proprietà che si hanno

quando più componenti si mettono insieme e che non si può spiegare dalla

semplice somma dei componenti, questo vuol dire che una popolazione non

è solo un insieme di individui ma oltre a questo il fatto che stiano insieme fa

sì che questi si comportino in un certo modo (analogamente un organo non

è solo un insieme di cellule messe lì, ma è un tutt’uno rispetto alla semplice

somma delle cellule). Ma questa scala si può leggere sia dal basso che

dall’alto.

AUTOECOLOGIA

Si occupa di analizzare come gli organismi rispondono a ciò che vi è intorno e

tutto ciò che li circonda costituisce un fattore ambientale che è un qualcosa

che influenza la funzionalità di un organismo; i fattori ambientali sono di vario

tipo, possono essere di natura

• abiotica quindi fattori di tipo fisico e chimico (temperatura, umidità,

salinità)

• biotica cioè legato agli altri organismi o ai loro prodotti, i più importanti

sono le risorse trofiche (ciò che si mangia), predatori e competitori (quelli

che vogliono utilizzare la stessa cosa che vogliamo utilizzare noi);

predazione e competizione sono le due principali forze che regolano la

dinamica degli ecosistemi, delle comunità e delle popolazioni.

I fattori ambientali possono essere ulteriormente divisi in due modi più

funzionali, in :

• condizioni , una condizione è un fattore (una

caratteristica)ndell’ambiente generalmente ma non necessariamente di

natura abiotica, che condiziona la funzionalità di un organismo ma non

viene consumato da quell’organismo stesso; ad esempio la temperatura

può influenzare

la mia funzionalità (mi fa star bene o male) ma il fatto di esporsi al sole

non fa sì che esso venga consumato;

• risorse invece sono delle caratteristiche dell’ambiente (prevalentemente

di tipo biotico) che vengono utilizzate dagli organismi e il loro uso le rende

indisponibili o più rare per altri organismi, ad esempio consumando le

risorse di tipo trofico, queste diventano indisponibili per un altro e questo

consumo delle risorse porta alla cosiddetta competizione che è invece

assente per le condizioni.

Abbiamo detto che le condizioni sono prevalentemente di tipo abiotico e le

risorse prevalentemente di tipo bioetico ma non vi è un’equazione diretta e

questo implica che non sia sempre necessariamente così: ad esempio in una

foresta, lo spazio e la luce che sono abiotici e che generalmente sono nelle

condizioni, in questo caso sono delle risorse perché se ad esempio vi sono

due alberi adiacenti, nel mezzo non ve n’è piò crescere un altro, e venendo lo

spazio consumato dunque diventa una risorsa e tra le piante entra in gioco la

competizione per quello spazio, allo stesso modo la luce normalmente non è

una risorsa ma per una pianta lo è (le fa

crescere e c’è competizione per chi sarà più vicina al sole); quindi si può

evincere come il limite tra condizione e risorsa sia molto labile.

L’autoecologia cosa fa ? Cerca :

• di identificare le condizioni che garantiscono la sopravvivenza, la

crescita e la riproduzione degli organismi;

• di capire come gli organismi funzionano in base alla disponibilità delle

risorse;

• può anche provare a fare un’analisi della distribuzione degli organismi

in funzione della variazione ,ad esempio nello spazio, di condizioni e

risorse. Che probabilità ho che se le temperature continuano a cresce,

ad esempio nei prossimi dieci anni ci siano dei parassiti tropicali?

Questo tipo di informazione lo otteniamo dall’analisi di tipo

autoecologico (vedremo come funziona).

Le applicazioni dell’autoecologia, che è appunto una scienza di base ma tiene

anche conto di possibili applicazioni pratiche, possono essere :

• identificare le condizioni ottimali per garantire la conservazione di

una specie o il suo sfruttamento

• i limiti di una specie, ad esempio di un parassita cerco di capire quali sono

le condizioni che lo limitano

• fornire informazioni importanti per mettere in piedi delle diagnosi

ambientali basate sullo studio della distribuzione degli organismi, detto

appunto biomonitoraggio

• oppure stimare e prevedere come gli effetti delle variazioni delle condizioni

influenzerà la distribuzione degli organismi in risposta ad esempio al

cambiamento climatico.

Parlando delle condizioni, non si può definire a priori, ma sostanzialmente

negli ambienti terrestri le più importanti sono la temperatura e l’umidità ,

segue poi la natura chimica del suolo, illuminazione ecc; negli ambienti

acquatici sono invece salinità e temperatura, poi

concentrazione di vari elementi ecc. L’insieme delle condizioni ambientali

costituisce una specie di contenitore dentro il quale vive un organismo che

noi chiamiamo clima che non è solo la variazione della temperatura ma

fondamentalmente è l’insieme delle condizioni nelle quali

l’organismo si trova a vivere. Come si rappresenta il clima ? Negli ambienti

terrestri una tipica

rappresentazione del clima è il diagramma ombrotermico, si fa vedere come

cambiano le

temperature del corso dell’anno e come variano ad esempio la piovosità e

l’aridità che hanno ovviamente un andamento inverso, oppure con il

climogramma dove invece di rappresentare le due condizioni sull’asse delle y

e il tempo sull’asse delle x, si rappresentano le due condizioni una sull’asse y

e una su quella delle x, qui il tempo viene messo in secondo piano. Il clima

però è rappresentato come valore medio mensile e ovviamente ciò vuol dire

tutto e nulla: ci dà una rappresentazioni a larga scala da un punto di vista sia

temporale che spaziale perché in realtà il clima può essere molto variabile

addirittura anche nello stesso giorno breve distanza; ad

esempio nell’arco delle 24 ore, c’è una variabilità abbastanza pronunciata

ma a seconda che ci si trovi sulla superficie o venti cm sotto, questa

variabilità può essere più o meno accentuata perché un organismo che vive

nel terreno a 20-30 cm di profondità non percepisce variabilità, c’è una

certa stabilità climatica, mentre chi vive sul terreno avverte delle variazioni

giornaliere molto forti.

27febbraio2019

Come si misura la funzionalità di un organismo? In biologia evoluzionistica, il

modo finale di valutare la funzionalità di un organismo è quello di valutare la

sua FITNESS cioè la capacità di un organismo di fare copie di se stesso e di

diffonderle nell’ambiente, nonchè la capacità di diffondere nello spazio e nel

tempo geni uguali ai propri; di fatto si parla di sopravvivere e riprodursi.

Misurare la fitness di un organismo è difficilissimo per motivi semplici: posso

vedere se un organismo sopravvive o meno ma dipende dalla scala

temporale, ci sono problemi di stima della paternità, quindi ci sono difficoltà.

allora si cerca di scomporre la fitenss : nelle sue componenti fondamentali:

sopravvivenza e riproduzione e vedremo come le condizioni possono

alterarle. A volte si scende ancor di più di livello: di usano stimatori ancora

più lontani come dei mercati fisiologici del matebolimo o ancora più lontani.

Dobbiamo essere in grado di legare quello che succede in questo momento

alla fitness futura.

Concentriamoci sulla sopravvivenza. Come si determina l’ambito di

condizioni ottimali? Devo capire cioè quali sono le condizioni ottimali per la

sopravvivenza di un organismo e ho due possibilità: o si fanno degli

esperimenti, cioè prendo organismi e li sottopongo a delle condizioni (ho una

vasca