Ecologia - riassunto

Ecologia

Storia dell’ecologia

Le ra di ci dell’ecologia sono complesse e si collegano in va rio modo con un’ampia serie di processi scientifici che hanno avut o l uogo

i n a ltre discipline delle s cienze biologiche e fisiche. L’i dea stessa di ecologia è molto antica, i n quanto fu i l greco Teofrasto, a mico di

Ari s totele, che per primo trattò delle relazioni tra gli organismi e l’ambiente, ma i veri progressi furono fatti a partire dal XIX s ecolo:

 Agl i i nizi del 1800 i botanici i niziarono a esplorare e ca rtografare la vegetazione mondiale evidenziando che le regioni del

mondo con cl imi simili si ca ratterizzavano per una vegetazione che presenta molte somiglia nze nel l e forme, benché l e

s peci e s i a no di vers e

 Gra zi e anche alle teorie dell’economi s ta Ma l thus , Cha rl es Da rwi n s vi l uppò l ’i dea del l a selezione naturale come i l

mecca nismo che guida l’evoluzione di nuove specie quando queste s ono sottoposte a stress da parte dell’ambiente in cui

vi vono

 Mendel i nta nto s tudi a va l a tra s mi s s i one dei ca ra tteri eredi ta ri nel l e pi a n te di pi s el l o

 Vers o la fine del 1800 i pri mi ecologi vegetali studiava no la distribuzione degl i orga ni s mi i n na tura , per ca pi re come

ques ta a ves s e ori gi ne e veni s s e ma ntenuta tra mi te l e i ntera zi oni con l ’a mbi ente fi s i co

 In quel periodo a lcuni biologi marini si interessavano delle i nterazioni tra gli organismi a cquatici e il l oro a mbi ente e per

pri mi uti l i zza rono i termi ni cons uma tori e produttori

 L’ecol ogia animale i ntanto s i sviluppò i n maniera a utonoma a quella vegetale, fi nchè Victor Shelford fornì una nuova linea

d’i ndagine, s ottolineando le mutue relazioni tra piante e animali, così l ’ecologia divenne una s cienza di comuni tà , i l cui

pri ncipale i nteresse era comprendere l’origine, i meccanismi di mantenimento e l e conseguenze della diversità, all’interno

del l e comuni tà ecol ogi che

 Da questo momento s i sviluppano va ri ra mi dell’ecologia, come l’ecologia delle popolazioni , l ’ecofi s i ol ogi a , l ’ecol ogi a

comporta mentale, l’ecologia del paesaggi o, l ’ecol ogi a del l a cons erva zi one , fi no a l l a pi ù a mpi a ecol ogi a gl oba l e

Con l a crescita del movimento a mbientalista degli ultimi anni Settanta, l ’ecologia, che prima di a l l ora era fa mi l i a re s ol o per un

gruppo relativamente ri stretto di accademici e biologi a pplicati, passò improvvisamente alle luci della ri balta. Fu s a l ut a ta come l a

di s ciplina i n gra do di fornire una guida per le relazione dell’uomo con il proprio ambiente, ed “ecologia” divenne un termine di us o

quoti di a no.

Anche s e oggi vi ene confuso con termini come a mbi ente e a mbi enta l i s mo (a tti vi s mo con l o s copo di chi a ra to di mi gl i ora re

l ’a mbiente), i n realtà l’ecologia è una scienza, l a cui definizione precisa è s tata coniata dal naturalista tedesco Ernst Haeckel, ed è la

s eguente: “L’ecol ogi a è l o s tudi o s ci enti fi co del l e rel a zi oni tra gl i orga ni s mi e l ’a mbi ente”

Il termine s tesso ecologia, coniato sempre da Haeckel, deriva dalle parole greche “oikos”, ci oè casa, e “l ogos ”, ci oè s tudi o, e non

s orprende che questo termine ri cordi la definizione di economia, che significa “la gestione della casa”. Infatti Ha eckel nel coni a re

questo termine fa s pesso riferimento alle conoscenze dell’economia della natura, ci oè l’indagine del complesso delle relazioni di un

a ni ma l e o di una pi a nta con i l s uo contes to s i a i norga ni co che orga ni co.

Vi s to che le i nterazioni complesse che si verificano in un certo a mbiente, dove c’è materia organica e i norganica, coi nvol gono va ri

processi fisici e chimici, l ’ecologia deve fare ri ferimento a nche ad a ltre scienze, come per esempio la fisiologia vegeta l e per ca pi re

come l e piante assumono anidride ca rbonica, l ’idrogeologia per capire come il s uolo è i nfl uenza to qua ndo l e pi a nte a s s umono

a cqua da es s o, o a ncora l a meteorol ogi a , per s a pere come cl i mi di vers i a ndra nno a i nfl uenza re proces s i bi ol ogi ci .

Qui ndi, mentre prima l’approccio verso a lcune materie era isolato, non cooperativo o a disciplina trasversale (cioè va rie di s ci pl i ne

convergevano verso una s ola di esse), lo studio dell’ecol ogi a deve per forza es s ere di ti po interdisciplinare, permettendo cos ì

l ’i nterazione di va rie discipline che si condizionano a vicenda, condizionano l’ecologia e sono coordinate da un settore discipl i na re.

Arri va ndo ai gi orni nostri, questa scienza si è diversificata sempre di più e, in ci rca un s ecolo, si è passati da l l ’ autoecologia, ci oè l o

s tudio delle relazioni esistenti tra un dato organismo e i fattori fisici e chimici i n cui vi ve, alla sinecologia, ci oè l o studio del modo i n

cui orga nismi omo - ed etero – s pecifi ci cos ti tui s ca no popol a zi oni e comuni tà , e come ques te s i modi fi ch i no nel tempo e

i nteragiscano con la parte fisica e chimica dell’ambiente; e, a questo proposito, l ’ecologo statunitense Howa rd Thoma s Odum h a

potuto es pri mere l ’ecol ogi a come:

“Lo s tudi o del l a s truttura e del funzi ona mento degl i ecos i s temi ”

Ma pri ma di poter ca pire a fondo questa definizione, dobbiamo ca pire definire il mezzo in cui l’ecologia si muove, e come ques to è

orga ni zza to da l punto di vi s ta gera rchi co.

Livelli di Organizzazione Gerarchica

Per comprendere l ’ecologia moderna si può i ntrodurre il concetto di livelli di orga ni zza zi one gera rchi ca , a ttra vers o i l qua l e s i

di s pongono i n una s erie progressiva va ri elementi che va nno a costituire cl assi sempre più a mpie e che i nglobano l e precedenti i n

modo da a vere una vera e propria gerarchia. Nelle scienze si opera su questa scala, che in ques ta s ede va l etta da l ba s s o vers o

l ’a l to:

 Uni vers o

 Ga l a s s i e

 Si s temi Sol a ri

 Pi a neti

 Terra

 Ecos fera

 Ecos i s temi

 Comuni tà

 Popol a zi oni

 Orga ni s mi

 Si s temi di Orga ni

 Orga ni

 Tes s uti

 Cel l ul e

 Protopl a s ma

 Mol ecol e

 Atomi

 Pa rti cel l e Suba tomi che

Si può notare come ogni ca tegoria, eccetto quella delle parti cel l e s uba tomi che, i ngl obi l a precedente perché forma ta da gl i

el ementi che i n essa si ri trova no (ad esempio le molecole sono i nsiemi di atomi), fi no a d arri vare all’unive rso, che è l ’i ns i eme pi ù

gra nde oggi conos ci uto.

Detto ci ò si possono cominciare a fa re delle differenze didattiche ri guardo questa gerarchia: è ovvi o che di s ci pl i ne come que l l e

chi miche si occuperanno delle classi atomiche e molecolari, mentre discipline puramente bi ol ogi che a ndra nno a d a na l i zza re i l

funzi onamento delle cellule e di come si s anno orga ni zza re i n tes s uti ed orga ni , fi no a l l e di s ci pl i ne geol ogi che, fi s i che ed

a s tronomiche che s i occuperanno delle categorie definite “s uperma cros copi che” a cui a ppa rtengono i pi a neti e l e ga l a s s i e.

Ci ò di cui si occupa invece l ’ecologia è lo studio delle i nterazi oni che a vvengono a l l ’i nterno del l e ca tegori e s ottol i nea te, che

a ndi a mo a d a na l i zza re nel detta gl i o:

 Organismo: è ra ppresentato da una qualsiasi forma di vi ta che ra ppresenta il punto di partenza dello studio dell’ecologia ,

perché è l’organismo, o individuo, che ri l eva le principali caratteristiche dell’ambiente fisico e mette i n atto ri s pos te per

s opravvi vere e quindi adattarsi. E’ s empre l’individuo, tra mite l a riproduzione, a tra smettere l ’informazione genetica a l l e

s uccessive generazioni, determinando le future ca ratteristiche di a ltri i ndivi dui che andranno a formare popola zi oni , poi

comuni tà e qui ndi ecos i s temi

 Popolazione: è un gruppo di i ndividui della stessa s pecie che interagiscono tra di l oro e che occupano una data a rea nell o

s tes s o peri odo di tempo

 Comunità: è l ’i nsieme delle popolazioni di tutte le specie che occupano un determinato l uogo nel l o s tes s o peri odo di

tempo, popolazioni che ovviamente non vivono l’una i ndi pendentemente da l l ’a l tra , perché, a d es empi o, pos s ono

competere per a lcune risorse limitate come a cqua e cibo, o possono trarre benefici dalle relazioni che intercorrono tra di

l oro, a vendo cos ì ma ggi ori proba bi l i tà di s opra vvi venz a coopera ndo

 Ecosistema: è l ’i nsieme delle comunità e delle componenti fisiche e chimiche (che, non ra ppres enta ndo forme di vi ta ,

s ono definite a biotiche) che interagiscono tra di l oro, che può es s ere ta nto una fores ta qua nto una pozza nghera .

L’ecos istema quindi vede individui della s tessa specie, come gli scoiattoli gri gi o l e querce, che s i ra ggruppa no i n una

popolazione, venendo definiti da tassi di accrescimento e distribuzione di età. Tali popolazioni i ntera gi s cono forma ndo

comunità, dove, ad esempio, gli erbivori s i cibano di piante mentre i carnivori di prede, e s i i ns ta ura no cos ì rel a zi oni

competitive. Infine, quando gli individui muoiono, altri organismi consumano e decompongono i l oro res ti , ri ci cl a ndo i

nutri enti nei l oro tes s uti , che torna no cos ì a d a rri cchi re i l s uol o. L’ecol ogi a s tudi a tutto ques to.

Una conseguenza dell’organizzazione gerarchica è che combinando l e parti che compongono un l i vel l o per produrre quel l o pi ù

el evato emergono nuove proprietà. Pertanto, non è possibile prevedere una proprietà emergente di un livello ecologico studia ndo

s emplicemente le s ue componenti. Lo stesso concetto può es s ere es pres s o come propri età i rri duci bi l e , ci oè una propri età

del l ’i ns i eme non ri conduci bi l e a l l a s omma del l e s ue pa rti (s i di ce che l ’i ns i eme è pi ù del l a s omma del l e pa rti ).

Ma mentre in ciascun livello emergono diverse proprietà, ci sono i mportanti fattori di ba s e che i nteres s a no tutti i l i vel l i d el l a

gera rchia poiché s ono ri scontrabili sempre in ognuno di essi, che sono chiama ti funzioni trascendenti, e s ono ra ppres enta te da l

comporta mento, da l l o s vi l uppo, da l l ’evol uzi one, da l l a i ntegra zi one, da l l ’energeti ca e da l l a regol a zi one.

Ecosistemi

Abbi amo definito cos’è un ecosistema e quali sono l e relazioni che si possono instaurare a l suo interno, ma per a mpl i a re que s to

concetto bisogna definire i l concetto di a mbiente, cioè l a porzione di spazio con ca ra tteri s ti che ta l i da poter contenere l a vi ta .

Qui ndi si capisce che i vari i ndividui sono i nseparabilmente l egati e i ntera gi s cono con i l l oro a mbi ent e, cos ti tuendo un vero e

propri o flusso di energia o ciclo della materia tra l a componente a biotica e quella biotica; questa è un’interpreta zi one pi ù a mpi a

del l’ecosistema o, meglio a ncora, s i s tema ecol ogi co, perché a ffronta i l di s cors o del l ’i ntera zi one s u una ba s e energeti ca .

Ri ferimento all’atmosfera: l ’atmosfera è composta per i l 78 % da azoto molecolare (N ), per il 21 % da ossigeno mol ecol a re (O ) e

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da l lo 0,03 % di CO , ma molto spesso è utile esprimere la CO i n parti per milione (ppm) perché è molto piccola. E quindi si dice che

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l a CO è pres ente i n 300 ppm.

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Pri ma di tutto bisogna dire che la concentrazione di CO va ri a gi à nel l ’a rco del l e 24 ore; s e prendi a mo a d es empi o un bos co

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qua lsiasi, sappiamo che la mattina gli a utotrofi fanno la fotosintesi di gi orno, mentre tutti gli organismi fanno respirazione ma tti na

e s era. Questo vuol dire che durante il giorno, i n un bosco, c’è un grosso assorbimento di CO e l a concentrazione nell’aria tende a

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di minuire, mentre durante la s era, quando gli organis mi conti nua no a fa re res pi ra zi one, l a concentra zi one di CO a umenta .

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Ques ta concentra zi one di a ni dri de ca rboni ca oggi , dopo l ’era i ndus tri a l e, è a umenta ta a ci rca 380 ppm.

La termodinamica, l a bra nca della fisica che studia l e trasformazioni e i passaggi di energia, prevede che un sistema può es s ere di

tre ti pi , e per ca pi rl i megl i o prendi a mo a d es empi o una provetta con del l i qui do a l l ’i nterno:

 Aperto: un s istema che può s cambiare e con cui si può scambiare sia energia che materia, quindi nel nos tro ca s o nel l a

provetta si potranno i mmettere sia altre sostanze, sia si potrà ri scaldare col ca lore; un esempio ecol ogi co è una pi a nta ,

che us a l’energia solare per creare nutrienti e a llo stesso tempo scambia l ’atmos f era ga s come l ’a ni dri de ca rboni ca o

a s s orbe a cqua da l s uol o

 Chiuso: un s i stema a ttraverso il quale si può scambiare solo energia, quindi nella provetta ci può solo essere passaggio di

ca l ore da l l ’es terno, ma non s i può s ca mbi a re ma s s a

 Isolato: con questo sistema non si può scambiare né energia né materia, un esempio è il thermos o, parlando i n termi ni

ma cros copi ci , i l nos tro s tes s o Uni vers o

Fa tte queste considerazioni si ca pisce come l a Terra s i mbol eggi un s i s tema chi us o,

a ttra verso cui vi ene s cambiata continuamente energia, che consiste nell’energia s ola re

che col pisce la s uperficie terrestre o l’energia geotermica prodotta dal pianeta stesso a

ca us a del l e a l te tempera ture del nucl eo.

L’ecos istema invece ra ppresenta un perfetto sistema aperto, i n cui a rri va energi a da l

Sol e che vi ene sfruttata dagli autotrofi, componenti inorganiche porta te da l l e pi ogge

che possono costituire nutrienti per l e piante stesse, da cui si a l l onta na no orga ni s mi

che a d esempio emigrano e da cui si perde energia diss i pa ta s otto fo rma di ca l ore a

ca us a di reazioni come quel l e che i nteres s a no gl i a ni ma l i , che qua ndo s i ci ba no

producono energia, una parte della quale è dissipata s otto forma di ca l ore corporeo.

Facciamo degli esempi di ecosistemi: la savana, un lago, un fiume (quindi sistemi sia acquatici che terrestri). In questi ecosistemi

la fonte di energia principale è il Sole, ma possono essere anche altre le fonti di energia. Un ecosistema particolare è la c ittà, che

è un ecosistema eterotrofo, perché prende energia dagli agro ecosistemi (gli ortaggi e la frutta), prende il petrolio, l’energia

elettrica e libera, oltre che CO , anche tanti rifiuti. D’altro canto il bosco, è l’ecosistema autotrofo più importante, perché

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comprende specie arboree, specie erbacee, strati di muschi, e quindi e un sistema perfettamente autotrofo.

Un altro ecosistema importante è l’agroecosistema, che vive a spese dell’acqua che arriva dal fiume, della luce del Sole, dai

carburanti per tenere in moto le macchine agrarie, e dei concimi, questo perché negli agro ecosistemi il ciclo della materia è

diverso. Infatti la componente organica che si crea viene raccolta per essere portata al mercato (è quindi anche un sistema

aperto), e quindi la futura necromassa non sarà disponibile per il ciclo dei materia e quindi il suolo è impoverito dei nutrienti e

bisogna rifornirli tramite i concimi e compost. A Salerno è presente un impianto di compostaggio: il compost è il risultato della

decomposizione e dell’umificazione di un misto di materie organiche, come i residui di potatura, gli scarti di cucina, letame,

liquame o i rifiuti di giardinaggio come foglie ed erba sfalciata da parte di macro e microrganismi.

Il fiume è un ecosistema che riceve un input dall’esterno (quindi la materia e l’energia si possono anche trasferire da un sistema

all’altro), come tutte le foglie morte degli alberi lungo le sponde e nel fiume sono presenti molti saprotrofi che vanno a costituire

delle catene alimentari di detrito.

Ovvi a mente gli ecosistemi non s ono tutti uguali, basti pensare ad una vasta a rea montana coperta da bos chi o un pi ccol o cors o

d’a cqua, e quindi ci s ono vari fa ttori che possono contribuire a rendere un ecosistema più o meno autosufficiente ed equi l i br a to,

come:

 Dimensione del sistema: pi ù l ’ecosistema è grande, meno dipende dall’esterno, perché c’è più probabilità di ri trova re a l

s uo i nterno una grande va rietà di nutrienti, di i ndi vi dui che competono o coopera no, e c’è un gra nde s frutta mento

del l ’energi a proveni ente da l Sol e

 L’intensità metabolica: pi ù è el eva to i l ta s s o, ma ggi ori s ono l e entra te e l e us ci te di ma teri a e di energi a

 L’equilibrio autotrofia – eterotrofia: ma ggi ore è lo squilibrio, maggi ori s ono l e ri chi es te es terne per ri equi l i bra re i l

s i s tema

 Lo stadio di sviluppo: i s istemi più giova ni differiscono da quelli maturi, che a vranno caratteristiche di vers e e propri età

pi ù funzi ona l i , s i pa rl a di s ucces s i oni ecol ogi che.

Da to che un ecosistema è ca ratterizzato da un flusso continuo di energia e di ci clo della materia, se l ’energia e la materia i mmes s a

(input) s ono maggiori di ci ò che l ’ecosistema perde (output) a l lora l ’ecosistema si accrescerà, a ltrimenti a ccadrà il contra ri o. In un

s i stema ecologico ma turo e consolidato, a meno che non ci siano grandi ca tastrofi naturali o azioni da pa rte del l ’uomo, gl i i nput

s ono ugua l i a gl i output, e s i di ce qui