Funzionamento degli ecosistemi

FORME DI RESISTENZA

E BENTHIC-PELAGIC COUPLING

Gli stati di resistenza ( resting stages ) e le cisti di organismi marini sono la risposta fisiologica a

condizioni ambientali avverse .

Per quanto riguarda gli stadi di resistenza si tratta di una modalità di sospensione temporanea

dalla vita attiva che permette agli organismi di superare momenti critici .

Gli organismi affrontano queste condizioni con 2 processi diversi :

quiescenza

La ovvero il ritardo nello sviluppo dovuto ad una risposta immediata allo stress

1. ambientale . Se un organismo va in quiescenza la riattivazione dipende dalle condizioni

ambientale ; quando torneranno ad essere favorevoli lo sviluppo inizia .

diapausa

La ovvero l’interruzione dello sviluppo programmata dal genoma che sospende lo

2. sviluppo anche in caso di condizioni favorevoli . Lo sviluppo riprende solo dopo il

completamento di un periodo refrattario di sospensione e se le condizioni sono adatte .

Gli stati di resistenza e le cisti sono spesso di forma sferica ed hanno caratteristiche di elevata

robustezza .

Le forme di resistenza ovvero gli organismi in pausa vengono accumulati nel fondale marino

quindi sono anche esposti a rischi .

Si parla di accoppiamento bento-pelagico ( benthic-pelagic coupling ) quando organismi come le

forme di resistenza , che dal benthos vengono rilasciati nella colonna d’acqua e quindi ripopolano

la colonna . La distribuzione delle forme di resistenza nei sedimenti , l’infossamento e la

predazione controllano l’abbondanza di questi nei fondali . Infatti quando sono nei fondali

possono rappresentare forme di cibo e alcuni organismi dotati di particolari strutture boccali o di

cattura possono cibarsi di questi .

Le forme di resistenza possono avere implicazioni anche dal punto di vista genico ; ad esempio

delle cisti di crostacei che si sono sviluppate a distanza di centinaia di anni dalla loro produzione e

al momento della schiusa vengono a contatto con organismi prodotti generazioni dopo , l’incrocio

può essere importante nel caso si fossero verificati processi di deriva genetica , in articolare di

bottle neck .

Bottle neck : è il fenomeno del collo di bottiglia , è una teologia di serva genetica in cui una

popolazione si contrae drasticamente in termini numerici , in maniera indipendente dalla selezione

naturale .

PRODUZIONE PRIMARIA

Questa energia può essere ottenuta mediante 3 vie metaboliche :

Chemioorganotrofica gli organismi ottengono energia dai composti organici

• Chemiolitotrofica utilizzati composti inorganici

• Fototrofica si utilizza la luce come fonte di energia

•

La produzione primaria è il complesso dei processi attraverso i quali il carbonio inorganico è

trasformato in materiale organico .

Possiamo distinguere i produttori primari in :

Fotoautotrofi utilizzano l’energia del sole per sintetizzare sostanze organiche partendo da

• composti inorganici semplici ( piante alghe cianobatteri )

Chemioautotrofi sintesi delle sostanze organiche ricavato da processi di ossidazione di

• sostanze inorganiche ( procarioti arche )

I processi fotosintetici in mare sono il 50-60 %

La produzione primaria può essere quantificata come la quantità totale di materia organica

prodotta per unità di area o di volume e per unità di tempo . Espressa in quantità di massa

( grammi moli ) di carbonio fissato dai produttori primari presenti per unità di area (dm^2 m ^2 ) o

unità di volume ( dm^3 m^3 ) .

PRODUZIONE PRIMARIA CHEMOSINTETICA IN MARE

Un microbiologo dimostrò come un organismo potesse utilizzare l’ossidazione di un substrato

inorganico come unica fonte di energia, il processo chemiolitotrofo ( che implica respirazioni

aerobie ) è stato riscontrato solo nei procarioti .

I meccanismi di conservazione dell’energia sono 2 :

Respirazione

1. Fermentazione

2.

PRODUZIONE PRIMARIA FOTOSINTETICA

I processi di produzione primaria si attuano principalmente nello strato della colonna d’acqua cioè

la zona eufotica ; i processi della formazione della materia organica primaria sono legati anche alla

stagionalità dei processi di produzione primaria .

I produttori primari ( fanerogame, macroalghe ,cianobatteri , organismi fitoplanctonici )

possiedono pigmenti che li rendono autotrofi . Grazie alla fotosintesi gli organismi sono in grado di

sintetizzare compiti organici ad elevato contenuto energetico a partire da composti inorganici

utilizzando la luce come fonte di energia per fissare carbonio ; la fotosintesi possiede 2 fasi : la

fase luminosa e la fase oscura . La fase luminosa prevede la cattura dei fotoni da parte dei

pigmenti fotosintetici con produzione di ATP ,nella fase oscura invece si usa l’energia per ridurre

l’anidride carbonica in molecole organiche complesse .

I fattori che influenzano la produzione primaria sono :

L'intensità della luce

1. La disponibilità di nutrienti

2. La turbolenza e il rimescolamento delle acque

3. Il pascolo ( grazing )

4. Le infezioni virali

5.

Dell'energia luminosa che arriva sulla superficie del mare il 15% viene riflessa ; non tutta a

radiazione solare viene utilizzata per la fotosintesi , l’ultravioletto viene infatti subito assorbito

dall’acqua mentre l’energia per la fotosintesi è quella con una lunghezza d’onda compresa tra

P.A.R

circa 400 e 720 nm definita come .

La quantità di luce che viene assorbita dal mare dipende da 3 fattori :

Latitudine ( maggiore latitudine minore luminosità )

1. Copertura ( il vapore acqueo assorbe luce )

2. Stagionalità

3.

Fotonitesi ( P ) intensità luminosa ( I ) ; la fotosintesi aumenta con l’aumento dell’intensità della

luce sino ad un valore asintotico dove aggiunge la saturazione Pmax . ( il tasso di fotosintesi

tende a diminuire con la profondità ) .

PRODUTTORI PRIMARI

Nell'ambiente marino la produzione primaria è in gran parte dovuta al fitoplancton , soprattutto

negli oceani aperti dove il picoplancton ( 0.2-2 micron ) e nanoplancton ( 2-20 micron ) sono più

abbondanti ed ha più alta efficienza fotosintetica .

Nelle acqua costiere invece troviamo il microfitoplancton ( 20-200 micron ) ;

Oltre alla porzione planctonica un ruolo significativo nella produzione è svolto anche dalla

componente fitobentonica 12% prod , anche le fanerogame influiscono molto 1012 gDW m^-2

anno ^-1 ; anche le macroalghe importanti fino a 10-20 m di profondità .

PRODUZIONE SECONDARIA

La sostanza organica prodotta dai vegetali e dai batteri fotosintetici e chemiosintetici , viene

utilizzata dagli animali erbivori o dai batterivori per la formazione di tessuto animale .

La produzione secondaria è quindi sempre riferita ai consumatori eterotrofi , è una misura di

massa per unità di volume in unità di tempo ( come la primaria ) . Viene quindi espressa come

variazione di biomassa nel tempo , dipende da :

1. Tassi di riproduzione e di accrescimento degli organismi

2. Metabolismo

3. Disponibilità alimentare e legge di Liebig o del minimo

4. Accoppiamento spazio-temporale tra disponibilità di cibo e reclutamento della progenie

Gli organismi quindi convertono la materia in forme organiche all’interno del loro corpo , le

ripartiscono ai processi di sopravvivenza , crescita e riproduzione , dopodiché le espellono di

nuovo nell’ambiente in forme alterate .

Il metabolismo è una rete complessa di reazioni biochimiche catalizzate da enzimi , che

permettono alle concentrazioni dei substrati , dei prodotti e dei tassi di reazione di essere

regolati . Il tasso metabolico ( cioè l’energia necessaria per svolgere funzioni vitali ) è il tasso

biologico fondamentale .

Il metabolismo è il processo biologico in cui la temperatura gioca un ruolo fondamentale

soprattutto degli organismi pecilotermi . Per un eterotrofo il tasso metabolico è uguale al tasso

della respirazione , poiché gli eterotrofi ottengono energia dall’ossidazione di composti organici .

Per un autotrofo il tasso metabolico è uguale al tasso di fotosintesi uno dei fattori chiave nel

limitare il metabolismo e il tasso di accrescimento degli organismi animali è la disponibilità

alimentare .

RESPIRAZIONE

Una piccola frazione della materia organica viene accumulata nei sedimenti oceanici il resto viene

remineralizzata attraverso la respirazione .

I procarioti in particolare i batteri eterotrofi sono responsabili di una grande frazione della

respirazione nella colonna d’acqua ; i tassi di respirazione negli strati superficiali dell’oceano sono

tipicamente alti .

Il tasso volumetrico di respirazione diminuisce bruscamente al di sotto dello strato fotico .

PROCESSI EXTRASPECIFICI

Sono quelli che riguardano aspetti della civilizzazione della materia organica e che non implicano

rapporto diretto tra specie ma includono ad esempio il rapporto tra specie e la materia organica

detritale presenti nell’ambiente .

MATERIA ORGANICA E DETRITO IN MARE

La maggior parte della materia organica viene prodotta dall’attività biologica ; una delle fonti

principali è la produzione di essudati fitoplanctonici ( circa il 20% della produzione primaria ) .

Un’altra fonte di materiale organico è la lisi cellulare per infezione virale .

Un ulteriore meccanismo di produzione della materia organica si ha durante il processo di pascolo

floppy feeding

si parla di per indicare l’azione di biascico dello zooplancton che , schiacciando il

fitoplancton anziché ingerirlo interamente ne determina una fuoriuscita del contenuto cellulare .

Il detrito è stato definito come l’insieme delle perdite non predatorie di carbonio organico da ogni

livello trofico e che include secrezione , escrezione , erezione e morte degli organismi viventi e

comprende anche apporti da fonti esterne al sistema .

Abbiamo visto che il detrito è tutto ciò che non è vivente ( non include le componenti microbiche

batteri e protozoi ) .

La componente microbica può svolgere 2 ruoli : contribuire al valore nutrizionale del sedimento ; e

fungere da catalizzatore .

Classificazione della materia organica in mare

La materia organica in mare può essere definita secondo 5 approcci : natura , taglia , origine ,

composizione , caratteristiche funzionali e valore trofico .

Natura : le componenti viventi della materia organica rappresentano il 10% della materia organica

tot , significa che il 90% della materia organica presente in mare è materia detritale . La

componente vivente è per lo più rappresentata da procarioti , protozoi , fitoplancton e

microzooplancton .

Taglia : la taglia della materia organica in mare viene distinta con selezione a 0.2 micron , in