Riassunto di ecologia applicata

Riassunto di ecologia applicata

Definizioni fondamentali

Ecologia: studio scientifico delle interazioni che determinano la distribuzione degli organismi.

Ecosistema: insieme degli organismi viventi (fattori biotici) e della materia non vivente (fattori abiotici) che interagiscono in un determinato ambiente costituendo un sistema autosufficiente e in equilibrio dinamico (es. lago, stagno, savana).

Fattori che influenzano l'ecosistema

• Fattori abiotici: fattori fisici e chimici che influenzano gli organismi.
• Fattori biotici: fattori che dipendono dagli organismi, come i rapporti fra gli stessi organismi o organismi diversi.

Popolazione: gruppo di organismi della stessa specie che occupa un dato spazio in un tempo definito. I costituenti sono individui interfecondi ed originano prole feconda.

Specie: categoria di classificazione degli organismi che comprende individui in grado di accoppiarsi tra loro e di generare prole feconda; nel caso di organismi a riproduzione asessuata, è definita da criteri morfologici o fisiologici. Più specie affini tra loro costituiscono un genere (interfecondità).

Comunità: in natura né gli organismi né le popolazioni possono esistere da soli; sono sempre parte di un insieme di popolazioni che vivono nella stessa area.

Ambiente e microambiente

Ambiente: costituisce insieme con l'organismo un binomio fondamentale, oggetto delle ricerche ecologiche. Si intende con ambiente il mondo che è a contatto con l'organismo, che influisce su di esso determinando reazioni ed adattamenti fisiologici e morfologici e che, a sua volta, per azione dell'organismo si trasforma e si plasma.

Microambiente: ambiente di piccola estensione geografica, diverso dal generale della regione o zona altimetrica considerata per caratteristiche peculiari, distinto da microclimi particolari ed abitato da una flora ed una fauna che differiscono almeno quantitativamente (densità di popolamento, caratteristiche demografiche, tempi di sviluppo) da quelle che costituiscono la fisonomia floristica e faunistica su scala regionale (macroambiente).

Fattori abiotici: la temperatura

• La temperatura è il fattore ecologico fondamentale perché è correlata direttamente con tutti gli altri fattori.
• L'organismo vivente è una macchina termica.
• La temperatura è importante per le reazioni biochimiche che avvengono a temperature di 37 gradi, temperatura abbastanza bassa per la chimica, sono necessari dei catalizzatori.
• I limiti della vita attiva sono ristretti a un piccolo intervallo fra -200 gradi e 100 gradi. Tuttavia, i 50 gradi sono considerati il limite superiore per la vita attiva della maggior parte di animali e vegetali, mentre poco meno degli 0 gradi come limite inferiore di vegetali e alcuni animali.

Esempio: vita inattiva - il seme delle piante.

I mammiferi riescono a mantenere costante la loro temperatura anche a temperature inferiori a 0 gradi, ad esempio nell'acqua di mare in cui si oscilla fra -2 e -5 gradi, vivono bene anche quando fa freddo.

Viene definito 0 ecologico la più bassa temperatura esterna alla quale l'organismo può ancora svolgere le sue funzioni vitali.

Divisione delle specie in base alla temperatura

• Euriterme: accettano grandi variazioni di temperatura.
• Stenoterme: accettano poche variazioni di temperatura.

Per ogni specie esistono ben definiti limiti inferiori e superiori compatibili con la vita. I mammiferi sono euritermi poiché riescono a mantenere la temperatura corporea abbastanza costante indipendentemente dalla temperatura esterna.

Mentre per gli altri organismi che non possiedono questa capacità, la temperatura interna dipende dalla temperatura esterna. Infatti, insetti a basse temperature non si muovono.

Temperature importanti

• Temperatura ottimale: la temperatura alla quale lo sviluppo e le reazioni metaboliche avvengono nei migliori dei modi.
• Temperatura letale: temperatura superiore o inferiore a cui corrisponde la morte dell'organismo.
• Temperatura di inattivazione: precede quella letale ed è condizione necessaria e sufficiente, l'organismo sopravvive ma va in stand-by.

Esempio: si vede come due pesci di acqua dolce, carpa e trota, abbiano due range di temperatura differente.

Adattamenti alle variazioni di temperatura

Negli organismi viventi si distinguono due principali tipi di adattamento alle variazioni di temperatura dell'ambiente esterno:

1. Pecilotermia (eterotermia): la temperatura corporea segue con poche differenze quella esterna. Negli organismi pecilotermi (piante, invertebrati, vertebrati inferiori) le variazioni di temperatura corporea determinano:
   • Accelerazione dei processi biologici ad alte temperature esterne.
   • Rallentamento fino all’arresto di ogni funzione a basse temperature ambientali.
   Svantaggio: variazioni della velocità dei processi biologici fino a completo arresto. Vantaggio: sopravvivenza a basse temperature per periodi anche prolungati con consumi energetici ridotti.
2. Omeotermia: la temperatura corporea viene mantenuta elevata e praticamente costante anche quando varia quella dell’ambiente esterno. Negli organismi omeotermi (mammiferi e uccelli) il mantenimento di un’alta temperatura corporea implica:
   • Incremento del tasso metabolico. Il metabolismo è l'insieme dei processi biochimici ed energetici che si svolgono all'interno del nostro organismo; tali reazioni hanno lo scopo di estrarre ed elaborare l'energia racchiusa negli alimenti, per poi destinarla al soddisfacimento delle richieste energetiche e strutturali delle cellule.
   • Se possibile, un migliore isolamento termico.
   Svantaggio: il mantenimento della temperatura interna costante risulta energeticamente molto dispendioso e richiede, soprattutto a basse temperature, una grossa quantità di cibo. Vantaggio: rende possibile un’attività costantemente elevata sia alle basse, sia alle alte temperature.

Reazioni a condizioni termiche sfavorevoli

• Migrazioni
• Ibernazione
• Estivazione (la migrazione estiva del bestiame dal piano o dal fondovalle verso i pascoli dell'alta montagna. Sorta di letargo estivo che si verifica in vari animali, spec. delle regioni desertiche tropicali)
• Diapausa (obbligatoria) (periodo di stasi dello sviluppo embrionale che subiscono le uova o le larve di alcuni insetti)
• Quiescenza (transitoria) (in botanica, sospensione o attenuazione delle attività vitali di una pianta o di un organo)

La temperatura nell'aria

È l’elemento che determina il clima. Essa varia con la latitudine e con l’altitudine, in cui ha anche un gradiente molto forte di circa mezzo grado ogni 100 metri. Ad esempio, in montagna con altitudini elevate la vegetazione non c'è più.

La temperatura nel suolo

La temperatura del suolo deriva dalla profondità; andando sempre più in profondità, la temperatura oscilla meno. Dipende da:

• Conduttività termica: è il rapporto, in condizioni stazionarie, fra il flusso di calore (cioè la quantità di calore trasferita nell'unità di tempo attraverso l'unità di superficie) e il gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore nel caso della conduzione.
• Capacità termica: il rapporto fra il calore scambiato tra il corpo e l'ambiente e la variazione di temperatura che ne consegue.

La temperatura del suolo è anche influenzata da: esposizione, copertura vegetale e lettiera.

La temperatura dell'acqua

La temperatura svolge in questo ambiente il ruolo di fattore biogeografico fondamentale. L’acqua ha un alto calore specifico: richiede una quantità di calore per innalzare la temperatura maggiore rispetto a ogni altra sostanza esistente sulla terra, analogamente impiega più tempo a raffreddarsi.

La temperatura acquatica non scende mai al di sotto del punto di congelamento:

• Per acqua dolce 0 gradi
• Per acqua salata -2,5 gradi

In mare

Negli strati superficiali, la temperatura varia con la latitudine e ritmi stagionali e diurni. Negli strati profondi è stabile.

Nelle acque interne

Si osserva una stratificazione, con il termoclino che è lo strato che separa le acque superficiali da quelle più profonde. Il termoclino è lo strato di transizione tra lo strato rimescolato di superficie e lo strato di acqua profonda in corpi idrici profondi come oceani, mari e laghi. Le definizioni di questi strati sono basate sulla temperatura.

Nei laghi si distinguono:

• Epilimnio: acque superficiali
• Metalimnio: zona che contiene il termoclino
• Ipolimnio: acque profonde

La separazione è data dalla differente densità.

In estate, si verifica una stratificazione termica diretta con diminuzione della temperatura con la profondità. La stratificazione termica inversa avviene in inverno: gli strati superficiali sono più freddi e spesso gelano mentre quelli in profondità sono più caldi. Questo è dovuto alla densità che ha massima densità in corrispondenza di 4 gradi.

Periodo di circolazione: durante la primavera e in autunno, le differenze di temperatura tra superficie e profondità si annullano quindi le due acque hanno uguale densità e si possono mescolare.

Quando si butta dell’acqua di scarico nei laghi, solitamente quest’ultimo ha temperatura inferiore quindi quella di scarico si accumula nella parte superiore. Vista la presenza di calore e l’incremento di nutrienti e luce c'è la formazione di alghe. Se il tubo è immesso sotto il termoclino arriva lo stesso nutriente ma con meno luce e fa meno caldo, con meno risposta biologica.

In primavera e in autunno, si rimescolano le acque e i nutrienti tornano in superficie ma molto più diluiti.

L'acqua

Nell’atmosfera, l'acqua si trova in tutte le forme. Gli organismi come noi sono fatti per la maggior parte da acqua, circa il 65%.

Per gli organismi fuori dall'acqua si parla sempre di acqua dolce, perché quella salata disidrata per il fenomeno dell’osmosi. Non a caso, gli insediamenti umani più grandi nascono vicino a corsi di acqua dolce di grande portata solitamente. L’acqua dolce però è molto poca rispetto a quella salata.

Molto spesso importante è anche l’umidità, cioè il contenuto di vapore acqueo nell’atmosfera.

Parte dell’acqua nel nostro corpo viene espulsa attraverso sostanze di scarto, in particolare l’urina che viene sempre prodotta, o anche con la respirazione.

Osmosi: cellula in ambiente salato perde acqua perché per compensare la differenza di concentrazione l’acqua tende a fuoriuscire dalla cellula.

Ci sono animali che necessitano grandi quantitativi di acqua come il lombrico o la medusa.

Classificazione degli organismi rispetto all'acqua

• Idrofili: vivono nell’acqua (idrofite per le piante)
• Igrofili: vivono solo in ambienti terrestri molto umidi (anfibi, lombrichi)
• Mesofili: hanno esigenze intermedie nei confronti dell’acqua e sopportano anche condizioni più critiche (secchezza)
• Xerofili: adattati ai climi in cui il deficit di acqua è molto accentuato sia in aria che nel suolo

Modalità di rifornimento idrico

• Ingestione diretta
• Assorbendola attraverso la pelle in contatto con materiali umidi (terreno o piante)
• Direttamente dal cibo
• Producendola per via chimica

Alcune difese adottate per evitare la disidratazione includono:

• Evitare perdite di acqua
• Sviluppare forme di resistenza in ambienti sfavorevoli
• Spostamenti
• Usare proprio metabolismo per la sintesi dell’acqua
• Prelevare acqua dall’ambiente esterno

Produzione di urine negli organismi

Negli organismi come i vertebrati, quasi tutti producono urine per scartare insieme alle feci i residui del metabolismo:

• NH₄ ammoniaca che è tossica (tipica dei vertebrati acquatici)
• Urea = tipica dei mammiferi, è più energetica e consente di non usare molta acqua di depurazione
• Acido urico = non richiede acqua, è tipico nei rettili e uccelli; sono sali che precipitano e non stanno in circolo. Ci sono anche mammiferi che possono produrlo per risparmiare acqua.

Esempio: il dromedario può tollerare un incremento di temperatura corporea anche di 6/7 gradi senza avere danni, infatti non utilizzando l’acqua per compensare la temperatura corporea la conserva. Quando poi trova dell’acqua beve molto.

La luce

Non tutti gli organismi la percepiscono allo stesso modo, ad esempio noi la vediamo nel campo del visibile, mentre le formiche vedono nell’ultravioletto.

L’alternanza di luce e buio scandisce i metabolismi, i ritmi circadiani (ritmo circadiano è un ritmo caratterizzato da un periodo di circa 24 ore).

Se diminuisce la luce, diminuisce anche il metabolismo, mentre in primavera quando le giornate si allungano si attivano gli ormoni e aumenta il metabolismo.

Gli uccelli se ne vanno non tanto per il freddo ma per il ridursi delle giornate.

Fotoreazione: reazione alla luce, come le piante che hanno dei fotorecettori infatti seguono la luce ma non vedono come noi.

Ci sono organismi fotofili che cercano la luce, mentre altri vivono senza luce come quelli nelle profondità marine in cui ad una certa profondità la luce non c’è più.

Fotosintesi e respirazione

FOTOSINTESI:

6CO₂ + 6H₂O => C₆H₁₂O₆ + 6O₂

La fotosintesi è un processo mediante il quale a partire da anidride carbonica e acqua in presenza di luce solare come fonte di energia, vengono prodotti glucosio e ossigeno. La reazione fotosintetica viene mediata dal pigmento clorofilla, di colore verde, e da altri pigmenti.

Nella respirazione cellulare l'ossigeno brucia il glucosio prodotto dalla fotosintesi per liberare energia, che può essere spesa per tutte le attività cellulari. I prodotti finali di questa combustione sono acqua e anidride carbonica: glucosio + ossigeno => anidride carbonica + acqua + energia.

RESPIRAZIONE:

È un’ossidazione che produce ossigeno.

Gli organismi autotrofi si costruiscono energia da soli.

Gli organismi eterotrofi ricavano energia con il cibo ingerito che viene trasformato con il metabolismo.

L’O₂ serve per la respirazione di quasi tutti gli organismi, infatti ci sono alcuni batteri anaerobici che vivono senza ossigeno.

L’O₂ serve per consumare lo zucchero e produrre acqua e CO₂.

Zone in base alla luce

• Luce: zona fotica = si divide in zona eufotica in cui c’è tanta luce che consente la fotosintesi; e zona oligofotica con poca luce.
• No luce: zona afotica in questa zona si respira soltanto.

L’acqua nel fondo del mare ha bassa concentrazione di ossigeno.

Le profondità a cui arriva la luce oscillano per:

• Limpidezza dell’acqua: nelle acque che contengono sostanze inquinanti o solidi sospesi o fitoplancton non è più limpida e la luce non arriva in profondità.
• Bella stagione: per diminuire la temperatura si ha acqua più limpida.
• Meteo
• Latitudine
• Ora della giornata: all’alba e al tramonto non arriva luce.

Le piante sono fotofile in modo diverso, ad alcune serve più luce ad altre meno.

Anche la temperatura corporea segue ritmi circadiani, infatti al mattino è minima, mentre è massima a fine giornata.

Fotoperiodismo: reazioni legate alla luce e adattamento dei comportamenti in base alla luce. Col termine fotoperiodismo si indica quel complesso di reazioni che gli organismi presentano al ritmo ambientale giornaliero e stagionale dei periodi di luce (fotofase) e di oscurità (scotofase).

Valenza ecologica

La valenza ecologica è la capacità degli organismi di adattarsi a condizioni diverse.

• Se è elevata vuol dire che l’organismo ha un’elevata capacità di adattarsi.
• Se è bassa vuol dire che fatica ad adattarsi e se si trovano questi organismi indicano particolari condizioni ambientali.

Non sempre gli organismi sono nella zona ottimale e si cerca di stimare i limiti entro cui l’organismo riesce ancora a tollerare.

• Specie euriecia: molto esigente, non si adatta bene.
• Specie stenoecia: poco esigente e si adatta abbastanza bene.

Le fasi della vita presentano esigenze diverse:

• Gioventù = delicata
• Adulta = non delicata
• Vecchiaia = delicata

Cicli biogeochimici

I cicli ci fanno capire come le sostanze escono ed entrano all’interno degli ecosistemi venendo riciclati.

Ciascun ciclo biogeochimico può essere diviso in due comparti o pools:

• Pool di riserva: compartimento più ampio, meno attivo, generalmente non biologico.
• Pool di scambio: compartimento più piccolo in continuo movimento fra organismi e ambiente.

Ci sono due tipologie di cicli:

• Gassoso: in cui il pool di riserva è costituito dall’atmosfera o dall’idrosfera.
• Sedimentario: in cui il pool di riserva è costituito dalla litosfera.

Ciclo dell’azoto