Riassunto Ecologia I

Ecologia 1

Biodiversità: insieme strutture e funzioni diversificate sviluppati dai sistemi viventi,

in base a efficienza nell’uso di risorse materiali/energetiche. Livelli differenti diversità:

genetica, specie, comunità/ecosistemi. Sistemi naturali: interazioni organismi-

ambiente, differenti scale spazio-temporali, eventi interconnessi.

Problema attuale: esplosione demografica popolazione umana (a partire da

rivoluzione industriale, soprattutto ultimo secolo) porta ad alterazione/distruzione

sistemi naturali, perdita biodiversità (6a estinzione di massa) tassi estinzione attuali



(uccelli e mammiferi) 1% specie/secolo, 100-1000 volte superiori a tasso naturale

estinzione (dimostrato da paleontologia).

Ciò dovuto a: sviluppo urbano e industriale, creazione ecosistemi di produzione

(agricoltura), sfruttamento eccessivo risorse non rinnovabili, immissione inquinanti,

cambiamento climatico globale, introduzione specie aliene invasive 

perdita/riduzione beni e servizi forniti da sistemi naturali a società umana 

necessario comprendere funzionamento tali sistemi per mitigare/compensare effetti

azioni umane.

Ecologia = studio scientifico relazioni tra organismi e loro ambiente (componente

abiotica/fisica e biotica/vivente) e quelle con altri organismi, processi che controllano

distribuzione/abbondanza organismi basata sulla Selezione Naturale (Darwin).



Livelli tradizionali di studio ecologia (processi/caratteristiche differenti 

approcci/metodologie diverse):

Individuo: caratteri morfologici, fisiologici, comportamentali influenzano

 capacità di sopravvivere e riprodursi adattamento al proprio ambiente,



fitness: contributo genetico individuo alle successive generazioni. Confronto

caratteristiche chiave di specie in ambienti differenti fattori che influenzano



loro distribuzione (spazio e tempo).

Popolazione: insieme organismi della stessa specie che vivono in un’area

 particolare e interagiscono (interazione principale riproduzione) mantenendo un

pool genico omogeneo (chiuso, no flusso genico). Es analisi numero individui e

rapporto sessi in popolazione cervi.

Comunità: insieme popolazioni specie diverse che coesistono e interagiscono

 nello spazio-tempo (es barriera corallina).

Ecosistema: insieme componenti biotiche (comunità) e abiotiche,

 caratterizzato da flusso di energia e ciclo della materia; analisi tassi e proprietà

collettive.

Ecologi considerano anche scale più ampie:

Paesaggio: mosaico ecosistemi, confini definiti da evidenti cambiamenti

 habitat e comunità chiazze (patches). Studio relazione pattern spaziale (come



sono disposte chiazze paesaggio) e processi ecologici.

Biomi: sistemi complessi e molto estesi costituiti da insieme ecosistemi, dove

 comunità vegetali-animali hanno raggiunto relativo adattamento a condizioni

ambientali (foreste tropicali, deserto, tundra, ecc).

Biosfera: assieme tutti ecosistemi terrestri idrosfera, parte inferiore

 

atmosfera, parte superiore litosfera. Ecologia a livello globale.

Fattori ecologici:

Condizioni: caratteristiche fisiche/chimiche del mezzo in cui vive organismo,

 influenzano velocità processi funzionali, ma non sono consumati (es T, pH,

umidità relativa).

Risorse: fattori consumati, possono diventare limitanti se scarsi, soggetti a

 competizione tra stessa/differenti specie (es acqua, luce, cibo).

FE distinti anche in naturali e antropogenici a seconda dell’intervento uomo.

Adattamenti organismi vegetali

Caratteristiche abiotiche ambiente (influenza diretta su processi vegetali)

interdipendenti compromessi (trade-offs) nella capacità di adattarsi a limitazioni



imposte da fattori ambientali multipli ciò ostacola capacità adattamento ad



ambienti con diverso set di condizioni/risorse.

Risorse essenziali per sopravvivenza piante (immobili): luce e CO2 parte aerea



(foglie, fusto), acqua e nutrienti parte sotterranea (radici).



Fotosintesi: utilizzo energia luminosa per trasformare acqua e CO2 in molecole

+2

C O H O→ C H O+ H O+O

organiche (redox, eq generale ) piante sono



2 2 2 2 2

organismi fotoautotrofi.

Fase luminosa: energia luminosa fissata in molecole ad alta energia (ATP,

 NADH), ossigeno come scarto. Luce visibile catturata da pigmenti su membrana

dei tilacoidi (cloroplasti) Clorofilla a: assorbe blu e rosso, riflette il verde;



pigmenti accessori (clorofilla b, carotenoidi) assorbono altre bande spettro.

Pigmenti antenna catturano energia trasferendola ai centri di reazione, molecole

clorofilla a.

Ciclo di Calvin (C3): non dipendente dalla luce, CO2 convertita in zuccheri

 sfruttando energia chimica di ATP e NADH, avviene in cellule mesofillo fogliare.

Coinvolto enzima Rubisco (ribulosio bifosfato carbossilasi/ossigenasi) 

O2 invece

problema: a bassa concentr CO2 ha attività ossigenasica (si lega a

che a CO2), inibisce fotosintesi.

Zuccheri formati: formano amido (riserva) e cellulosa (sostegno), altre molecole

(grazie a nutrienti assimilati), ma buona parte consumata da respirazione cellulare 

differenza fotosintesi totale (CO2 fissata nell’unità di tempo) e netta (F totale –

respirazione). Punto compensazione luce: F netta = 0 (F tot = respirazione).

Fotosintesi e respirazione rispondono a variazioni T limite inferiore (Tmin), optimum



termico = temperatura ottimale (Topt), limite superiore (inattivazione enzimi, Tmax).

Ogni aumento 10 °C comporta raddoppio tasso fotosintetico, fino a valore soglia

(specie-specifico). Acclimatazione: cambiamenti reversibili fenotipo a mutate

condizioni ambientali (variaz termiche stagionali).

Scambi acqua e gas a livello fogliare pianta apre stomi per permettere diffusione



gas (entra CO2, esce O2) e traspirazione (diffusione vapore acqueo verso l’esterno).

Tasso traspirazione dipende da umidità relativa = qtà vapore acqueo aria a diretto

contatto con la foglia.

Movimento acqua (suolo-pianta-atmosfera) regolato da gradiente concentrazione 

potenziale idrico. Se esso va sotto certo livello (dipende da specie) deve limitare

perdita acqua chiusura stomi e arresto fotosintesi. Bilancio costi-benefici tra



fotosintesi e respirazione ha guidato evoluzione piante terrestri e influenza

direttamente produttività dei vari ecosistemi.

Piante assorbono, riflettono ed emettono radiazioni. Rn: radiazione netta assorbita

dalla pianta, meno del 5% utilizzato nei processi metabolici. Essa aumenta T foglia

rispetto T ambientale quindi pianta deve dissipare il calore radiazione ad onda



lunga, calore latente evaporazione, convezione.

Perdita convettiva: trasferimento netto calore da foglia a strato limite = strato d’aria

direttamente adiacente a lamina fogliare. Moti turbolenti aria facilitano

rimescolamento strato limite (ripristino gradiente diffusione) vantaggio con foglie



lobate e composte.

Bilancio del carbonio positivo ai fini di sopravvivenza, crescita, riproduzione:



Assunzione totale C per unità di tempo = tasso medio assunzione C

 (fotosintesi) per unità di area * superficie fogliare totale pianta.

Perdita totale C per unità tempo = tasso respiratorio medio per unità di

 biomassa * biomassa totale pianta (foglie + fusto + radici).

Guadagno netto C (assunzione – perdita) varia in base a modalità

 

allocazione (maggiore se si ha maggior investimento nelle foglie, minore se si

investe più in radici), disponibilità risorse essenziali e tipo ambiente (es diverso

investimento nei vari tessuti in base ad altitudine).

Adattamenti a diverse intensità luminose differenze tra specie diverse (variazione



genotipo), piante della stessa specie e foglie della stessa pianta (plasticità fenotipica):

Bassa intensità luminosa piante Sciafile (amanti dell’ombra) o foglie in

 

ombra (parte interna chioma): punto compensazione luce e tasso massimo

fotosintesi (punto saturazione) bassi; aumento irradianza seguito da iniziale

rapido aumento tasso fotosintetico (elevato α), arrivando a livello produzione

max; ulteriore aumento provoca calo tasso fotosintetico Fotoinibizione:



effetti dannosi su molecole fotosintetiche (es fotosistema II).

Produzione più clorofilla, necessari più pigmenti per catturare max luce

possibile; meno Rubisco riduzione costi energetici; minore tasso fotosintetico



minore tasso respiratorio fogliare (bassa conduttanza stomi).



Guadagno C impiegato maggiormente per produrre foglie (bilancio C positivo) 

alta Superficie Fogliare Specifica (SFS, superficie/peso) più grandi e sottili,

disposte orizzontalmente (⊥ luce).

Elevata intensità luminosa Eliofile (amanti del sole) o foglie esposte al sole

 

(esterno chioma): bassi valori α (aumento t fotosintesi iniziale più lento), alti

punti compensazione e saturazione e tasso respiratorio, no fotoinibizione.

Basso rapporto clorofilla/Rubisco, alto clorofilla a/b.

Maggiore investimento in radici; bassa SFS, foglie piccole e spesse, disposte

verticalmente.

Bilancio costi-benefici: sciafile possono sopravvivere anche con più luce limitando

tasso fotosintesi/crescita, mentre eliofile non possono sopravvivere all’ombra (serve

più energia).

Adattamenti a livello umidità suolo (piante terrestri) richiesta acqua legata a T



(aumento T aumento traspirazione). Suolo arido: parziale chiusura stomi, limita



perdita acqua ma diminuisce tasso fotosintetico (minor diffusione CO2) 

compromesso assunzione CO2 – bilancio idrico.

Piante C3 (primo composto stabile ha 3 atomi C): più diffuse, max efficienza

 con luce e T moderate, elevato consumo acqua, rischio attività ossigenasica

Rubisco.

Piante C4 (primo composto stabile 4 C): adattate a luce e T elevate (regioni

 tropicali, ambienti aridi e salati), più efficienti in utilizzo acqua e assimilaz CO2

PEP carbossilasi: elevata affinità con CO2, non reagisce con O2, agisce in



cellule mesofillo ciclo Calvin in cellule guaina del fascio.



Piante CAM (Crassulacean Acid Metabolism): piante deserti caldi, limitano al

 max perdita acqua aprendo stomi solo di notte fissazione CO2 poco



efficiente, fotosintesi e crescita procedono lentamente.

Altri adatt: più investimento su radici ( aumento assunzione acqua per utà area

fogliare), foglie piccole, spesse, stomi piccoli, rivestite di cere-resine.

Adattamenti a disponibilità nutrienti (minerali necessari a processi metabolici,

sintesi nuovi tessuti elementi di base (C, H, O); macronutrienti, necessari in grandi



qtà (es N, P, K); micronutrienti, qtà minime (es Fe, Cl, Mn).

Azoto: importante per fotosintesi (necessario > 50% contenuto nella foglia),

costituisce Rubisco e clorofilla, assimilato sotto forma di NH4+, NO3-, NO2-. Non

possono utilizzare direttamente N2 (azoto atmosferico) batteri azotofissatori (noduli



radicali leguminose). Assunzione N (radici) aumenta con sua concentrazione, fino a

punto saturazione. Carenza N: limita tasso max fotosintesi e crescita, aumento

longevità foglie (costa di più produrne nuove) e produz radici.

Adattamenti organismi animali

Vantaggio animali: movimento; svantaggio: cibo diventa risorsa molto più limitante.

Processi chiave: assunzione/digestione cibo, assorbimento O2, mantenimento T

corporea e bilancio idrico e salino, adattamento a variaz sistematiche luce e T (cicli

nictemerali = giorno/notte e stagionali).

Regolazione condizioni interne omeostasi: mantenimento ambiente interno



relativamente costante, regolata da meccanismi di feedback per regolare attività

sopra e sotto valore riferimento (set point); esso non fissato in modo preciso ma

organismi hanno livello tolleranza limitato plateau omeostatico; controllo



omeostatico fisiologico e comportamentale. Eco-fisiologia: studio processi

omeostatici, analisi limiti condizioni abiotiche che definiscono successo e adattamento

organismi.

Dimensioni corporee: molto variabili (μg – tonnellate), vincolo fondamentale

adattamento. Effetto scala: variazione prevedibile caratteristiche morfo/fisiologiche in

funzione dim corporea per oggetti isomerici (crescita uguale nelle 3 dim, es cubo)

 /3

2 3 2

superficie S e volume V legati a lunghezza L: (2/3 esponente

∝ ∝ ⇒ ∝V

S L ,V L S

di scala isometrica). Corpi piccoli: rapporto S/V > rispetto corpi più grandi di forma

simile.

Aumento dim corporee cambiamenti strutturali adattamenti per mantenere

 

rapporto S/V.

Es assimilazione O2: diffonde rapidam attraverso superficie organismo; aumentando

dim corporee essa diminuisce rispetto V parti interne bisognose di O2 cambiamento



forma, forme ripiegate e appiattite per aumento S a parità V; trasporto O2 nel corpo,

sviluppo apparato respiratorio e sistema circolatorio (trachee, branchie, polmoni).

Nutrimento: animali ricavano energia e nutrienti da consumo composti organici

(eterotrofi). Divisi in:

Erbivori: si nutrono di organismi/tessuti vegetali.

 Ambiente terrestre: brucatori (foglie e germogli in alberi e arbusti,

o bloccano crescita pianta), pascolatori (piante erbacee), frugivori,

granivori, nettarivori, perforatori/succhiatori;

Acquatico: brucatori/masticatori, filtratori, raschiatori.

o

Piante hanno poche proteine (azoto), rapporto C/N = 50:1, animali 10:1 

necessaria notevole quantità e buona qualità nutrimento (ricco in azoto,

germogli, giovani foglie, gemme). Carboidrati complessi (cellulosa, lignina)

difficili da demolire tratto digerente molto lungo, solitam si cibano solo della



parte verde della pianta. Ruminanti (pascolatori/brucatori) non hanno enzimi

per digerire cellulosa: dipendono da batteri/protozoi che vivono nei loro tratti

digerenti come simbionti (fermentazione).

Carnivori: si cibano di altri animali; tratto digerente semplice e più corto (no

 problema digestione cellulosa); cibo ricco di energia (lipidi, proteine) facile da

assimilare problema principale è trovarne qtà sufficiente.



Onnivori: cibo vegetale e animale; abitudini alimentari cambiano durante stadi

 ciclo vitale, in base a dimensione/tasso crescita e stagione.

Detritivori e decompositori (vedi sotto).



Esigenze nutrizionali: minerali, amminoacidi animali sintetizzano circa metà dei



20 necessari per sintesi proteica, rimanenti detti amminoacidi essenziali, assunti

direttam con la dieta.

Termoregolazione: a diff delle piante animali possono produrre molto calore

attraverso metabolismo e possono ricercare o evitare calore o freddo (mobilità). Calore

proviene da radiaz solare (diretta o riflessa); scambiato attraverso superfici, tra due

solidi (conduzione) o tra solido e gas (convezione). T ha maggiore influenza su tasso

metabolico (consumo O2, test con respirometro), relazione tra i due diversa a seconda

tipo di animali:

ECTOTERMI e PECILOTERMI: calore acquisito dall’ambiente; T corporea

 variabile in base a scambi termici con l’esterno (animali a sangue freddo);

ENDOTERMI e OMEOTERMI: produzione interna calore (metabolismo); T

 corporea mantenuta costante, indipendente dall’esterno (sangue caldo);

ETEROTERMI: si comportano da omeo o pecilotermi se attivi produzione

 

calore, se inattivi (pipistrelli di giorno, colibrì notte) T corporea vicina a T

ambiente.

Ectotermi (pecilotermi): alta conduttività termica (scambio calore corpo-ambiente)

facilità perdita calore; tasso metabolico aumenta con T; funzioni vitali solo in range



ottimali T.

Consumo O2 (Q) calcolo variazione con aumento 10 °C, Q10 = K2/K1 (costanti



velocità reazione enzimatica dopo e prima aumento T), misura sensibilità processo

fisiologico in seguito ad aumento, di norma compreso tra 2-3. Tempo sviluppo:

espresso in gradi-giorno, sotto valore soglia non si ha riproduzione.

Presentano T ottimale (macchina metabolica funziona), T max/min letale e di

sopravvivenza, T di quiescenza (letargo). Alte T: denaturazione proteine (45-

50°C), inattivazione enzimi, alterazione membrane cellulari. Basse T: diversa

tolleranza, alcune specie sopravvivono sotto -1°C (< 0 per ioni disciolti) sostanze



abbassano freezing point (aumentano osmolarità sangue), es glicerolo (insetti, anfibi),

glicoproteine antifreezing (interagiscono con cristalli ghiaccio iniziali impedendo

ulteriore cristallizzazione, es pesci antartici) T letale inferiore rispetto endodermi.



Acclimatazione: adattamento metabolismo a nuovo regime termico, differenze tra

specie e plasticità fenotipica.

Ectotermi terrestri (anfibi/rettili): mantengono T giornaliera ± costante grazie

strategie comportamentali, sfruttando diversi microclimi orientazione corpo,



entrare in acqua, trovare un rifugio (T costante), aprire bocca o tirare fuori lingua per

eliminare calore eccessivo per evaporazione (thermal gaping), cambio colore,

sollevarsi sulle zampe per far passare aria tra corpo-substrato. Es lucertola: sta nella

tana di notte, spola tra ombra-sole di giorno (andamento T ondulatorio). T operativa:

intervallo in cui svolgono attività quotidiane 4-5°C rettili, 10°C anfibi.



Dimensioni corporee: scambi attraverso superficie ma va scaldata intera massa

corporea, S/V diminuisce all’aumentare dim ridotte dimensioni, ectotermi grandi



solo in regioni tropicali/subtropicali (alligatore).

Molti vanno in letargo (ibernazione) durante stagione fredda: cambiamenti fisiologici

marcati diminuz zuccheri, variaz emoglobina, O2, CO2 nel sangue, aumento



glicogeno nel fegato, imbrunimento pelle, variaz tono muscolare.

Vantaggi ectotermi: bassi costi metabolici e fabbisogno energetico, buona parte

energia destinata a produzione biomassa, limitano metabolismo quando cibo/acqua

scarsi, adatti ad ambienti estremi. Svantaggi: dipendenza da T ambiente, periodi<