Riassunto esame Ecologia, prof. Alfani, libro consigliato Elementi di Ecologia, Smith, R.L. Smith

CAPITOLI TRATTATI:

 

ECOLOGIA Ciclo dell'azoto

 

Ecosistema-fattori ecologici Ciclo dello zolfo e del fosforo

 

Radiazione solare Attività idrolasica

 

Luce - Vie foto sintetiche Tenore idrico e sostanza organica

 

Temperatura Popolazione

 

Acqua Popolazione crescita

 

Clima Interazioni

 

Suolo Predazione

 

Decomposizione Competizione

 

Catene alimentari e produttività Comunità

 

Efficienze ecologiche Successione

 Cicli biogeochimici

ECOLOGIA PRIMA LEZIONE

La fotosintesi è il processo di organicazione del carbonio. Nella fotosintesi, la CO2 viene

utilizzata come sorgente di carbonio per avere a disposizione il carbonio che nella CO2 è

presente in forma inorganica mentre nel glucosio che è il prodotto della fotosintesi, è presente

in forma organica. Quindi la CO2 è una RISORSA. Qualsiasi cosa che viene utilizzata per

esigenze trofiche (legato alla necessità della nutrizione) è una risorsa.,q uindi la risorsa è

qualsiasi cosa che risolve i problemi nutrizionali. Insomma, la CO2 è una risorsa per gli

organismi autotrofi. Gli organismi autotrofi sono quegli organismi in grado di sintetizzare

composti organici. Gli eterotrofi invece non sono in grado di sintetizzare composti organici.

Gli organismi autotrofi sono produttori dei sistemi ecologici, cioè producono molecole

organiche che poi vengono utilizzate da tutti gli altri organismi eterotrofi.

Popolazione: è fatta di organismi congenerici, cioè che appartengono alla stessa specie che

vivono in uno stesso ambiente interagendo fra di loro.E’ un gruppo di individui della stessa

specie che interagiscono tra di loro e che occupano una data area nello stesso periodo di tempo.

Comunità: è l’insieme delle popolazioni che vivono in un dato ambiente.L’insieme

dellepopolazioni di tutte le diverse specie che occupano un determinato luogo nello stesso tempo.

Ad esempio la comunità di organismi di un lago, di una foresta ecc.

STORIA DELL’ECOLOGIA

Il termine “Ecologia” (dal greco oìkos, casa e lògos, discorso) è stato coniato per la prima volta nel

1870 dal naturalista tedesco Ernst Haeckel (1834-1919) Quindi l’ecologia è la scienza che studia

l’ambiente e gli organismi che lo occupano, o meglio, la casa degli organismi, o meglio ancora,

come gli organismi interagiscono col loro ambiente.

-La definizione di “ecologia” secondo Haeckel

“L’Ecologia è la scienza comprensiva della relazione dell’organismo con l’ambiente”

-L’ecologia dopo Haeckel

“Ecologia” come studio di “quelle relazioni delle piante con il loro ambiente e l’una con l’altra le

quali dipendono direttamente dalle differenze di habitat tra le piante” (Tansley, 1904)

Quindi ogni pianta dipende dall’ambiente in cui vive perchè dall’ambiente la pianta deve ricavare le

risorse quali: la CO2, l’acqua, la luce solare, l’azoto o più in generale i nutrienti. Queste risorse

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dipendono dal clima (temperatura, piovosità ecc) che rende quell’ambiente accessibile per delle

piante e non per altre. Ma ogni pianta dipende anche dalle interazioni con le altre piante.

Parabiosi: dall’attività di un organismo dipendono gli altri organismi.

�“Ecologia” come scienza che “si occupa principalmente di quella che si può chiamare sociologia

ed economia degli animali, anziché degli adattamenti strutturali e di altro genere che essi

possiedono” (Elton, 1927)

-Botanici e zoologi si occupano di argomenti affini, quindi...

“Ecologia” come “lo studio scientifico della distribuzione e dell’abbondanza degli organismi”

(Andrewartha, 1961). Quindi in funzione di come ogni organismo risponde all’ambiente scaturisce

la sua distribuzione sul nostro pianeta e anche l’abbondanza con la quale gli organismi sono

presenti in un dato ambiente.

“Ecologia” come “lo studio scientifico delle interazioni che determinano la distribuzione e

dell’abbondanza degli organismi” (Krebs, 1972). Per interazioni tra gli organismi non si intendono

solo quelle tra mi macrorganismi ma anche quelle tra i microrganismi

“Ecologia” come “lo studio della struttura e del funzionamento degli ecosistemi” (Odum, 1971)

-In un secolo si è passati dall’autoecologia alla sinecologia

L’ AUTOecologia studia le relazioni esistenti tra un dato organismo o una popolazione ed i

fattori abiotici dell’ambiente in cui esso vive. Per abiotici si intendono quei parametri e quei

fattori che non sono propri degli organismi. In un ecosistema i fattori abiotici sono tutti i

la temperatura, il Ph, l’abbondanza di nutrienti ecc. I fattori biotici

fattori chimico-fisici:

invece riguardano le interazioni tra gli organismi: la simbiosi, la competizione, il

parassitismo ecc.

La sinecologia studia il modo con cui organismi omo- ed etero-specifici costituiscano,

rispettivamente, popolazioni e comunità, e come queste si modifichino nel tempo e

interagiscano con la parte abiotica dell’ambiente. Quindi l’ambiente è la parte con la quale

la comunità interagisce ma è costituito da una componente abiotica e da una componente

biotica.

Ad esempio le piante utilizzano azoto in forma fissata, cioè composti dell’azoto che

ricavano dagli azotofissatori; questo è un esempio di parabiosi: come gli organismi

dipendono da quello che fanno altri organismi. Tutti gli eterotrofi dipendono dagli autotrofi.

-Progressione dal riduzionismo disciplinare all’olismo transdisciplinare

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Quando si effettua uno studio ecologico c’è bisogno di più specialisti come ad esempio

botanici, tassonomi, zoologi, pedologi, un climatologo ecc. Quindi l’approccio ecologico è un

approccio interdisciplinare, cioè richiede l’interazione di più specialisti.

La biologia è una scienza che prende in considerazione vari livelli di organizzazione biologica,

dalle strutture più semplici (cellula, DNA) fino ad arrivare alle strutture più complesse, per

esempio gli ecosistemi. Quindi quando si parla di area biologica si intende un’area in cui sono

presenti tutta una serie di settori disciplinari (botanica, zoologia ecc). Quindi si ha

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un’organizzazione in livelli di complessità sempre maggiore, un’organizzazione

GERARCHICA.

-Gerarchia dei livelli di organizzazione

Per comprendere l’ecologia moderna si può introdurre il concetto di livelli di organizzazione o

successione gerarchica. Gerarchia intesa come “disposizione in serie progressiva”. Ad esempio la

cellula è un sistema.

La teoria dell’organizzazione gerarchica fornisce uno strumento per affrontare lo studio di

situazioni complesse a livelli di organizzazione successivi ed è molto più di un utile sistema di

classificazione ordinata.

Nell’immagine sottostante vi sono una serie di scale. La vita è nata in acqua poichè l’acqua è un

mezzo liquido e quindi le reazioni avvenivano più velocemente e poi perchè i raggi UV non

penetrano nell’acqua, poi la vita è uscita dall’acqua quando i primi organismi fotoautotrofi hanno

fatto sviluppare l’ossigeno e quindi si è creato lo strato di ozono che assorbe l’ultravioletto che non

arriva sulla Terra. Le cellule si aggregano e formano i tessuti che nel caso dei vegetali sono il

clorenchima (tessuto clorofilliano), nelle foglie il palizzata e il mesofillo. Poi si passa agli organi, ai

sistemi di organi, agli organismi fino a giungere all’ecosistema,che è una comunità che interagisce

con un sistema chimico-fisico, abiotico e poi l’ecosfera che è tutto il nostro pianeta con l’atmosfera

che lo circonda all’interno della quale è presente ancora vita. Quelli marcati in blu sono i livelli di

organizzazione biologica di cui si occupa l’ecologia.

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Ecosistema: comunità e componenti abiotiche interagiscono formando un sistema ecologico o

ecosistema.

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Questo sistema nel quale una componente biotica complessa che vede tanti livelli diversi di

organizzazione biologica interagisce con una componente abiotica, è un sistema che si

caratterizza per un continuo flusso di energia e per un ciclo della materia. Significa che la

Terra è un sistema che si mantiene in quanto ha una fonte di energia che la sostiene, cioè il

Sole, e l’energia del Sole che determina sul nostro pianeta una temperatura favorevole per la

vita, è una fonte di energia per gli organismi perchè si sono organismi in grado di utilizzare la

luce del Sole, cioè gli organismi fotoautotrofi. Quindi questi organismi convertono

quest’energia in una forma di energia chimica di legame (nel glucosio) che può essere

utilizzata da tutti gli altri organismi attraverso la respirazione perchè con la respirazione

questa energia di legame viene convertita in ATP e alla fine tutto si disperde sottoforma di

calore. Quindi il flusso di energia è un flusso perchè l’energia non viene più riutilizzata, viene

convertita in calore che poi si disperde nell’universo. Invece la materia che è fatta di elementi

viene continuamente riciclata attraverso due processi:

- organicazione: gli elementi che sono presenti in forma inorganica vengono organicati ed

entrano a far parte della componente biotica degli ecosistemi sottoforma di molecole

organiche che costituiscono la biomassa (la massa degli organismi viventi) che diventa poi

necromassa (massa di organismi morti) che viene utilizzata da organismi eterotrofi

saprofiti,decompositori che da queste molecole della necromassa traggono ancora energia

trasformando la necromassa negli elementi costitutivi, cioè la scompongono negli elementi

che ritornano nel ciclo perchè sono di nuovo utilizzata dagli autotrofi.

Organismo: una qualsiasi forma di vita.

-Il principio delle proprietà emergenti

Una conseguenza dell’organizzazione gerarchica è che combinando le parti che compongono un

livello per produrre quello più elevato emergono nuove proprietà. Pertanto, non è possibile

prevedere una proprietà emergente di un livello ecologico studiando semplicemente le sue

componenti.

Lo stesso concetto può essere espresso come proprietà irriducibile, cioè una proprietà dell’insieme

non riconducibile alla somma delle proprietà delle sue parti.

Le proprietà emergenti sono proprietà che non sono presenti nel livello biologico precedente, per

esempio se parlo di un organismo riconosco certe proprietà, quando parlo di un insieme di

organismi, di una popolazione, evidenzio tutta una serie di proprietà che non sono evidenziabili a

livello di organismo. Quindi le caratteristiche di una popolazione non sono la sommatoria delle

caratteristiche dei singoli organismi che la costituiscono ma sono caratteristiche nuove, proprio

legate al concetto di insieme di organismi.

SECONDA LEZIONE ECOLOGIA 14/03/13

Gli organismi foto autotrofi col processo di fotosintesi fanno 3 cose:

1) Convertono l’energia luminosa in energia chimica

2) Sintetizzano composti organici,in particolare il glucosio utilizzando l’anidride

carbonica,ovvero organicano la CO2,cioè utilizzano la CO2(composto

inorganico)per sintetizzare una molecola organica che è il glucosio

3) Viene liberato ossigeno che serve per la respirazione che è un processo che serve per

ricavare dal glucosio quell’energia che era stata fissata sottoforma di energia di

legame,e quindi in effetti la respirazione proprio per questo è un processo inverso

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della fotosintesi,perché si parte dal glucosio con l’ossigeno,si trasforma in CO2 ed

energia sottoforma di ATP.

Anche le piante respirano,e dal glucosio che hanno sintetizzato ricavano energia utile nei

processi fisiologici sottoforma di ATP.

Abbiamo detto che attraverso lo studio di come gli organismi rispondono all’ambiente

biotico e abiotico viene fuori anche quella che è la distribuzione degli organismi sul nostro

pianeta,viene fuori quella che è l’abbondanza o la poco abbondanza degli organismi delle

comunità(per esempio se andiamo nel deserto avremo una comunità poco ricca perché ci

sono dei fattori che chiameremo limitanti).

Ma che cos’è l’ambiente? L’ambiente è una porzione di spazio con caratteristiche che

possono rendere possibile la vita,quindi con la presenza di organismi.La presenza,almeno

potenziale della vita,è essenziale nella definizione di ambiente.

Gli organismi viventi e l’ambiente che li ospita(componente abiotica dell’ecosistema)sono

inseparabilmente legati ed interagiscono l’uno con l’altro.Concetto fondamentale che viene

fuori dallo studio dell’ecologia è questa interazione che esiste tra tutte le componenti,anche

interazioni che noi nemmeno immaginiamo.Qualsiasi unità che comprende tutti gli

organismi(comunità biotica degli ecosistemi)di una data area interagenti con l’ambiente

fisico in cui si individua flusso di energia e ciclo della materia tra componenti

viventi e non viventi è un sistema ecologico o ecosistema.Il flusso dell’energia e il

ciclo della materia coinvolgono le componenti fisiche dell’ambiente: per esempio le piante

prelevano la CO2 dall’aria attraverso gli stomi; quindi l’aria è una componente abiotica del

sistema e quindi la CO2 passa dall’aria agli organismi e dagli organismi all’aria quando

viene liberata in seguito al processo della respirazione.Poi per esempio,tutti i nutrienti

presenti oggi nel suolo sono derivati dalla degradazione delle rocce(le rocce sono costituite

da elementi minerali),e ritornano spesso per sedimentazione alle rocce,quindi questo è un

altro aspetto di questo flusso di energia e ciclo della materia.

Composizione dell’aria:

78% N2 – 21% O2 – 0,03% CO2

Generalmente però la concentrazione della CO2 viene espressa in parti per

milione(ppm).Quindi facendo la conversione si ha che la concentrazione della CO2 è pari a

300 ppm.Ma questa concentrazione è riferita alla concentrazione della CO2 nell’aria prima

dell’era industriale,perché attualmente la concentrazione media di CO2 è di 370-380 ppm.

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Un sistema aperto è un sistema che scambia continuamente con i sistemi che gli stanno

intorno,quindi la pianta scambia con l’aria per esempio C02 e O2,poi scambia col suolo

acqua,nutrienti,molecole organiche che la pianta libera attraverso le radici del suolo,quindi

lo scambio è continuo.La Terra,invece,la possiamo definire un sistema chiuso,nel senso

che essendo circondata da altri sistemi con i quali potrebbe interagire(gli altri pianeti per

esempio),l’atmosfera in qualche modo ne limita questi scambi.Il thermos è sicuramente

isolato perché perlomeno non scambia calore,mentre scambia quello che ha dentro.

GLI ECOSISTEMI

Gli ecosistemi sono sicuramente invece dei sistemi aperti,cioè sono dei sistemi che

continuamente scambiano energia e materia con i sistemi che gli stanno intorno,perché un

ecosistema non è un sistema isolato.Esempi:

1) BIOMI: grossi ecosistemi in equilibrio con le componenti chimico-fisiche

fondamentali: la savana per esempio è un grosso ecosistema in equilibrio con le

latitudini alle quali troviamo tale savana

2) Un bosco,un prato,un lago,un fiume,perché noi quando parliamo di ecosistemi

parliamo anche di sistemi acquatici e terrestri,quindi parliamo di ecosistemi che

sono caratterizzati da acqua,da organismi che vivono nell’acqua nel caso di

oceani,mari,laghi,fiumi e così via; se invece parliamo di foreste,prati,praterie,noi

parliamo di sistemi terrestri.Gli organismi dei sistemi terrestri,almeno quelli che

vediamo,vivono su un substrato che è il terreno e vivono nell’aria,mentre quelli dei

sistemi acquatici vivono immersi nel mezzo acqua.

Gli ecosistemi abbiamo detto sono dei sistemi aperti.L’ambiente di entrata è l’ambiente dal

quale qualcosa entra nell’ecosistema; quello che entra sicuramente è l’energia luce,perché

senza tale energia il sistema non potrebbe esistere(qui