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

Ecologia

Storia dell’ecologia

Le radici dell’ecologia sono complesse e si collegano in vario modo con un’ampia serie di processi scientifici che hanno avuto luogo

in altre discipline delle scienze biologiche e fisiche. L’idea stessa di ecologia è molto antica, in quanto fu il greco Teofrasto, amico di

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

• Agli inizi del 1800 i botanici iniziarono a esplorare e cartografare la vegetazione mondiale evidenziando che le regioni del

mondo con climi simili si caratterizzavano per una vegetazione che presenta molte somiglianze nelle forme, benché le

specie siano diverse

• Grazie anche alle teorie dell’economista Malthus, Charles Darwin sviluppò l’idea della selezione naturale come il

meccanismo che guida l’evoluzione di nuove specie quando queste sono sottoposte a stress da parte dell’ambiente in cui

vivono

• Mendel intanto studiava la trasmissione dei caratteri ereditari nelle piante di pisello

• Verso la fine del 1800 i primi ecologi vegetali studiavano la distribuzione degli organismi in natura, per capire come questa

avesse origine e venisse mantenuta tramite le interazioni con l’ambiente fisico

• In quel periodo alcuni biologi marini si interessavano delle interazioni tra gli organismi acquatici e il loro ambiente e per

primi utilizzarono i termini consumatori e produttori

• L’ecologia animale intanto si sviluppò in maniera autonoma a quella vegetale, finchè Victor Shelford fornì una nuova linea

d’indagine, sottolineando le mutue relazioni tra piante e animali, così l’ecologia divenne una scienza di comunità, il cui

principale interesse era comprendere l’origine, i meccanismi di mantenimento e le conseguenze della diversità, all’interno

delle comunità ecologiche

• Da questo momento si sviluppano vari rami dell’ecologia, come l’ecologia delle popolazioni, l’ecofisiologia, l’ecologia

comportamentale, l’ecologia del paesaggio, l’ecologia della conservazione, fino alla più ampia ecologia globale

Con la crescita del movimento ambientalista degli ultimi anni Settanta, l’ecologia, che prima di allora era familiare solo per un gruppo

relativamente ristretto di accademici e biologi applicati, passò improvvisamente alle luci della ribalta. Fu salutata come la disciplina

in grado di fornire una guida per le relazioni dell’uomo con il proprio ambiente, ed “ecologia” divenne un termine di uso quotidiano.

Anche se oggi viene confuso con termini come ambiente e ambientalismo (attivismo con lo scopo dichiarato di migliorare l’ambiente),

in realtà l’ecologia è una scienza, la cui definizione precisa è stata coniata dal naturalista tedesco Ernst Haeckel, ed è la seguente:

“L’ecologia è lo studio scientifico delle relazioni tra gli organismi e l’ambiente”

Il termine stesso ecologia, coniato sempre da Haeckel, deriva dalle parole greche “oikos”, cioè casa, e “logos”, cioè studio, e non

sorprende che questo termine ricordi la definizione di economia, che significa “la gestione della casa”. Infatti Haeckel nel coniare

questo termine fa spesso riferimento alle conoscenze dell’economia della natura, cioè l’indagine del complesso delle relazioni di un

animale o di una pianta con il suo contesto sia inorganico che organico.

Visto che le interazioni complesse che si verificano in un certo ambiente, dove c’è materia organica e inorganica, coinvolgono vari

processi fisici e chimici, l’ecologia deve fare riferimento anche ad altre scienze, come per esempio la fisiologia vegetale per capire

come le piante assumono anidride carbonica, l’idrogeologia per capire come il suolo è influenzato quando le piante assumono acqua

da esso, o ancora la meteorologia, per sapere come climi diversi andranno a influenzare processi biologici.

Quindi, mentre prima l’approccio verso alcune materie era isolato, non cooperativo o a disciplina trasversale (cioè varie discipline

convergevano verso una sola di esse), lo studio dell’ecologia deve per forza essere di tipo interdisciplinare, permettendo così

l’interazione di varie discipline che si condizionano a vicenda, condizionano l’ecologia e sono coordinate da un settore disciplinare.

Arrivando ai giorni nostri, questa scienza si è diversificata sempre di più e, in circa un secolo, si è passati dall’autoecologia, cioè lo

studio delle relazioni esistenti tra un dato organismo e i fattori fisici e chimici in cui vive, alla sinecologia, cioè lo studio del modo in

cui organismi omo - ed etero – specifici costituiscano popolazioni e comunità, e come queste si modifichino nel tempo e interagiscano

con la parte fisica e chimica dell’ambiente; e, a questo proposito, l’ecologo statunitense Howard Thomas Odum ha potuto esprimere

l’ecologia come: “Lo studio della struttura e del funzionamento degli ecosistemi”

Ma prima di poter capire a fondo questa definizione, dobbiamo capire definire il mezzo in cui l’ecologia si muove, e come questo è

organizzato dal punto di vista gerarchico.

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Livelli di Organizzazione Gerarchica

Per comprendere l’ecologia moderna si può introdurre il concetto di livelli di organizzazione gerarchica, attraverso il quale si

dispongono in una serie progressiva vari elementi che vanno a costituire classi sempre più ampie e che inglobano le precedenti in

modo da avere una vera e propria gerarchia. Nelle scienze si opera su questa scala, che in questa sede va letta dal basso verso l’alto:

• Universo

• Galassie

• Sistemi Solari

• Pianeti

• Terra

• Ecosfera

• Ecosistemi

• Comunità

• Popolazioni

• Organismi

• Sistemi di Organi

• Organi

• Tessuti

• Cellule

• Protoplasma

• Molecole

• Atomi

• Particelle Subatomiche

Si può notare come ogni categoria, eccetto quella delle particelle subatomiche, inglobi la precedente perché formata dagli elementi

che in essa si ritrovano (ad esempio le molecole sono insiemi di atomi), fino ad arrivare all’universo, che è l’insieme più grande oggi

conosciuto.

Detto ciò si possono cominciare a fare delle differenze didattiche riguardo questa gerarchia: è ovvio che discipline come quelle

chimiche si occuperanno delle classi atomiche e molecolari, mentre discipline puramente biologiche andranno ad analizzare il

funzionamento delle cellule e di come si sanno organizzare in tessuti ed organi, fino alle discipline geologiche, fisiche ed astronomiche

che si occuperanno delle categorie definite “supermacroscopiche” a cui appartengono i pianeti e le galassie.

Ciò di cui si occupa invece l’ecologia è lo studio delle interazioni che avvengono all’interno delle categorie sottolineate, che andiamo

ad analizzare nel dettaglio:

• Organismo: è rappresentato da una qualsiasi forma di vita che rappresenta il punto di partenza dello studio dell’ecologia,

perché è l’organismo, o individuo, che rileva le principali caratteristiche dell’ambiente fisico e mette in atto risposte per

sopravvivere e quindi adattarsi. E’ sempre l’individuo, tramite la riproduzione, a trasmettere l’informazione genetica alle

successive generazioni, determinando le future caratteristiche di altri individui che andranno a formare popolazioni, poi

comunità e quindi ecosistemi

• Popolazione: è 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 di tutte le specie che occupano un determinato luogo nello stesso periodo di tempo,

popolazioni che ovviamente non vivono l’una indipendentemente dall’altra, perché, ad esempio, possono competere per

alcune risorse limitate come acqua e cibo, o possono trarre benefici dalle relazioni che intercorrono tra di loro, avendo così

maggiori probabilità di sopravvivenza cooperando

• Ecosistema: è l’insieme delle comunità e delle componenti fisiche e chimiche (che, non rappresentando forme di vita, sono

definite abiotiche) che interagiscono tra di loro, che può essere tanto una foresta quanto una pozzanghera.

L’ecosistema quindi vede individui della stessa specie, come gli scoiattoli grigi o le querce, che si raggruppano in una

popolazione, venendo definiti da tassi di accrescimento e distribuzione di età. Tali popolazioni interagiscono formando

comunità, dove, ad esempio, gli erbivori si cibano di piante mentre i carnivori di prede, e si instaurano così relazioni

competitive. Infine, quando gli individui muoiono, altri organismi consumano e decompongono i loro resti, riciclando i

nutrienti nei loro tessuti, che tornano così ad arricchire il suolo. L’ecologia studia tutto questo.

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 sue parti (si dice che l’insieme è più della somma delle parti).

Ma mentre in ciascun livello emergono diverse proprietà, ci sono importanti fattori di base che interessano tutti i livelli della gerarchia

poiché sono riscontrabili sempre in ognuno di essi, che sono chiamati funzioni trascendenti, e sono rappresentate dal

comportamento, dallo sviluppo, dall’evoluzione, dalla integrazione, dall’energetica e dalla regolazione.

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Ecosistemi

Abbiamo definito cos’è un ecosistema e quali sono le relazioni che si possono instaurare al suo interno, ma per ampliare questo

concetto bisogna definire il concetto di ambiente, cioè la porzione di spazio con caratteristiche tali da poter contenere la vita.

Quindi si capisce che i vari individui sono inseparabilmente legati e interagiscono con il loro ambiente, costituendo un vero e proprio

flusso di energia o ciclo della materia tra la componente abiotica e quella biotica; questa è un’interpretazione più ampia

dell’ecosistema o, meglio ancora, sistema ecologico, perché affronta il discorso dell’interazione su una base energetica.

Riferimento all’atmosfera: l’atmosfera è composta per il 78 % da azoto molecolare (N ), per il 21 % da ossigeno molecolare (O ) e

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dallo 0,03 % di CO , ma molto spesso è utile esprimere la CO in parti per milione (ppm) perché è molto piccola. E quindi si dice che

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la CO è presente in 300 ppm.

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Prima di tutto bisogna dire che la concentrazione di CO varia già nell’arco delle 24 ore; se prendiamo ad esempio un bosco qualsiasi,

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sappiamo che la mattina gli autotrofi fanno la fotosintesi di giorno, mentre tutti gli organismi fanno respirazione mattina e sera.

Questo vuol dire che durante il giorno, in un bosco, c’è un grosso assorbimento di CO e la concentrazione nell’aria tende a diminuire,

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mentre durante la sera, quando gli organismi continuano a fare respirazione, la concentrazione di CO aumenta.

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Questa concentrazione di anidride carbonica oggi, dopo l’era industriale, è aumentata a circa 380 ppm.

La termodinamica, la branca della fisica che studia le trasformazioni e i passaggi di energia, prevede che un sistema può essere di tre

tipi, e per capirli meglio prendiamo ad esempio una provetta con del liquido all’interno:

• Aperto: un sistema che può scambiare e con cui si può scambiare sia energia che materia, quindi nel nostro caso nella

provetta si potranno immettere sia altre sostanze, sia si potrà riscaldare col calore; un esempio ecologico è una pianta, che

usa l’energia solare per creare nutrienti e allo stesso tempo scambia l’atmosfera gas come l’anidride carbonica o assorbe

acqua dal suolo

• Chiuso: un sistema attraverso il quale si può scambiare solo energia, quindi nella provetta ci può solo essere passaggio di

calore dall’esterno, ma non si può scambiare massa

• Isolato: con questo sistema non si può scambiare né energia né materia, un esempio è il thermos o, parlando in termini

macroscopici, il nostro stesso Universo

Fatte queste considerazioni si capisce come la Terra simboleggi un sistema chiuso,

attraverso cui viene scambiata continuamente energia, che consiste nell’energia solare

che colpisce la superficie terrestre o l’energia geotermica prodotta dal pianeta stesso a

causa delle alte temperature del nucleo.

L’ecosistema invece rappresenta un perfetto sistema aperto, in cui arriva energia dal Sole

che viene sfruttata dagli autotrofi, componenti inorganiche portate dalle piogge che

possono costituire nutrienti per le piante stesse, da cui si allontanano organismi che ad

esempio emigrano e da cui si perde energia dissipata sotto forma di calore a causa di

reazioni come quelle che interessano gli animali, che quando si cibano producono

energia, una parte della quale è dissipata sotto forma di calore 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 città, 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.

Ovviamente gli ecosistemi non sono tutti uguali, basti pensare ad una vasta area montana coperta da boschi o un piccolo corso

d’acqua, e quindi ci sono vari fattori che possono contribuire a rendere un ecosistema più o meno autosufficiente ed equilibrato,

come:

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• Dimensione del sistema: più l’ecosistema è grande, meno dipende dall’esterno, perché c’è più probabilità di ritrovare al

suo interno una grande varietà di nutrienti, di individui che competono o cooperano, e c’è un grande sfruttamento

dell’energia proveniente dal Sole

• L’intensità metabolica: più è elevato il tasso, maggiori sono le entrate e le uscite di materia e di energia

• L’equilibrio autotrofia – eterotrofia: maggiore è lo squilibrio, maggiori sono le richieste esterne per riequilibrare il sistema

• Lo stadio di sviluppo: i sistemi più giovani differiscono da quelli maturi, che avranno caratteristiche diverse e proprietà più

funzionali, si parla di successioni ecologiche.

Dato che un ecosistema è caratterizzato da un flusso continuo di energia e di ciclo della materia, se l’energia e la materia immessa

(input) sono maggiori di ciò che l’ecosistema perde (output) allora l’ecosistema si accrescerà, altrimenti accadrà il contrario. In un

sistema ecologico maturo e consolidato, a meno che non ci siano grandi catastrofi naturali o azioni da parte dell’uomo, gli input sono

uguali agli output, e si dice quindi che si trova in uno stato stazionario, cioè si è raggiunta l’omeostasi.

Nella sua definizione più ampia, l’omeostasi (dal greco “stesso equilibrio”) è la tendenza naturale al raggiungimento di una relativa

stabilità interna delle proprietà chimico – fisiche che accomuna tutti gli organismi viventi, per i quali tale stato di equilibrio deve

mantenersi nel tempo, anche al variare delle condizioni esterne, a