Interazioni trofiche

INTERAZIONI
Oltre che con l’ambiente circostante, gli organismi interagiscono anche con gli altri organismi
dell’ecosistema. L’interazione tra due specie può essere di vario tipo:
• vantaggiosa per entrambe (+/+)
• vantaggiosa per una sola (+/− o +/0)
• svantaggiosa per entrambe (− /−)
Eststono diversi tipi di interazioni.
1) Predazione: specie A ha azione positiva per A e negativa su specie B.
2) Competizione: azione negativa per entrambi
3) Mutualismo (o simbiosi) : azione positiva per entrambi
1. PREDAZIONE
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Attività in cui un predatore uccide la preda (molte nel corso della vita): predazione in senso
stretto. Di solito mangiano le prede interamente; sono per lo più carnivori. Dal punto di
vista funzionale sono considerati in questa categoria anche i semivori o planctivori perchè
interrompono comunque la vita di un organismo.
Pascolatori: mangiano solo una parte delle prede (molte nel corso della vita), generalmente
senza ucciderle. Sono tipicamente erbivori. Dal punto di vista funzionale comprendono
anche i succhiatori di sangue.
Sono predatori in senso generale, non c'è inseguimento della preda.
Parassiti: Mangiano solo una parte delle prede e generalmente non le uccidono. Di solito
attaccano uno o pochi individui nel corso della vita. Es. zecche: si attaccano sugli animali a
sangue caldo, non li uccidono, vi si stabiliscono per prendere nutrimento e sviluppare le
uova. Altro esempio: i patogeni (organismi che causano malattie) sono considerati parassiti.
Parassitoidi: non sono propriamente individui parassiti, sono generalmente insetti che
depongono le uova nel corpo di altri insetti. Con pungiglione o ovulatore inseriscono le uova
dentro le “prede” e quando nascono le larve, queste le “mangiano da dentro”. Le larve
attaccano un solo individuo nel corso della vita ma lo portano alla morte.
Dinamiche preda – predatore
Dati statistici del Canada tra 1850 e 1900 basati sul
n°di pellicce vendute. C'è una certa regolarità nel
grafico, non nei numeri ma negli intervalli temporali.
Aumentando il n° di lepri, aumenta la disponibilità di
preda, quindi il n° di linci. Le linci aumentano e
mangiano le lepri, che ricominciano a scarseggiare.
Diminuisce di nuovo n° linci e così via.
FASI DEL PROCESSO DI PREDAZIONE:
– ricerca della preda (searching)
– inseguimento, cattura
– manipolazione (handling)
All'aumentare delle prede aumenta la possibilità di cattura ma si arriverà sempre a dei valori
costanti perchè esiste un totale massimo di prede che il predatore può manipolare nell'unità di
tempo.
Ci sono 3 tipi di risposta funzionale:
•
organismi filtratori (non possono ingerire più di un
tot)
•
ricerca ( tempo variabile) +
manipolazione ( più costante)
•
apprendimento o prey switching (o
cambiamento di preda o preda sconosciuta).
In presenza di una preda nuova, all' inizio non
sa come cacciarla, poi impara.
L'importanza di spazio e tempo
Huffaker: Anni 50 prova a mettere insieme 2 specie di acari della
frutta di cui una erbivora (mangia la frutta) una predatrice (mangia
l'altra specie). Crea una scacchiera con arance e palle da biliardo
perchè se fossero state tutte arance dopo un po' i predatori sarebbero
riusciti a mangiare tutti gli acari (poichè quelli erbivori avevano un
tempo di manipolazione da rispettare). Così le 2 specie coesistono
perchè gli acari erbivori sono + veloci e possono “scappare” sopra le
arance finte.
Come sfuggire ai predatori:
MASTING (strategie di produzione irregolare)
CICALE 'MAGICHE' (dette del 17° anno): da 'piccole' vivono sotto terra poi escono
improvvisamente da terra e diventano adulte ogni 17 anni.
Altri esemplari escono ogni 13 anni; sono sempre numeri primi, perchè così è più difficile per i
predatori sincronizzare i loro ritmi.
La predazione è un fattore importante nell'evoluzione. I predatori predano con più successo i
membri più lenti, deboli e meno idonei della popolazione bersaglio, permettendo che i caratteri di
successo diventino dominanti nella popolazione preda, rendendola più forte e sana.
Le specie predate hanno evoluto molti adattamenti protettivi o difensivi per evitare la predazione;
allo stesso modo i predatori evolvono meccanismi per sopraffare le difese delle loro prede.
Questo processo in cui le specie esercitano pressioni selettive l'una sull'altra viene detto
coevoluzione.
Molte specie di piante e animali producono sostanze chimiche tossiche, hanno corpi corazzati e altri
adattamenti difensivi per proteggersi dai competitori o dai predatori. Le specie che sono dotate di
tali difese evolveranno spesso in colori o disegni distintivi che ammoniscono i potenziali nemici.
Alcune volte però, specie innocue possono sviluppare colori, disegni e forma del corpo che imitano
specie che sono invece inappetibili o velenose. Questo meccanismo difensivo si chiama mimetismo
Batesiano (dal naturalista Bates). Un'altra forma di mimetismo è chiamata mimetismo mulleriano
(dal biologo Muller). Esso coinvolge due specie diverse, entrambe inappetibili o pericolose, che
hanno un aspetto simile. Quando i predatori imparano a evitare una delle due, entrambe ne
beneficiano.
2. COMPETIZIONE: sia tra stessa specie sia tra specie diverse.
Gause analizza quella tra specie diverse: 2 specie di batteri; alla prima, quella del Paramecium,
viene data in pasto la seconda, Pseudomonas. In 10 giorni, nutrite con i batteri raggiungevano la
stessa concentrazione perchè quella massima (è la capacità portante di una specie).
Formula allora nel trattato 'The struggle for existance' il principio di esclusione competitiva: se
due specie competono per la stessa risorsa, una delle due è destinata all’estinzione. Avrà la meglio
la specie che ha bisogno della quantità minore di risorsa per la pura sopravvivenza.
Nella realtà ogni specie cerca di evitare la competizione per ridurre il rischio di lesioni, sfruttando
variazioni nell’ambiente o nelle risorse.
La competizione intraspecifica (tra conspecifici) può essere intensa perchè i conspecifici richiedono
lo stesso habitat e le stesse risorse alimentari.
Negli animali, la competizione intraspecifica viene ridotta spesso da cicli biologici variati e dalla
territorialità.
Tilman: analizza la competizione tra
diatomee. Sono alghe con guscio esterno di
silicati combattono non per il cibo ma per la
sostanza inorganica necessaria alla loro
sopravvivenza. Dopo che la Asterionella
cresce si estingue perchè i silicati
diminuiscono e sopravvive solo la Synedra,
che necessita di minor quantità di silicati.
Park: analizza la competizione tra insetti della
farina. Vede che la loro quantità dipende da
temperatura ed umidità. I fattori ambientali, quindi, influiscono sui risultati della competizione.
Viene definito allora il concetto di habitat come luogo
caratterizzato da un insieme di condizioni ambientali in cui un
particolare organismo vive e si riproduce.
La nicchia ecologica è invece l'insieme dei fattori biotici e
abiotici che permettono a una specie di vivere, crescere,
riprodursi.
Se fosse possibile mettere in un grafico, simultaneamente,
tutti i fattori che influenzano una particolare specie, ne
risulterebbe uno spazio multidimensionale che descrive la
nicchia ecologica di quella specie.
Generalisti: specie che si nutrono di un'ampia varietà di cibo
e vivono in diversi habitat (es coyote).
Specialisti: occupano una nicchia molto ristretta (es. panda).
Due specie non possono convivere se condividono esattamente la stessa nicchia, le stesse identiche
risirse (principio di esclusione competitiva). Se ciò avviene, col passare del tempo una specie
conquista la maggior parte delle risorse, costringendo l'altra o a migrare o a modificare il suo
comportamento o la sua fisiologia per ridurre la competizione.
Questo processo di evoluzione è detto ripartizione delle risporse e può produrre alti livelli di
specializzazione che permettono a più specie di usare parti diverse della stessa risorsa e di
coesistere in un singolo habitat.
La specializzazione di nicchia, inolttre, può portare a una separazione comportamentale che
permette a sottopopolazioni di una stessa specie di divergere in due specie separate. Ciò però non si
può ripetere all'infinito perchè le risorse disponibili sono suddivisibili solo fino a un certo limite
oltre il quale non sono più sufficienti per gli organismi. Esiste un limite al numero massimo di
nicchie (e di specie) che una singola comunità può sostenere.
Le dendroiche di MacArthur:
Egli si chiede allora come 5 specie diverse di uccellini possano vivere
sullo stesso albero e osservandoli, scopre che le loro nicchie non sono
sovrapposte, ognuno vive in punti diversi dell'albero (classico esempio
di esclusione competitiva e ripartizione delle risorse).
Competizione tra cirripedi
Ad esempio, su uno scoglio ci sono 2 specie di ostriche,
quella marrone si limita a vivere sulla parte superiore, dove
quella azzurra non può vivere. Se l'azzurra non ci fosse la
marrone starebbe dappertutto.
Si parla allora di nicchia fondamentale (gamma completa
di condizioni e risorse che una specie può sfruttare) e di
nicchia realizzata (la porzione di nicchia effettivamente
utilizzata sotto la pressione della competizione con altre
specie).
L'isolamento causa speciazione
•
L'isolamento riproduttivo impedisce il flusso genico tra i membri di una specie. Se tali
barriere persistono, possono insorgere tali differenze da poterle considerare due specie
distinte.
La nicchia, quindi, si ingrandisce ed ogni specie tende ad utilizzare l'intero spettro di risorse
(allargamento distensivo o competitive release).
Esistono molti tipi di isolamento (il più comune è l'isolamento geografico).
Questo fenomeno è detto speciazione allopatrica.
•
Le popolazioni possono essere separate anche da barriere meccaniche, temporali,
comportamentali ed ecologiche. Nell'isolamento meccanico insorgono differenze strutturali
che impediscono l'accoppiamento tra membri di una popolazione. L'isolamento temporale
insorge quando i mebri di una popolazione hanno tempi così diversi per l'alimentazione o la
riproduzione che non interagiscono mai. L'isolamento comportamentale si osserva nelle
specie che ricorrono a elaborate esibizioni di corteggiamento per procurarsi partner sessuali.
Un'alterazione dell'esibizione di corteggiamento può
impedire l'accoppiamento tra indicidui che, altrimenti,
sarebbero
fisicamente
compatibili.
L'isolamento
ecologico insorge quando i membri di una specie adottano
differenti ruoli ecologici.
Tutti questi meccanismi di isolamento possono operare su
popolazioni che condividono lo stesso areale geografico e
sono noti come speciazione simpatrica. La selezione
naturale, appunto, favorisce la differenziazione delle
nicchie tra specie in competizione (che convivono in uno
stesso ambiente).
Sullo spostamento dei caratteri influiscono anche fattori
ambientali. Ad esempio particolari condizioni climatiche
possono incidere sullo sviluppo e la costituzione delle piante,
causando, ad esempio la crescita di bacche solo nelle parti più
interne, o più basse ecc. Ciò si può ripercuotere, sulla
conformazione del becco degli uccelli, più lungo o più
schiacciato a seconda dell'uso che necessitano di farvi.
3. MUTUALISMO: da sempre meno studiato delle altre interazioni.
Consiste nella convivenza di membri di due o più specie ed implica, spesso, un certo grado
di coadattamento o di coevoluzione dei partner, di modellamento, almeno parziale, dei loro
caratteri strutturali e comportamentali.
• Mutualismo trofico: azione benefica reciproca si esplica nel fatto che entrambi hanno +
accesso alle risorse alimentari.
Es: gli uccelli indicatori riconoscono gli alveari e li indicano ad altri animali perchè non
riescono ad attaccarli da soli e aspettano che lo facciano gli altri animali per poi nutrirsi
delle larve delle api.
Es. licheni: associazione tra fungi e organismi fotosintetizzanti (alghe o cianobatteri). I
primi ricavano nutrimento dal terreno (minerali), i secondi svolgono la fotosintesi. E' una
relazione obbligata, nessun membro sopravvive senza l'altro
Es micorrizie: funghi che crescono insieme alle piante perchè il micelio del fungo (che sta
sotto terra) penetra con le sue ife (radici) all'interno di quelle delle piante, che si modificano.
La pianta cresce più rapida e più sana.
• Mutualismo dispersivo: es. gli impollinatori permettono di diffondere il polline delle piante
e favoriscono la riproduzione.
• Mutualismo difensivo: es acacie e formiche. Formiche ospitate dalle acace in strutture cave
dove possono insediare il proprio nido e nutrite sempre dalle acacie, che secernono
zucchero. Le formiche tendono a difendere la propria home range (o area familiare o spazio
vitale) e proteggono le acacie da altri insetti dannosi.
COMMENSALISMO: ad una specie giunge beneficio, l'altra è indifferente. Es. granchio sta nel
guscio di una conchiglia morta.
1. Foresi: organismo usato come trasporto.
2. Inquilinamento: molte specie animali hanno relazioni commensaliche con organismi
pulitori che eliminano i parassiti. In questo caso l'ospite riceve qualche beneficio che non è
però essenziale per la sua sopravvivenza.
3. Metabiosi: è l'esempio di molte piante. Ad esempio i muschi e le bromeliacee sfruttano gli
alberi come substrato su cui crescere; non gli arrecano danni ma in questo modo possono
crescere più in alto e ricevere più luce.
CATENE E RETI TROFICHE
La premessa fondamentale al tentativo di capire come funziona il trasferimento di energia e di
materia in un ecosistema è la descrizione dei rapporti alimentari che intervengono in una comunità
ecologica: chi mangia che cosa. È facile riconoscere nell'ambito di una comunità catene lungo le
quali si ha tale trasferimento. Queste vengono chiamate catene alimentari o trofiche. Queste catene
si inseriscono in realtà in sistemi più complicati: le reti trofiche. La determinazione dei rapporti
alimentari in una comunità, soprattutto se complessa, non è cosa semplice.
Le due tecniche più semplici sono l'osservazione diretta e l'analisi dei contenuti stomacali o delle
feci o (in certi casi) dei rigurgiti. Entrambe le tecniche hanno ovvie limitazioni: molti animali sono
troppo piccoli per essere osservati in natura oppure si nutrono di notte o in luoghi difficilmente
accessibili oppure digeriscono le loro prede molto rapidamente o le riducono in uno stato che
impedisce il loro riconoscimento. Sono stati fatti recentemente grandi progressi nelle tecnologie che
permettono di rilevare il comportamento alimentare degli animali: dai radioisotopi utilizzati come
traccianti alla cinematografia notturna.
I
Altro esempio, le interazioni trofiche tra lemming e loro predatori nella regione di Barrow
nell'Alaska settentrionale.
SPECIE CHIAVE
Si dice specie keystone (“specie chiave di volta”) una specie il cui impatto su una comunità è molto
più rilevante di quanto ci si attenda in base alla semplice abbondanza. Spesso ha un ruolo
particolarmente importante per mantenere la struttura di un ecosistema.
Esperimento di Paine R.T. eseguito su degli scogli in nord America sui quali vivevano varie
specie di molluschi (che si nutrono di alghe e plancton) il cui principale predatore è la stella marina.
Ha preso delle porzioni di scoglio, le ha recintate e spogliate delle stelle marine, facendo si che non
potessero tornare. Alcune specie sopravvivono (cozze) altre si estinguono. Perchè?
Per la competizione mutuata da un predatore (stella) che teneva bassa la presenza di cozze
cibandosi di esse piuttosto che altri molluschi. Il predatore allora è una specie chiave perchè rispetto
alla sua abbondanza ha un ruolo importante nell'ecosistema di controllo dello stesso.